Esther Lederberg

La sua scoperta del lambda ha avuto una grande influenza nella genetica molecolare e nella virologia

Esther Miriam Zimmer Lederberg era una microbiologa americana e una pioniera della genetica batterica. Le scoperte notevoli includono il virus batterico λ, il trasferimento di geni tra batteri attraverso la trasduzione specializzata, la natura spontanea delle mutazioni mediante replica plating, e la scoperta del fattore di fertilità batterica F, che promuove il trasferimento di geni ad altri batteri.

Lederberg ha anche fondato e diretto il Plasmid Reference Center, ormai defunto, presso la Stanford University, dove ha mantenuto, denominato e distribuito plasmidi di molti tipi, inclusi quelli che codificano per la resistenza agli antibiotici, la resistenza ai metalli pesanti, la virulenza, la coniugazione, le colicine, i trasposoni e altri fattori sconosciuti.

In qualità di donna in un campo dominato dagli uomini e moglie di un premio Nobel, Lederberg ha lottato per il riconoscimento professionale. Nonostante le sue scoperte fondamentali nel campo della microbiologia, non le è mai stata offerta una posizione di docente permanente presso un'università. I libri di testo spesso ignorano il suo lavoro e attribuiscono i suoi risultati a suo marito Joshua.

Primi anni

Esther Miriam Zimmer era la prima di due figli nati nel Bronx, New York, da una famiglia di origine ebraica ortodossa. I suoi genitori erano David Zimmer, un immigrato dalla Romania che gestiva una tipografia, e Pauline Geller Zimmer. Suo fratello, Benjamin Zimmer, è nato nel 1923. Bambina durante la Grande Depressione, il suo pranzo era spesso una fetta di pane condita con il succo di un pomodoro spremuto. Zimmer imparò l'ebraico e utilizzò questa competenza per condurre i Seder di Passover.

Zimmer ha frequentato l'Evander Childs High School nel Bronx, diplomandosi all'età di 16 anni. Le è stata assegnata una borsa di studio per frequentare l'Hunter College di New York City a partire da quell'autunno. Al college, Zimmer inizialmente voleva studiare francese o letteratura, ma ha cambiato il suo campo di studio in biochimica contro il consiglio dei suoi insegnanti, che ritenevano che le donne avessero difficoltà a ottenere una carriera nelle scienze. Ha lavorato come assistente di ricerca presso l'Orto Botanico di New York, conducendo ricerche su Neurospora crassa con il patologo vegetale Bernard Ogilvie Dodge. Ha conseguito una laurea in genetica, laureandosi cum laude nel 1942, all'età di 20 anni.

Dopo la sua laurea presso Hunter, Zimmer è andata a lavorare come assistente di ricerca per Alexander Hollaender presso la Carnegie Institution of Washington in seguito Cold Spring Harbor Laboratory, dove ha continuato a lavorare con N. crassa e ha pubblicato il suo primo lavoro in genetica. Nel 1944 ha vinto una borsa di studio presso la Stanford University, lavorando come assistente di George Wells Beadle ed Edward Tatum. Quando ha chiesto a Tatum di insegnarle la genetica, lui inizialmente ha rifiutato finché non le ha chiesto di determinare perché, in una bottiglia di mosche della frutta Drosophila, una mosca avesse gli occhi di colore diverso dagli altri. Ha risolto questo problema così bene che Tatum l'ha nominata sua TA. Successivamente si trasferì a ovest in California e, dopo un'estate di studi presso la Hopkins Marine Station della Stanford University sotto Cornelius Van Niel, entrò in un programma di master in genetica. Stanford le assegnò un master nel 1946. La sua tesi di M.A. era intitolata "Mutant Strains of Neurospora Deficient in Para-Aminobenzoic Acid". Quello stesso anno, ha sposato Joshua Lederberg, allora studente di Tatum alla Yale University. Lederberg si trasferì all'Osborne Botanical Laboratory di Yale, prima di trasferirsi presso l'Università del Wisconsin dopo che suo marito divenne professore lì. Lì ha perseguito una laurea di dottorato. Dal 1946 al 1949, le è stata assegnata una borsa di studio predottorale dal National Cancer Institute. La sua tesi era "Genetic control of mutability in the bacterium Escherichia coli." Ha completato il suo dottorato sotto la supervisione di R. A. Brink, nel 1950.

Contributi alla microbiologia e alla genetica

Lederberg è rimasta presso l'Università del Wisconsin per la maggior parte degli anni '50. È lì che ha scoperto il fago lambda, ha condotto prime ricerche sulla relazione tra trasduzione e lisogenia del fago lambda, ha scoperto il fattore di fertilità F di E. coli con Luigi Luca Cavalli-Sforza pubblicando infine con Joshua Lederberg, ha ideato la prima implementazione riuscita della replica plating con Joshua Lederberg, e ha aiutato a scoprire e comprendere i meccanismi genetici della trasduzione specializzata. Questi contributi hanno gettato le basi per gran parte del lavoro di genetica condotto nella seconda metà del ventesimo secolo. Grazie al suo lavoro, è considerata una pioniera della genetica batterica.

