Эстер Мириам Циммер Ледерберг (18 декабря 1922 — 11 ноября 2006) — американский микробиолог и пионер генетики бактерий . Она открыла бактериальный вирус лямбда-фаг и бактериальный фактор фертильности F , разработала первую реализацию репликационного посева и углубила понимание переноса генов между бактериями с помощью специализированной трансдукции .
Ледерберг также основала и руководила ныне несуществующим Центром референтных плазмид в Стэнфордском университете , где она поддерживала, называла и распространяла плазмиды многих типов, включая те, которые кодируют устойчивость к антибиотикам , устойчивость к тяжелым металлам, вирулентность , конъюгацию , колицины , транспозоны и другие неизвестные факторы.
Будучи женщиной в области, где доминируют мужчины, и женой нобелевского лауреата Джошуа Ледерберга , Эстер Ледерберг боролась за профессиональное признание. Несмотря на ее основополагающие открытия в области микробиологии, ей никогда не предлагали постоянную должность в университете. Учебники часто игнорируют ее работу и приписывают ее достижения ее мужу.
Эстер Мириам Циммер была первой из двух детей, родившихся в Бронксе , Нью-Йорк, в семье ортодоксальных иудеев . [1] Ее родителями были Дэвид Циммер, иммигрант из Румынии, который управлял типографией, [2] и Полин Геллер Циммер. Ее брат, Бенджамин Циммер, последовал за ней в 1923 году. Циммер была ребенком Великой депрессии , и ее обед часто состоял из куска хлеба, покрытого соком выжатого томата. [1] Циммер выучила иврит и использовала это знание для проведения пасхальных седеров. [1]
Циммер посещала среднюю школу Эвандера Чайлдса в Бронксе, которую окончила в 1938 году в возрасте 15 лет. [3] Ей была присуждена стипендия для обучения в Хантер-колледже в Нью-Йорке, начиная с осени. [2] В колледже Циммер изначально хотела изучать французский язык или литературу, но она сменила область изучения на биохимию вопреки рекомендациям своих учителей, которые считали, что женщине будет сложнее сделать карьеру в области науки. [1] Она работала научным сотрудником в Нью-Йоркском ботаническом саду , занимаясь исследованиями Neurospora crassa вместе с фитопатологом Бернардом Огилви Доджем . [1] Она получила степень бакалавра в области генетики, [4] окончив его с отличием в 1942 году в возрасте 19 лет. [2]
После окончания Хантера Циммер пошла работать научным сотрудником к Александру Холлендеру в Институт Карнеги в Вашингтоне (позднее Лаборатория Колд-Спринг-Харбор ), где продолжила работать с N. crassa и опубликовала свою первую работу по генетике. [5] В 1944 году она выиграла стипендию в Стэнфордском университете , работая ассистентом Джорджа Уэллса Бидла и Эдварда Татума . [2] Когда она попросила Татума преподавать ей генетику , он сначала возражал, пока не заставил ее определить, почему в бутылке с плодовыми мушками Drosophila у одной мухи глаза были другого цвета, чем у других. Это она проработала так успешно, что Татум сделал ее своим помощником . [2] Позже она отправилась на запад в Калифорнию, и после летнего обучения на морской станции Хопкинса Стэнфордского университета под руководством Корнелиуса Ван Нила поступила в магистратуру по генетике. Стэнфорд присвоил ей степень магистра в 1946 году. [4] Ее магистерская диссертация называлась «Мутантные штаммы Neurospora, дефицитные по парааминобензойной кислоте». [2] В том же году она вышла замуж за Джошуа Ледерберга , тогда студента Тейтума в Йельском университете . [2] [6] Ледерберг перешла в ботаническую лабораторию Осборна в Йельском университете , а затем в Висконсинский университет после того, как ее муж стал там профессором. [2] Там она получила докторскую степень. [6] С 1946 по 1949 год она получила преддокторскую стипендию от Национального института рака . [4] Ее диссертация была «Генетический контроль мутабильности у бактерии Escherichia coli ». [7] Она завершила докторскую диссертацию под руководством Р. А. Бринка в 1950 году. [1]
Ледерберг оставалась в Университете Висконсина большую часть 1950-х годов. Именно там она открыла фаг лямбда , [8] провела ранние исследования взаимосвязи между трансдукцией и лизогенией фага лямбда , открыла фактор фертильности E. coli F с Луиджи Лукой Кавалли-Сфорца (в конечном итоге опубликовав его вместе с Джошуа Ледербергом), [9] разработала первую успешную реализацию репликационного посева с Джошуа Ледербергом, [10] и помогла обнаружить и понять генетические механизмы специализированной трансдукции . Эти вклады заложили основу для большей части генетической работы, проделанной во второй половине двадцатого века. Благодаря своей работе она считается пионером в области бактериальной генетики. [11] В 1956 году Эстер и Джошуа Ледерберг были удостоены чести за свои фундаментальные исследования бактериальной генетики Обществом бактериологов Иллинойса, которое наградило их медалью Пастера. [12]
