George Beadle: Nobelprisvindende genetiker – 'ét gen, ét enzym'-hypotesen
George Beadle: Nobelprisvindende genetiker bag "ét gen, ét enzym"-hypotesen — banebrydende opdagelser i geners rolle i enzymproduktion og cellebiokemi.
George Wells Beadle (22. oktober 1903 - 9. juni 1989) var en amerikansk genetiker.
Han vandt Nobelprisen i fysiologi eller medicin sammen med Edward Tatum; de delte prisen med Joshua Lederberg, som arbejdede sammen med Tatum på bakteriegenetik.
Beadle og Tatum opdagede genernes rolle i reguleringen af biokemisk syntese i cellerne.
Beadle og Tatums centrale eksperimenter bestod i at udsætte brødskimmelsvampen Neurospora crassa for røntgenstråler, hvilket forårsagede mutationer. I en række eksperimenter viste de, at disse mutationer forårsagede ændringer i specifikke enzymer, der er involveret i de veje, hvorfra proteinerne produceres. De foreslog en direkte forbindelse mellem gener og enzymatiske reaktioner, kendt som "ét gen, ét enzym"-hypotesen.
Hvordan eksperimenterne fungerede
Beadle og Tatum arbejdede med Neurospora fordi arten er haploid i store dele af sin livscyklus og har en enkel ernæringsmæssig profil, hvilket gør det lettere at opdage mutationer, der påvirker metaboliske veje. De udsatte sporer for røntgenstråling for at fremkalde mutationer og dyrkede derefter de muterede stammer på et minimalt vækstmedium. Når en mutant ikke kunne vokse på minimalt medium, tilførte de ét næringsstof ad gangen (f.eks. en aminosyre eller en vitamin) for at se, hvad der genoprettede vækst.
Hvis tilsætning af et bestemt stof genskabte vækst, konkluderede de, at mutationen havde blokeret en trinvis biokemisk syntesevej, hvor netop det stof normalt blev fremstillet af cellen. Disse mutanter, som kræver ekstra næringsstoffer for at vokse, kaldes ofte auxotrofe, i modsætning til prototrofe villige stammer, der kan vokse på minimalt medium.
Vigtige resultater og tolkning
På baggrund af disse resultater formulerede Beadle og Tatum den enkle, men kraftfulde idé om, at individuelle gener kontrollerer produktionen af individuelle enzymer — det såkaldte »ét gen, ét enzym«-princip. Hypotesen knyttede genetik (arvemateriale) direkte til biokemi (metaboliske reaktioner) og viste, at mutationer i et gen kan føre til fravær eller ændring af et enzym, hvilket igen påvirker cellens metabolisme.
Efterfølgende justeringer og betydning
Siden Beadle og Tatums arbejde er hypotesen blevet nuanceret: mange enzymer består af flere polypeptidkæder (subunits), og enkelte polypeptider kan være produkter af forskellige gener. Derfor blev princippet ofte omskrevet til »ét gen, ét polypeptid«. Desuden omfatter gener også ikke-enzymatiske produkter (f.eks. strukturelle proteiner og RNA-molekyler med regulatoriske funktioner), så sammenhængen mellem gen og funktion er mere kompleks end den oprindelige formulering antydede.
Alligevel var Beadle og Tatums arbejde skelsættende: det banede vejen for moderne molekylærgenetik ved konkret at vise, hvordan gener kan bestemme cellulære kemiske processer. Deres resultater lagde grundlaget for senere opdagelser om DNA's struktur, genekspression og regulering samt for anvendelser inden for medicin, bioteknologi og landbrug.
Arv og eftermæle
Beadle er bredt anerkendt for at have bragt biokemi og genetik tættere sammen og for at have inspireret generationer af forskere til at undersøge, hvordan genetisk information oversættes til molekylære funktioner. Hans og Tatums tilgang — at kombinere mutationel analyse med nøje kontrollerede vækstbetingelser — er en standardmetode i genetisk og biokemisk forskning.
Selvom begrebet »ét gen, ét enzym« er blevet modificeret og udvidet, lever betydningen af deres opdagelse videre som et centralt historisk skridt i forståelsen af geners rolle i cellernes kemi og i udviklingen af moderne molekylærbiologi.
