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Barbara McClintock war eine amerikanische Wissenschaftlerin und Zytogenetikerin, die 1983 mit dem Nobelpreis für Physiologie oder Medizin ausgezeichnet wurde. McClintock erhielt 1927 ihren PhD in Botanik von der Cornell University. Dort begann sie ihre Karriere als Führungsperson in der Entwicklung der Mais-Zytogenetik, dem Schwerpunkt ihrer Forschung für den Rest ihres Lebens. Ab dem späten 20. Jahrhundert studierte McClintock Chromosomen und wie sie sich während der Fortpflanzung bei Mais verändern. Sie entwickelte die Technik zur Visualisierung von Mais-Chromosomen und nutzte Mikroskopanalysen, um viele grundlegende genetische Konzepte zu demonstrieren. Eines dieser Konzepte war die Idee der genetischen Rekombination durch Überkreuzung während der Meiose – ein Mechanismus, durch den Chromosomen Informationen austauschen. Sie erstellte die erste genetische Karte für Mais und verknüpfte Chromosomenregionen mit physikalischen Merkmalen. Sie demonstrierte die Rolle des Telomers und des Zentromers, Chromosomenregionen, die für die Erhaltung genetischer Informationen wichtig sind. Sie wurde als eine der besten in ihrem Bereich anerkannt, erhielt prestigeträchtige Stipendien und wurde 1944 in die National Academy of Sciences aufgenommen.
In den 1940er und 1950er Jahren entdeckte McClintock die Transposition und nutzte sie, um zu demonstrieren, dass Gene für das An- und Ausschalten physikalischer Merkmale verantwortlich sind. Sie entwickelte Theorien, um die Unterdrückung und Expression genetischer Informationen von einer Generation von Maispflanzen zur nächsten zu erklären. Aufgrund von Skepsis gegenüber ihrer Forschung und ihren Implikationen stellte sie 1953 die Veröffentlichung ihrer Daten ein.
Später führte sie eine umfangreiche Studie der Zytogenetik und Ethnobotanik von Mais-Rassen aus Südamerika durch. McClintocks Forschung wurde in den 1960er und 1970er Jahren gut verstanden, da andere Wissenschaftler die Mechanismen der genetischen Veränderung und Proteinexpression bestätigten, die sie in ihrer Mais-Forschung in den 1940er und 1950er Jahren demonstriert hatte. Auszeichnungen und Anerkennung für ihre Beiträge zum Bereich folgten, einschließlich des Nobelpreises für Physiologie oder Medizin, der ihr 1983 für die Entdeckung der genetischen Transposition verliehen wurde; sie war die einzige Frau, die einen ungeteilten Nobelpreis in dieser Kategorie erhielt.
Frühes Leben
Barbara McClintock wurde als Eleanor McClintock am 16. Juni 1902 in Hartford, Connecticut geboren, das dritte von vier Kindern des homöopathischen Arztes Thomas Henry McClintock und Sara Handy McClintock. Thomas McClintock war das Kind britischer Einwanderer; Sara Ryder Handy stammte von einer alten amerikanischen Mayflower-Familie ab. Marjorie, das älteste Kind, wurde im Oktober 1898 geboren; Mignon, die zweite Tochter, wurde im November 1900 geboren. Der Jüngste, Malcolm Rider genannt Tom, wurde 18 Monate nach Barbara geboren. Als sie ein junges Mädchen war, bestimmten ihre Eltern, dass Eleanor, ein „femininer" und „zartes" Name, nicht für sie geeignet war, und wählten stattdessen Barbara. McClintock war bereits in sehr jungem Alter ein unabhängiges Kind, ein Merkmal, das sie später als ihre „Fähigkeit, allein zu sein" identifizierte. Von ihrem dritten Lebensjahr bis zum Schulbeginn lebte McClintock bei einer Tante und einem Onkel in Brooklyn, New York, um die finanzielle Belastung ihrer Eltern zu verringern, während ihr Vater seine medizinische Praxis aufbaute. Sie wurde als einsames und unabhängiges Kind beschrieben. Sie stand ihrem Vater nahe, hatte aber ein schwieriges Verhältnis zu ihrer Mutter, eine Anspannung, die begann, als sie noch jung war.