Batteriofago λ

Esther Lederberg è stata la prima a isolare il batteriofago λ. Ha riportato per la prima volta la scoperta nel 1951 mentre era una studentessa di dottorato e in seguito ha fornito una descrizione dettagliata in un articolo del 1953 sulla rivista Genetics. Stava lavorando con un ceppo E. coli K12 che era stato mutato con luce ultravioletta. Quando ha incubato un mix del ceppo mutante con il suo ceppo parentale E. coli K12 su una piastra di agar, ha visto placche, che erano note per essere causate da batteriofagi. La fonte del batteriofago era il ceppo parentale K12. Il trattamento UV aveva "guarito" il batteriofago dal mutante, rendendolo sensibile all'infezione dello stesso batteriofago che il genitore aveva prodotto. Il batteriofago è stato chiamato λ. I suoi studi hanno dimostrato che λ aveva sia uno stile di vita tipico in cui il fago replicava rapidamente molte copie di se stesso prima di fuoriuscire dall'ospite E. coli, sia uno stile di vita alternativo in cui il fago esisteva tranquillamente all'interno di E. coli come un altro marcatore genetico.

Esther e Joshua Lederberg hanno dimostrato che λ, nella sua forma quiescente, era geneticamente mappato vicino ai geni di E. coli necessari per il metabolismo dello zucchero galattosio gal. I Lederberg hanno proposto che il materiale genetico di λ fosse fisicamente integrato nel cromosoma accanto ai geni gal e successivamente replicato come profago insieme al DNA del batterio ospite. Quando il profago viene successivamente spinto ad abbandonare l'ospite, deve escidersi dal DNA dell'ospite. Occasionalmente, il DNA del fago che viene escisso è accompagnato dal DNA dell'ospite adiacente, che può essere introdotto in un nuovo ospite dal fago. Questo processo è chiamato trasduzione specializzata.

Seguendo la pubblicazione dei suoi studi su λ in diversi anni, Lederberg ha presentato i suoi risultati in conferenze internazionali. Nel 1957, Lederberg ha tenuto un intervento sulla lisogenia di λ e sulla trasduzione specializzata al Simposio sulla Genetica Batterica e Virale a Canberra, Australia. Nel 1958, ha presentato i suoi risultati sulla mappatura a struttura fine del locus gal al 10º Congresso Internazionale di Genetica a Montreal, Canada.

Fattore di fertilità batterica F

La scoperta da parte di Lederberg del fattore di fertilità o fattore F è derivata direttamente dai suoi esperimenti per mappare la posizione del profago lambda sul cromosoma di E. coli attraverso incroci con altri ceppi di E. coli con marcatori genetici noti. Quando alcuni degli incroci non hanno prodotto ricombinanti, ha sospettato che alcuni dei suoi ceppi di E. coli avessero perso un "fattore di fertilità". Con le sue stesse parole:

In termini di test dei marcatori disponibili ... i dati hanno mostrato che c'era un locus specifico per la lisogenicità. ... Nel corso di questi studi di collegamento [mappatura genetica],...un giorno, ZERO ricombinanti sono stati recuperati....Ho esplorato la nozione che ci fosse una sorta di "fattore di fertilità" che, se assente, ha portato a nessun ricombinante. In breve, l'ho chiamato F.

I successivi lavori di altri hanno dimostrato che il fattore F è una sequenza di DNA batterico che ospita geni che permettono a un batterio di donare DNA a un batterio ricevente per contatto diretto in un processo chiamato coniugazione. La sequenza di DNA che codifica il fattore F può esistere sia come plasmide indipendente che come integrazione nel cromosoma della cellula batterica.

Origine delle mutazioni

Il problema della riproduzione di colonie batteriche in massa nella stessa configurazione geometrica di quella sulla piastra di agar originale è stato per la prima volta risolto con successo mediante replica plating, come implementato da Esther e Joshua Lederberg. Gli scienziati avevano cercato una soluzione affidabile per almeno un decennio prima che i Lederberg la implementassero con successo. I predecessori meno efficienti della metodologia erano stuzzicadenti, carta, spazzole di filo e inoculatori a più punte. La biografa Rebecca Ferrell ritiene che il metodo inventato da Lederberg fosse probabilmente ispirato dall'uso della stampa di suo padre nel suo lavoro, premendo una piastra di colonie batteriche su velluto sterile, dopodiché venivano stampate su piastre di media con diversi ingredienti, a seconda delle caratteristiche desiderate che il ricercatore desiderava osservare.

I Lederberg hanno utilizzato il metodo della replica plating per dimostrare che i mutanti resistenti ai batteriofagi e agli antibiotici sorgevano in assenza di fagi o antibiotici. La natura spontanea delle mutazioni era stata precedentemente dimostrata da Luria e Delbrück. Tuttavia, molti scienziati non hanno compreso gli argomenti matematici dei risultati di Luria e Delbrück e il loro articolo è stato ignorato o rifiutato da altri scienziati. La controversia è stata risolta dal semplice esperimento di replica plating dei Lederberg.

