Её открытие лямбды оказало большое влияние на молекулярную генетику и вирусологию
Эстер Мириам Циммер Ледерберг была американским микробиологом и пионером бактериальной генетики. Её заметные открытия включают бактериальный вирус λ, передачу генов между бактериями посредством специализированной трансдукции, спонтанную природу мутаций методом реплицирующего посева и открытие бактериального фактора плодовитости F, который способствует передаче генов другим бактериям.
Ледерберг также основала и руководила ныне прекратившим свою деятельность Центром справочной информации по плазмидам в Стэнфордском университете, где она хранила, классифицировала и распространяла плазмиды многих типов, включая те, которые кодируют устойчивость к антибиотикам, устойчивость к тяжёлым металлам, вирулентность, конъюгацию, колицины, транспозоны и другие неизвестные факторы.
Как женщина в области, где доминировали мужчины, и жена лауреата Нобелевской премии, Ледерберг боролась за профессиональное признание. Несмотря на её основополагающие открытия в области микробиологии, ей никогда не предлагали постоянную должность в университете. Учебники часто игнорируют её работу и приписывают её достижения её мужу Joshua.
Ранние годы
Эстер Мириам Циммер была первой из двух детей, родившихся в Бронксе, Нью-Йорк, в семье с ортодоксальным еврейским происхождением. Её родителями были David Zimmer, иммигрант из Румынии, владевший типографией, и Pauline Geller Zimmer. Её брат Benjamin Zimmer родился в 1923 году. Дитя Великой депрессии, её обед часто состоял из куска хлеба, политого соком выжатого помидора. Циммер изучала иврит и использовала эту компетентность для проведения пасхальных седеров.
Циммер учились в средней школе Evander Childs в Бронксе, закончив её в возрасте 16 лет. Она получила стипендию для поступления в Hunter College в Нью-Йорке, начиная с осени того же года. В колледже Циммер изначально хотела изучать французский язык или литературу, но она изменила направление своей учёбы на биохимию вопреки рекомендациям своих учителей, которые считали, что женщинам трудно построить карьеру в области естественных наук. Она работала научным ассистентом в Нью-Йоркском ботаническом саду, проводя исследования на Neurospora crassa с фитопатологом Bernard Ogilvie Dodge. Она получила степень бакалавра по генетике, окончив с отличием в 1942 году в возрасте 20 лет.
После окончания Hunter Циммер начала работать научным ассистентом у Alexander Hollaender в Институте Карнеги в Вашингтоне, позднее в лаборатории Cold Spring Harbor, где она продолжила работу с N. crassa и опубликовала свою первую работу по генетике. В 1944 году она получила стипендию для учёбы в Стэнфордском университете, работая ассистентом у George Wells Beadle и Edward Tatum. Когда она попросила Tatum научить её генетике, он вначале отказался, пока не предложил ей выяснить, почему в бутылке с дрозофилами один муха имел другой цвет глаз, чем остальные. Она решила эту задачу настолько успешно, что Tatum сделал её своим ассистентом. Позже она отправилась на запад в Калифорнию, и после лета, проведённого в учёбе на Морской биологической станции Hopkins Стэнфордского университета под руководством Cornelius Van Niel, она поступила в программу магистратуры по генетике. Стэнфорд присудил ей степень магистра в 1946 году. Её диссертация магистра имела название «Мутантные штаммы Neurospora, дефицитные по парааминобензойной кислоте». В том же году она вышла замуж за Joshua Lederberg, тогда учившегося у Tatum'а в Йельском университете. Ледерберг переехала в Ботаническую лабораторию Осборна в Йеле, прежде чем переехать в Висконсинский университет после того, как её муж стал там профессором. Там она поступила в аспирантуру. С 1946 по 1949 год ей была присуждена докторская стипендия от Национального онкологического института. Её диссертация называлась «Генетический контроль мутабильности в бактерии Escherichia coli». Она защитила докторскую степень под руководством R. A. Brink в 1950 году.
Вклад в микробиологию и генетику
Ледерберг оставалась в Висконсинском университете на протяжении большей части 1950-х годов. Именно там она открыла фаг лямбда, проводила ранние исследования взаимосвязи между трансдукцией и лизогенией фага лямбда, открыла фактор плодовитости E. coli F вместе с Luigi Luca Cavalli-Sforza, в конечном итоге опубликовав работу с Joshua Lederberg, разработала первую успешную реализацию реплицирующего посева с Joshua Lederberg и помогла открыть и понять генетические механизмы специализированной трансдукции. Эти вклады заложили основу для большей части генетических работ, проводившихся во второй половине двадцатого века. Благодаря её работе она считается пионером бактериальной генетики.