Die McClintock-Familie zog 1908 nach Brooklyn um und McClintock absolvierte ihre Sekundarschulbildung dort an der Erasmus Hall High School; sie graduierte 1919 früh. Sie entdeckte ihre Liebe zur Wissenschaft und bekräftigte ihre einsame Persönlichkeit während der High School. Sie wollte ihre Studien an der College of Agriculture der Cornell University fortsetzen. Ihre Mutter widersetzte sich dem Gedanken, McClintock aufs College zu schicken, aus Angst, dass sie unverheiratet sein würde, was zu dieser Zeit üblich war. McClintock wurde fast davon abgehalten, aufs College zu gehen, aber ihr Vater erlaubte ihr es kurz vor der Anmeldung, und sie schrieb sich 1919 an Cornell ein.
Ausbildung und Forschung in Cornell
McClintock begann ihre Studien an Cornells College of Agriculture 1919. Dort beteiligte sie sich am Studentengremium und wurde eingeladen, einer Verbindung beizutreten, obwohl sie bald erkannte, dass sie lieber keiner formalen Organisation beitreten wollte. Stattdessen nahm McClintock Musik auf, speziell Jazz. Sie studierte Botanik und erhielt 1923 einen B.Sc. Ihr Interesse an Genetik begann, als sie 1921 ihren ersten Kurs in diesem Bereich belegte. Der Kurs basierte auf einem ähnlichen an der Harvard University und wurde von C. B. Hutchison, einem Pflanzenzüchter und Genetiker, unterrichtet. Hutchison war von McClintocks Interesse beeindruckt und rief an, um sie einzuladen, 1922 am Graduiertenkurs Genetik an Cornell teilzunehmen. McClintock wies auf Hutchisons Einladung als Katalysator für ihr Interesse an Genetik hin: „Offensichtlich hat dieser Anruf das Los für meine Zukunft geworfen. Ich blieb danach bei der Genetik." Obwohl berichtet wurde, dass Frauen an Cornell nicht in Genetik spezialisieren konnten, und daher ihre MS und PhD – verdient 1925 bzw. 1927 – offiziell in Botanik verliehen wurden, hat neuere Forschung gezeigt, dass Frauen graduierte Abschlüsse in Cornells Plant Breeding Department verdienen durften, während McClintock Studentin an Cornell war.
Während ihrer Postgraduiertenstudien und ihrer postgraduierten Ernennung als Botanik-Dozentin war McClintock maßgeblich an der Zusammenstellung einer Gruppe beteiligt, die das neue Feld der Zytogenetik bei Mais studierte. Diese Gruppe brachte Pflanzenzüchter und Zytologen zusammen und umfasste Marcus Rhoades, den zukünftigen Nobelpreisträger George Beadle und Harriet Creighton. Rollins A. Emerson, Leiter der Plant Breeding Department, unterstützte diese Bemühungen, obwohl er selbst kein Zytologe war.
Sie arbeitete auch als Forschungsassistentin für Lowell Fitz Randolph und dann für Lester W. Sharp, beide Cornell-Botaniker.
McClintocks zytogenetische Forschung konzentrierte sich auf die Entwicklung von Möglichkeiten, Mais-Chromosomen zu visualisieren und zu charakterisieren. Dieser besondere Teil ihrer Arbeit beeinflusste eine Generation von Studenten, da er in den meisten Lehrbüchern enthalten war. Sie entwickelte auch eine Technik mit Karmin-Färbung zur Visualisierung von Mais-Chromosomen und zeigte zum ersten Mal die Morphologie der 10 Mais-Chromosomen. Diese Entdeckung wurde gemacht, weil sie Zellen aus der Mikrospore im Gegensatz zur Wurzelspitze beobachtete. Durch die Untersuchung der Morphologie der Chromosomen konnte McClintock spezifische Chromosomengruppen mit Merkmalen verknüpfen, die zusammen vererbt wurden. Marcus Rhoades merkte an, dass McClintocks Genetik-Arbeit von 1929 zur Charakterisierung von triploiden Mais-Chromosomen wissenschaftliches Interesse an Mais-Zytogenetik auslöste, und schrieb ihr 10 der 17 signifikanten Fortschritte zu, die zwischen 1929 und 1935 von Cornell-Wissenschaftlern gemacht wurden.
