Барбара Мак-Клинток

Биография

М. была награждена Нобелевской премией по физиологии и медицине 1983 г. за открытие транспозирующих генетических систем. Прошло более трех десятилетий с того момента, как была выполнена работа, которая теперь ставилась ей в заслугу.

Американский генетик Барбара Мак-Клинток родилась в Хартфорде (штат Коннектикут) и была младшей из трех дочерей врача Томаса Генри Мак-Клинтока и его жены Сары Хенди. В детстве Барбара со своими тетей и дядей с отцовской стороны проводили много времени за городом, в сельских районах Массачусетса, ей нравилось бывать на природе. Когда девочке исполнилось 8 лет, семья переехала во Флатбуш, район Бруклина (Нью-Йорк), напоминавший в то время скорее деревню. Ее отец работал врачом в «Стандард ойл компани», в его обязанности входило лечение членов команд нефтяных танкеров. Девочкой М. увлекалась фигурным катанием и другими видами спорта. Ее партнерами по играм были соседские мальчики. Тогда же у нее сформировалась стойкая привычка к чтению и размышлениям в одиночестве.

В 1918 г. М. закончила бруклинскую среднюю школу. Несмотря на сопротивление со стороны родителей, не желавших, чтобы дочь продолжала учебу, но в конце концов уступивших ей, М. в 1919 г. была зачислена в Корнеллский университет в Итаке (штат Нью-Йорк), где она собиралась изучать биологию в сельскохозяйственном колледже.

В университете М. избрали президентом клуба девушек-первокурсниц. Вначале она активно участвовала в общественной жизни и даже играла на банджо в джаз-оркестре. Но потом решила не вступать в женское землячество, когда узнала, что туда не были приглашены ее подруги-еврейки. Она стала посещать единственно доступные для студентов младших курсов лекции по генетике и произвела такое впечатление на своих преподавателей, что они предложили ей заниматься вместе с выпускниками, хотя она и была моложе их. В 1923 г. М. получила степень бакалавра, а затем продолжила обучение на ботаническом отделении со специализацией по цитологии (наука о клетках), генетике и зоологии.

Излюбленными объектами генетических исследований были плодовая мушка (Drosophila melanogaster) и кукуруза, или маис (Zea mays). Популярность дро-зофилы среди ученых объяснялась коротким циклом ее развития, высокой плодовитостью и некоторыми характерными физическими особенностями. У кукурузы цикл развития длиннее, но яркая и пестрая окраска зерен и листьев делали ее подходящим объектом для генетических исследований.

Когда М. обучалась еще на младших курсах университета, сотрудники сельскохозяйственного колледжа начали делать первые шаги в области генетики. Профессор Р.А. Эмерсон занимался генетикой кукурузы и гибридными линиями. М. работала с ним; у нее установились также многообещающие профессиональные контакты с двумя студентами-старшекурсниками, Джорджем У. Бидлом и Маркусом Роудзом, которые впоследствии стали знаменитыми генетиками.

В 1924 г. в ходе подготовки дипломной работы М. разработала метод изучения отдельных хромосом кукурузы под микроскопом. Это навело ее на мысль заняться параллельным изучением хромосом и фенотипических, или физических, признаков. В этом же году она была назначена ассистентом ботанического отделения, а в 1925 г. получила степень магистра. Написав диссертацию о разработанном ею методе, М. спустя два года стала доктором философии. Затем, с 1927 по 1931 г., она работала преподавателем ботанического отделения.

Все эти годы М. продолжала изучать морфологию хромосом кукурузы, а также их корреляции с фейотипическим проявлением признаков у взрослого растения. Вместе с Хэриет Крейтон М. обнаружила, что хромосомы кукурузы обмениваются генетическим материалом и информацией во время кроссинговера хромосом на ранних стадиях мейоза. Мейоз – это процесс деления клеток, в результате которого происходит образование зародышевых, или половых, клеток, имеющих вдвое меньшее число хромосом, чем соматические, или тканевые, клетки. Во время оплодотворения число хромосом удваивается.

Между 1929 и 1931 гг. М. опубликовала 9 статей в биологических и генетических журналах. В 1931 г. Корнеллский университет посетил Томас Хант Морган. Исследования М. произвели на него глубокое впечатление. Он предложил ей опубликовать материалы в престижном журнале «Ученые записки Национальной академии наук» («Proceedings of the National Academy of Science»). Ее статья об обмене генетической информацией в ходе мейоза «Корреляция цитологического и генетического кроссинговера у Zеа mays» («A Correlation of Cytological and Genetical Crossing Over in Zea mays») появилась в августовском номере журнала за 1931 г. В этом же году М. получила субсидию от Национального исследовательского совета, позволившую ей в течение последующих двух лет заниматься изучением генетики кукурузы. Она также была принята научным сотрудником в отдел Моргана в Калифорнийском технологическом институте, работала в Корнеллском университете и Университете Миссури в Колумбии, изучая корреляции между вызванными рентгеновским излучением генетическими мутациями хромосом кукурузы и фенотипическими проявлениями у растения. М. определила, что кольцевые хромосомы связаны с появлением пестрой окраски зернышек кукурузы. Она обнаружила также ядрышковые хромосомы, включенные в биосинтез клеточных рибосом – центров биосинтеза клеточных белков.