Liv og karriere
George Wells Beadle blev født i Wahoo, Nebraska, den 22. oktober 1903. Han var søn af landmænd; hans forældre ejede og drev en gård på 160.000 m2 (40 acre).
George var måske selv blevet landmand, hvis en af hans lærere ikke havde rettet hans tanker mod videnskaben og College of Agriculture i Lincoln, Nebraska.
Efter sin eksamen i 1926 arbejdede han på hybridhvede og Zea mays. I 1931 blev han tildelt et stipendium fra National Research Council ved California Institute of Technology i Pasadena, hvor han blev fra 1931 til 1936. I denne periode fortsatte han sit arbejde med indisk majs og begyndte i samarbejde med Dobzhansky og Sturtevant at arbejde på crossing-over i frugtfluen Drosophila melanogaster.
I 1935 besøgte Beadle Paris i seks måneder for at arbejde sammen med Boris Ephrussi på Institut de Biologie physico-chimique i Paris. Sammen begyndte de at studere udviklingen af øjenpigmentet hos Drosophila, hvilket senere førte til arbejdet med biokemien i svampen Neurosporas genetik.
I 1937 blev Beadle udnævnt til professor i biologi (genetik) ved Stanford University, hvor han blev i ni år og arbejdede det meste af denne periode sammen med Tatum.
I 1946 vendte han tilbage til California Institute of Technology som professor i biologi og formand for biologiafdelingen. Her forblev han indtil januar 1961, hvor han blev valgt til kansler for University of Chicago og i efteråret samme år til rektor for dette universitet.
George Beadle døde den 9. juni 1989.
Senere arbejde
Beadle & Tatums arbejde blev senere videreført af E.B. Lewis, som arbejdede på den måde, hvorpå generne styrer udviklingen af embryoner, og af Phillip Sharp & Richard Roberts, som opdagede introner og RNA-splejsning. Alle tre vandt Nobelpriser for deres arbejde.
I 1977 viste arbejdet i Sharp- og Roberts-laboratorierne, at generne i højere organismer er "opdelt" eller findes i flere forskellige segmenter langs DNA-molekylet.
Genets kodende regioner er adskilt af ikke-kodende DNA, som ikke er involveret i proteinudtrykket. De ikke-kodende områder, intronerne, skæres fra de forudgående mRNA'er i en proces, der kaldes "splejsning". Det blev konstateret, at den opdelte genstruktur er fælles for de fleste eukaryote gener. Af denne grund gælder et gen - et enzym ikke på den enkle måde, som Beadle og Tatum fremlagde. Det skyldes, at
- Det kan kræve mere end ét gen at opbygge et protein, og
- Der kan laves mange forskellige gener ud fra et mindre sæt gener (se antistof).
Deres arbejde var dog et stort fremskridt i sin tid.
Spørgsmål og svar
Q: Hvem er George Wells Beadle?
A: George Wells Beadle var en amerikansk genetiker.
Q: Hvad vandt George Wells Beadle Nobelprisen i fysiologi eller medicin for?
A: George Wells Beadle vandt Nobelprisen i fysiologi eller medicin sammen med Edward Tatum; de delte prisen med Joshua Lederberg, som arbejdede sammen med Tatum om bakteriel genetik.
Q: Hvad opdagede Beadle og Tatum?
A: Beadle og Tatum opdagede genernes rolle i reguleringen af den biokemiske syntese i cellerne.
Q: Hvad var Beadle og Tatums vigtigste eksperimenter?
A: Beadle og Tatums vigtigste eksperimenter gik ud på at udsætte brødskimmelsvampen Neurospora crassa for røntgenstråler, hvilket forårsagede mutationer.
Q: Hvad viste Beadle og Tatum i deres eksperimenter?
A: I en række eksperimenter viste Beadle og Tatum, at mutationer forårsagede ændringer i specifikke enzymer, der var involveret i proteinfremstilling.
Q: Hvad foreslog Beadle og Tatum?
A: Beadle og Tatum foreslog en direkte forbindelse mellem gener og enzymatiske reaktioner, kendt som "et gen, et enzym"-hypotesen.
Q: Hvad er "et gen, et enzym"-hypotesen?
A: "Et gen, et enzym"-hypotesen er en direkte forbindelse mellem gener og enzymatiske reaktioner, som Beadle og Tatum foreslog i deres eksperiment.
Søge