1930 war McClintock die erste Person, die die kreuzförmige Wechselwirkung homologer Chromosomen während der Meiose beschrieb. Im folgenden Jahr bewiesen McClintock und Creighton die Verbindung zwischen Chromosomenaustausch während der Meiose und der Rekombination genetischer Merkmale. Sie beobachteten, wie die Rekombination von Chromosomen unter dem Mikroskop mit neuen Merkmalen korrelierte. Bis zu diesem Zeitpunkt war nur hypothesiert worden, dass genetische Rekombination während der Meiose auftreten könnte, obwohl es nicht genetisch nachgewiesen worden war. McClintock veröffentlichte 1931 die erste genetische Karte für Mais und zeigte die Reihenfolge von drei Genen auf Mais-Chromosom 9. Diese Informationen lieferten notwendige Daten für die Überkreuzungsstudie, die sie mit Creighton veröffentlichte; sie zeigten auch, dass Überkreuzung in Schwesterchromatiden sowie homologen Chromosomen auftritt. 1938 produzierte sie eine zytogenetische Analyse des Zentromers und beschrieb die Organisation und Funktion des Zentromers sowie die Tatsache, dass es sich teilen kann.
McClintocks bahnbrechende Veröffentlichungen und die Unterstützung ihrer Kollegen führten dazu, dass sie mehrere postdoktorale Stipendien des National Research Council erhielt. Diese Finanzierung ermöglichte ihr, Genetik an der Cornell University, der University of Missouri und dem California Institute of Technology zu studieren, wo sie mit E. G. Anderson arbeitete. In den Sommern 1931 und 1932 arbeitete sie an der University of Missouri mit Genetiker Lewis Stadler, der sie in die Verwendung von Röntgenstrahlen als Mutagene einführte. Exposition gegenüber Röntgenstrahlen kann die Mutationsrate über das natürliche Hintergrundniveau erhöhen, was sie zu einem kraftvollen Forschungsinstrument für Genetik macht. Durch ihre Arbeit mit Röntgenbestrahlung-mutagenisiertem Mais identifizierte sie Ringchromosomen, die sich bilden, wenn die Enden eines einzelnen Chromosoms nach Strahlenschaden zusammenschmelzen. Aus diesem Beweis hypothesierte McClintock, dass es eine Struktur an der Chromosomenspitze geben müsse, die normalerweise die Stabilität sicherstellen würde. Sie zeigte, dass der Verlust von Ringchromosomen während der Meiose zu Fleckenbildung in der Mais-Blattwerk in Generationen nach Bestrahlung führte, die aus Chromosomenlöschung resultiert. Während dieses Zeitraums demonstrierte sie das Vorhandensein der Nukleolus-Organisatorregion auf einer Region des Mais-Chromosoms 6, die für die Montage des Nukleolus erforderlich ist. 1933 stellte sie fest, dass Zellen beschädigt werden können, wenn nicht-homologe Rekombination auftritt. Während dieses gleichen Zeitraums hypothesierte McClintock, dass die Spitzen von Chromosomen durch Telomere geschützt sind.
McClintock erhielt ein Stipendium der Guggenheim Foundation, das eine sechsmonatige Ausbildung in Deutschland während 1933 und 1934 ermöglichte. Sie hatte geplant, mit Curt Stern zu arbeiten, der Überkreuzung in Drosophila nur wenige Wochen nach McClintock und Creighton demonstriert hatte; jedoch emigrierte Stern in die Vereinigten Staaten. Stattdessen arbeitete sie mit Genetiker Richard B. Goldschmidt zusammen, der Direktor des Kaiser-Wilhelm-Instituts für Biologie in Berlin war. Sie verließ Deutschland früh inmitten zunehmender politischer Spannungen in Europa und kehrte nach Cornell zurück, wo sie bis 1936 blieb, als sie eine Assistenzprofessur von Lewis Stadler in der Botanik-Abteilung der University of Missouri in Columbia annahm. Während sie noch an Cornell war, wurde sie von einem zweijährigen Rockefeller-Foundation-Stipendium unterstützt, das Emerson für sie erhielt.