Plasmid Reference Center

Esther Lederberg è tornata a Stanford nel 1959 con Joshua Lederberg. È rimasta a Stanford per il resto della sua carriera di ricerca, dirigendo il Plasmid Reference Center PRC presso la Stanford School of Medicine dal 1976 al 1986. Come direttrice del PRC, ha organizzato e mantenuto un registro dei plasmidi, dei trasposoni e delle sequenze di inserzione di tutto il mondo. Ha iniziato il sistema di denominazione delle sequenze di inserzione e dei trasposoni in sequenza a partire da IS1 e Tn1. La numerazione sequenziale è continuata fino al suo pensionamento.

Si è ritirata dalla sua posizione nel Dipartimento di Microbiologia e Immunologia di Stanford nel 1985, ma ha continuato il suo lavoro al PRC come volontaria.

Onori professionali

• 1956 Society of Illinois Bacteriologists: Pasteur Award con Joshua Lederberg
• 1959 Fulbright Fellowship in batteriologia per lavorare presso la Melbourne University in Australia.
• Fellow della American Association for the Advancement of Science

Nel 1985, Lederberg è stata onorata come professoressa emerita in microbiologia e immunologia presso la Stanford University.

Sfide professionali: discriminazione di genere

Il microbiologo Stanley Falkow ha detto di Esther Lederberg che "Sperimentalmente e metodologicamente era un genio in laboratorio." Tuttavia, sebbene Esther Lederberg fosse una scienziata di ricerca pioniera, ha affrontato sfide significative come scienziata donna negli anni '50 e '60.

Dopo le sue scoperte fondamentali del fattore F e λ in scuola di dottorato, Joshua Lederberg l'ha fermata dal condurre ulteriori esperimenti per seguire le sue scoperte. Secondo Esther, Joshua, come suo consulente di tesi, voleva che completasse la sua dissertazione di dottorato. Il suo consulente della scuola di dottorato, R.A. Brink, potrebbe non aver riconosciuto il significato delle sue scoperte. Potrebbe essere stata pienamente riconosciuta per le sue scoperte se le fosse stato permesso di proseguirle immediatamente. Invece, il ritardo ha danneggiato il suo patrimonio come scienziata di ricerca indipendente e i suoi risultati sulla genetica batterica sono ora attribuiti principalmente a suo marito. In realtà, la maggior parte dei libri di testo evidenzia il ruolo di Joshua Lederberg nelle scoperte fatte congiuntamente con Esther. La mancanza di credito data a Esther Lederberg per lo sviluppo della tecnica di replica plating è stata citata come esempio dell'effetto Matilda, in cui le scoperte fatte da scienziati donne sono ingiustamente attribuite ai loro colleghi maschi. Nel momento in cui Joshua ha vinto il Premio Nobel nel 1958, i centri di ricerca che lo stavano reclutando vedevano Esther come sua moglie e assistente di ricerca piuttosto che come una scienziata indipendente.

Lederberg è stata esclusa dalla scrittura di un capitolo nel libro del 1966 Phage and the Origins of Molecular Biology, una commemorazione della biologia molecolare. Secondo lo storico della scienza Prina Abir-Am, la sua esclusione era "incomprensibile" a causa delle sue importanti scoperte nella genetica dei batteriofagi. Abir-Am ha attribuito la sua esclusione in parte al sessismo che prevaleva negli anni '60.

Come scrisse più tardi Luigi Luca Cavalli-Sforza, "La Dott.ssa Esther Lederberg ha goduto il privilegio di lavorare con un marito molto famoso. Questo è stato a volte anche un ostacolo, perché inevitabilmente non le è stato attribuito tutto il credito che veramente meritava. So che pochissime persone, se non nessuna, hanno avuto il beneficio di un collaboratore tanto prezioso quanto Joshua ha avuto." Nonostante ciò, suo marito Joshua ha riconosciuto il suo lavoro e i suoi contributi. Quando la coppia ha partecipato al Simposio di Cold Spring Harbor del 1951, ha discusso il lavoro di dottorato di Esther su E. coli e l'ha riconosciuta come seconda autrice. Ferrell nota, tuttavia, che non ha successivamente riconosciuto il suo lavoro quando ha scritto un resoconto autobiografico della loro scoperta della ricombinazione genetica nei batteri.

Lederberg era una sostenitrice di se stessa e di altre donne durante i primi anni della seconda ondata del femminismo. Come molte altre donne scienziati presso la Stanford University, Lederberg ha lottato per il riconoscimento professionale. Mentre suo marito iniziava il suo incarico come capo del dipartimento di genetica a Stanford nel 1959, lei e altre due donne hanno presentato una petizione al decano della scuola di medicina riguardante la mancanza di docenti donne. Le è stata infine assegnata una posizione di facoltà come Research Associate Professor nel Dipartimento di Microbiologia e Immunologia, ma la posizione era non retribuita. Secondo Abir-Am, Esther ha dovuto lottare per mantenere il lavoro a Stanford dopo il divorzio da Joshua. Più tardi nel 1974 come Senior Scientist, è stata costretta a passare a una posizione come Adjunct Profess