Бактериофаг λ
Эстер Ледерберг первой выделила бактериофаг λ. Она впервые доложила об открытии в 1951 году, будучи аспирантом, и позже предоставила подробное описание в статье 1953 года в журнале Genetics. Она работала со штаммом E. coli K12, который был мутагенизирован ультрафиолетовым светом. Когда она инкубировала смесь мутантного штамма с его родительским штаммом E. coli K12 на агаровой пластине, она увидела бляшки, которые, как известно, вызываются бактериофагами. Источником бактериофага был родительский штамм K12. УФ-обработка «излечила» бактериофаг из мутанта, сделав его чувствительным к заражению тем же бактериофагом, который производил родитель. Бактериофаг был назван λ. Её исследования показали, что λ имел как типичный образ жизни, при котором фаг быстро производил много копий самого себя перед тем, как выбраться из хозяина E. coli, так и альтернативный образ жизни, при котором фаг тихо существовал внутри E. coli как просто ещё один генетический маркер.
Эстер и Joshua Lederberg продемонстрировали, что λ в его спящей форме генетически картировался близко к генам E. coli, необходимым для метаболизма сахара галактозы gal. Ледербергиаисходили из предположения, что генетический материал λ физически интегрировался в хромосому рядом с генами gal и впоследствии реплицировался как профаг вместе с ДНК хозяина. Когда профаг позже побуждается покинуть хозяина, он должен вырезать себя из ДНК хозяина. Иногда ДНК фага, которая вырезается, сопровождается соседней ДНК хозяина, которая может быть введена в нового хозяина фагом. Этот процесс называется специализированной трансдукцией.
После публикации её исследований λ на протяжении нескольких лет Ледерберг представила свои выводы на международных конференциях. В 1957 году Ледерберг прочитала доклад о лизогении λ и специализированной трансдукции на Симпозиуме бактериальной и вирусной генетики в Канберре, Австралия. В 1958 году она представила свои результаты по тонкому картированию локуса gal на 10-м Международном конгрессе генетики в Монреале, Канада.
Бактериальный фактор плодовитости F
Открытие Ледербергом фактора плодовитости или фактора F проистекало непосредственно из её экспериментов по определению местоположения лямбда-профага на хромосоме E. coli посредством скрещиваний с другими штаммами E. coli с известными генетическими маркерами. Когда некоторые скрещивания не дали рекомбинантов, она заподозрила, что некоторые из её штаммов E. coli потеряли «фактор плодовитости». По её собственным словам:
С точки зрения тестирования доступных маркеров... данные показали, что существал специфический локус для лизогенности. ... В ходе таких исследований связи [генетического картирования]... в один день были получены НУЛЕВЫЕ рекомбинанты.... Я исследовала предположение, что существовал некий «фактор плодовитости», который, если его нет, приводил к отсутствию рекомбинантов. Для краткости я назвала это F.
Более поздние работы других учёных показали, что фактор F представляет собой последовательность бактериальной ДНК, несущую гены, которые позволяют бактерии передавать ДНК реципиентной бактерии при прямом контакте в процессе, называемом конъюгацией. Последовательность ДНК, кодирующая фактор F, может существовать либо как независимая плазмида, либо интегрироваться в хромосому бактериальной клетки.
Происхождение мутаций
Проблему воспроизведения бактериальных колоний в массе в той же геометрической конфигурации, что и на исходной агаровой пластине, впервые успешно решил реплицирующий посев, реализованный Эстер и Joshua Lederberg. Учёные боролись за надёжное решение как минимум десять лет, прежде чем Ледербергиаи наконец успешно его реализовали. Менее эффективные предшественники методологии были зубочистки, бумага, проволочные щётки и многозубчатые инокуляторы. Биограф Rebecca Ferrell считает, что метод, который изобрела Ледерберг, вероятно, был вдохновлен использованием типографского станка её отца, прижимая пластину с бактериальными колониями к стерильному бархату, после чего их штампировали на пластины со средой с различными ингредиентами в зависимости от желаемых свойств, которые исследователь хотел наблюдать.
Ледербергиаи использовали метод реплицирующего посева, чтобы продемонстрировать, что мутанты, устойчивые к бактериофагам и антибиотикам, возникали в отсутствие фагов или антибиотиков. Спонтанная природа мутаций была ранее продемонстрирована Luria и Delbrück. Однако многие учёные не поняли математических аргументов Luria и Delbrück, и их статья либо игнорировалась, либо отвергалась другими учёными. Противоречие было разрешено простым экспериментом с реплицирующим посевом Ледербергиаи.