University of Missouri
Während ihrer Zeit in Missouri erweiterte McClintock ihre Forschung über die Wirkung von Röntgenstrahlen auf die Mais-Zytogenetik. McClintock beobachtete den Bruch und die Fusion von Chromosomen in bestrahlten Mais-Zellen. Sie konnte auch zeigen, dass in einigen Pflanzen spontaner Chromosomenbruch in den Zellen des Endosperms auftrat. Während der Mitose beobachtete sie, dass die Enden der gebrochenen Chromatiden nach der Chromosomenreplikation wieder verbunden wurden. In der Anaphase der Mitose bildeten die gebrochenen Chromosomen eine Chromatidbrücke, die gebrochen wurde, als sich die Chromatiden zu den Zellpolen bewegten. Die gebrochenen Enden wurden in der Interphase der nächsten Mitose wieder verbunden, und der Zyklus wiederholte sich, was zu massiven Mutationen führte, die sie als Fleckenbildung im Endosperm erkennen konnte. Dieser Bruch-Wiederverbindungs-Brückenzyklus war aus mehreren Gründen eine wichtige zytogenetische Entdeckung. Erstens zeigte er, dass die Wiederverbindung von Chromosomen kein zufälliges Ereignis war, und zweitens demonstrierte er eine Quelle großflächiger Mutation. Aus diesem Grund bleibt es heute ein Interessensbereich in der Krebsforschung.
Obwohl ihre Forschung in Missouri Fortschritte machte, war McClintock mit ihrer Position an der Universität nicht zufrieden. Sie erinnerte sich daran, von Fakultätssitzungen ausgeschlossen zu sein, und wurde nicht über verfügbare Positionen an anderen Institutionen informiert. 1940 schrieb sie an Charles Burnham: „Ich habe beschlossen, dass ich eine andere Arbeit suchen muss. Soweit ich es erkennen kann, gibt es hier nichts mehr für mich. Ich bin Assistenzprofessorin für 3.000 Dollar und ich bin mir sicher, dass das die Grenze für mich ist." Ursprünglich wurde McClintocks Position speziell für sie von Stadler geschaffen und hätte von seiner Anwesenheit an der Universität abhängen können. McClintock glaubte, dass sie keine Tenure an Missouri gewinnen würde, obwohl sie nach einigen Berichten wusste, dass ihr eine Beförderung von Missouri im Frühjahr 1942 angeboten würde. Neuere Beweise deuten darauf hin, dass McClintock sich wahrscheinlich eher dazu entschloss, Missouri zu verlassen, weil sie das Vertrauen in ihren Arbeitgeber und die Universitätsverwaltung verloren hatte, nachdem sie entdeckt hatte, dass ihr Arbeitsplatz gefährdet wäre, wenn Stadler für Caltech gehen würde, wie er erwogen hatte. Die Vergeltung der Universität gegen Stadler verstärkte ihre Gefühle.
Anfang 1941 nahm sie einen Urlaub von Missouri in der Hoffnung, eine Position anderswo zu finden. Sie nahm eine Gastprofessur an der Columbia University an, wo ihr ehemaliger Cornell-Kollege Marcus Rhoades Professor war. Rhoades bot auch an, sein Forschungsfeld in Cold Spring Harbor auf Long Island zu teilen. Im Dezember 1941 wurde ihr von Milislav Demerec, dem neu ernannten amtierenden Direktor der Cold Spring Harbor Laboratory der Abteilung Genetik des Carnegie Institution of Washington, eine Forschungsposition angeboten; McClintock akzeptierte seine Einladung trotz ihrer Bedenken und wurde ständiges Fakultätsmitglied.
Cold Spring Harbor
Nach ihrer einjährigen Übergangsstellung akzeptierte McClintock eine Vollzeit-Forschungsposition am Cold Spring Harbor Labor