Субсидия Фонда Гуггенхейма позволила ей провести 1933 г. в Институте кайзера Вильгельма в Берлине. Однако уже в следующем году, обеспокоенная ростом нацизма, она возвращается в Корнелл, где до 1936 г. работает научным сотрудником в отделе у Эмерсона, а затем получает назначение на должность ассистента профессора ботаники в Университет Миссури. Понимая, что у нее мало шансов на дальнейшее продвижение, М. в 1941 г. ушла из университета и все лето проработала в биологической лаборатории своего старого друга Маркуса Роудза в Колд-Спринг-Хаборе (штат Нью-Йорк). Осенью она приняла предложение стать сотрудником Вашингтонского института Карнеги в Колд-Спринг-Хаборе, где с той поры и проводит свои исследования по генетике кукурузы.

40-е гг. были особенно продуктивными для М. В зимние месяцы она анализирует результаты экспериментов, проведенных предыдущим летом, и планирует опыты на будущий год. Летом выращивает кукурузу на участке перед лабораторией. Ранние эксперименты навели ее на мысль о наличии подвижных генетических элементов в хромосомах кукурузы. Зимой 1943/44 г. она планирует программу экспериментов, надеясь на подтверждение своей теории. Летом 1944 г. М. замечает, что растения-близнецы имеют различную интенсивность окраски листьев: у одних полосы окрашены сильно, у других слабо. Отметив аналогичное явление в зернах початка, она приходит к выводу о наличии у одного из дочерних растений специфической генетической системы, которой другое растение не обладает. Это явление называют ныне генетической транспозицией, а включенные в процесс гены – транспозонами, или мигрирующими генами.

Полученные экспериментальные результаты дали М. возможность четко сформулировать модель генетической системы. В нее вошли два транспозирующих гена: диссоциатор, названный М. Ds-геном, и активатор – Ас-ген. По ее наблюдениям, генетическая система работала следующим образом: если Ds-ген передвигался к хромосомному участку рядом со структурным геном (например, к структурному гену, контролирующему узор чередования полос на листьях кукурузы), он подавал фенотипическую экспрессию структурного гена и полосы на листьях были блеклыми. Однако подавление, оказываемое структурным геном, было эффективным лишь в том случае, если Ас-ген занимал место возле двух других генов. Если же Ас-ген передвигался (транспозировал) на более отдаленный участок, подавления структурного гена Ds-геном не происходило и полосы на листьях были яркими. Согласно выводам М., один из двух транспозирующих генов являлся подавляющим геном, другой снимал его подавляющее действие.

Сделанное М. открытие транспозиции в генетических системах и генетической регуляции предвосхитило достижения генетики бактерий и опередило их на 15 лет. Это открытие имело далеко идущие последствия: например, с помощью мигрирующих генов можно было объяснить, каким образом резистентность к антибиотикам передается от одного вида бактерий к другим. Модель М. помогала также интерпретировать некоторые явления, несовместимые со строгими менделевскими законами наследственности, которые утверждали, что фенотипические черты от любых двух родителей будут распределяться у потомков в соответствии с генетической доминантностью или рецессивностью в простых соотношениях. Схема М. предлагала объяснение и механизма изменения цветового узора кукурузного початка от ранних к поздним стадиям развития. М. высказывала также мысль о том, что быстрое возникновение новых видов растений или животных может быть связано с подвижными генетическими элементами или генами.

В 1950 г. М. представила доклад о своих исследованиях по генетике кукурузы и подвижным генетическим системам на симпозиуме в Колд-Спринг-Хаборе. Из-за того что гипотеза о подвижных, транспозирующих генах нарушала существовавшую тогда в генетике догму о генах как о стабильных компонентах хромосом, ее материалам не придали серьезного значения, а также, возможно, и оттого, что докладчиком была женщина. М. испытала справедливое разочарование и на время перестала публиковать результаты своих экспериментов. С 1958 по 1960 г. она не проводила исследований, а занималась подготовкой цитологов из южноамериканских стран по программе, предложенной Национальной академией наук. К тому моменту, когда она возобновила работы по генетике кукурузы и подвижным генам, специалисты в области бактериальной генетики выявили у бактерий регуляторные гены, напоминающие те, что М. обнаружила у кукурузы.

М. была награждена Нобелевской премией по физиологии и медицине 1983 г. за открытие транспозирующих генетических систем. Прошло более трех десятилетий с того момента, как была выполнена работа, которая теперь ставилась ей в заслугу.

В интервью со своим биографом Эвелин Фокс Келлер М. выразила свое отношение к работе следующими словами: «Когда вы смотрите на эти вещи, они становятся частью вашего существа. И вы забываете о себе. Главное – это то, что вы забываете о себе». Подтверждая характеристику членов Нобелевского комитета, назвавших ее одиночкой, М. продолжает одна вести исследования по генетике кукурузы в своей лаборатории и на опытном поле в Колд-Спринг-Хаборе. Она никогда не была замужем.

Помимо Нобелевской премии, М. получила Кимберовскую награду по генетике Национальной академии наук (1967), медаль «За научные достижения» Национального научного фонда (1970), награду Альберта Ласкера за фундаментальные медицинские исследования (1970), премию Волфа по медицине Израильского фонда Волфа (1981), премию Луизы Гросс-Хорвиц Колумбийского университета (1982). В 1981 г. она получила субсидию фонда Макартура. М. – член Национальной академии наук, Американского общества натуралистов, Американского философского общества, Ботанического общества Америки и Генетического общества Америки. Она имеет почетные степени Рочестерского университета, Смит-колледжа, Университета Миссури, Йельского университета, Уильямс-колледжа, Нью-Йоркского университета.