Центр справочной информации по плазмидам
Эстер Ледерберг вернулась в Стэнфорд в 1959 году с Joshua Lederberg. Она оставалась в Стэнфорде для остальной части своей исследовательской карьеры, руководя Центром справочной информации по плазмидам PRC в Медицинской школе Стэнфорда с 1976 по 1986 год. Как директор PRC, она организовала и вела реестр плазмид, транспозонов и последовательностей вставок во всём мире. Она инициировала систему последовательного названия вставляемых последовательностей и транспозонов, начиная с IS1 и Tn1. Последовательная нумерация продолжалась до её выхода на пенсию.
Она вышла в отставку со своей должности в Отделении микробиологии и иммунологии Стэнфордского университета в 1985 году, но продолжила свою работу в PRC в качестве волонтёра.
Профессиональные награды
- 1956 Общество бактериологов Иллинойса: Премия Pasteur вместе с Joshua Lederberg
- 1959 Стипендия Fulbright по бактериологии для работы в Мельбурнском университете в Австралии.
- Fellow of the American Association for the Advancement of Science
В 1985 году Ледерберг была удостоена звания почётного профессора микробиологии и иммунологии Стэнфордского университета.
Профессиональные вызовы: дискриминация по половому признаку
Микробиолог Stanley Falkow сказал об Эстер Ледерберг, что «Экспериментально и методологически она была гением в лаборатории». Однако, хотя Эстер Ледерберг была пионером научных исследований, она столкнулась со значительными трудностями как учёная-женщина в 1950-х и 1960-х годах.
После своих основополагающих открытий фактора F и λ в аспирантуре Joshua Lederberg помешал ей проводить дополнительные эксперименты для дальнейшего развития своих открытий. По словам Эстер, Joshua, как её научный руководитель, хотел, чтобы она закончила свою докторскую диссертацию. Её научный руководитель в аспирантуре, R.A. Brink, возможно, не признал значение её открытий. Она могла бы получить полное признание за свои открытия, если бы ей разрешили немедленно их развивать. Вместо этого задержка повредила её наследию как независимого учёного, и её выводы о бактериальном поле теперь приписываются в первую очередь её мужу. На самом деле, большинство учебников выделяют роль Joshua Lederberg в открытиях, сделанных совместно с Эстер. Отсутствие признания работы Эстер Ледерберг в разработке техники реплицирующего посева был назван примером эффекта Матильды, при котором открытия, сделанные учёными-женщинами, несправедливо приписываются их коллегам-мужчинам. К тому времени, когда Joshua выиграл Нобелевскую премию в 1958 году, исследовательские центры, которые его привлекали, видели в Эстер его жену и научного ассистента, а не независимого учёного.
Ледерберг была исключена из написания главы в книге 1966 года «Phage and the Origins of Molecular Biology», памятного произведения молекулярной биологии. По словам историка науки Prina Abir-Am, её исключение было «непостижимо» из-за её важных открытий в генетике бактериофагов. Абир-Ам приписала её исключение отчасти сексизму, который преобладал в 1960-х годах.
Как позже написал Luigi Luca Cavalli-Sforza, «Доктор Эстер Ледерберг имела привилегию работать с очень известным мужем. Это иногда было и помехой, потому что неизбежно ей не было отдано столько кредита, сколько она действительно заслуживала. Я знаю, что очень немногие люди, если вообще какие-либо, имели преимущество такого ценного сотрудника, как Joshua». Несмотря на это, её муж Joshua признал её работу и вклад. Когда пара присутствовала на Симпозиуме Cold Spring Harbor в 1951 году, он обсудил докторскую работу Эстер по E. coli и признал её в качестве второго автора. Ферелл отмечает, однако, что он позже не признал её работу, когда написал автобиографический отчёт об их открытии генетической рекомбинации в бактериях.
Ледерберг выступала в защиту себя и других женщин в ранние годы второй волны феминизма. Как и многие другие учёные-женщины в Стэнфордском университете, Ледерберг боролась за профессиональное признание. Когда её муж начал свою работу в качестве главы кафедры генетики в Стэнфорде в 1959 году, она и две другие женщины подали петицию декану медицинской школы по поводу отсутствия женского преподавательского состава. Ей в конечном итоге предложили должность преподавателя-исследователя в Отделении микробиологии и иммунологии, но должность была без постоянного контракта. По словам Абир-Ам, Эстер пришлось бороться, чтобы остаться на работе в Стэнфорде после развода с Joshua. Позже в 1974 году, будучи старшим научным сотрудником, ей пришлось перейти на должность доцента по совместительству
.jpg)