Эстер Ледерберг была первой, кто выделил бактериофаг λ . Она впервые сообщила об открытии в 1951 году, когда была аспиранткой, а затем предоставила подробное описание в статье 1953 года в журнале Genetics . [13] [8] 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 пластинке, она увидела бляшки , которые, как известно, были вызваны бактериофагами. Источником бактериофага был родительский штамм K12. [8] Обработка ультрафиолетом «вылечила» бактериофаг от мутанта, сделав его чувствительным к заражению тем же бактериофагом, который производил родитель. Бактериофаг был назван λ. [14] Ее исследования показали, что λ имеет как типичный образ жизни, при котором фаг быстро производит множество своих копий, прежде чем вырваться из хозяина E. coli , так и альтернативный образ жизни, при котором фаг спокойно существует внутри E. coli как еще один генетический маркер. [13] [15]
Эстер и Джошуа Ледерберг продемонстрировали, что λ в своей покоящейся форме генетически картирован вблизи генов E. coli, необходимых для метаболизма сахара галактозы ( gal ). Ледерберги предположили, что генетический материал λ физически интегрируется в хромосому рядом с генами gal и впоследствии реплицируется как профаг вместе с ДНК бактерии-хозяина. [16] [2] Когда позже профаг 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 . [17]
После публикации своих исследований по λ в течение нескольких лет, Ледерберг представила свои выводы на международных конференциях. В 1957 году Ледерберг выступила с докладом о лизогении λ и специализированной трансдукции на Симпозиуме по бактериальной и вирусной генетике в Канберре , Австралия. [18] [2] В 1958 году она представила свои выводы по тонкоструктурному картированию локуса галл на 10-м Международном генетическом конгрессе в Монреале , Канада. [2]
Открытие Ледерберг фактора фертильности (F-фактора) напрямую вытекало из ее экспериментов по картированию расположения лямбда-профага на хромосоме E. coli путем скрещивания с другими штаммами E. coli с известными генетическими маркерами. Когда некоторые из скрещиваний не дали рекомбинантов, она заподозрила, что некоторые из ее штаммов E. coli утратили «фактор фертильности». [19] По ее собственным словам:
В плане тестирования доступных маркеров... данные показали, что существует определенный локус для лизогенности. ... В ходе таких исследований сцепления [генетического картирования],... однажды, было получено НОЛЬ рекомбинантов... Я исследовал идею о том, что существует некий «фактор фертильности», отсутствие которого не приводит к рекомбинантам. Для краткости я назвал его F. [19]
Более поздние работы других показали, что фактор F представляет собой бактериальную последовательность ДНК, содержащую гены, которые позволяют бактерии передавать ДНК бактерии-реципиенту путем прямого контакта в процессе, называемом конъюгацией . Последовательность ДНК, кодирующая фактор F, может существовать либо как независимая плазмида , либо интегрироваться в хромосому бактериальной клетки. [19]
Проблема массового воспроизведения бактериальных колоний в той же геометрической конфигурации, что и на исходной агаровой пластине, была впервые успешно решена с помощью репликационного посева, как это было реализовано Эстер и Джошуа Ледерберг. [20] Ученые боролись за надежное решение в течение по крайней мере десятилетия, прежде чем Ледерберги успешно реализовали его. Менее эффективными предшественниками методологии были зубочистки, бумага, проволочные щетки и многозубчатые инокуляторы. [21] Биограф Ребекка Феррелл считает, что метод, изобретенный Ледерберг, вероятно, был вдохновлен использованием пресса ее отца на его работе, прижимая пластину бактериальных колоний к стерильному бархату, после чего они штамповались на пластинах со средой с различными ингредиентами, в зависимости от желаемых признаков, которые исследователь хотел наблюдать. [2]
Ледерберги использовали метод репликации, чтобы продемонстрировать, что мутанты, устойчивые к бактериофагам и антибиотикам, возникали в отсутствие фагов или антибиотиков. [22] Спонтанный характер мутаций ранее был продемонстрирован Лурией и Дельбрюком . Однако многие ученые не смогли понять математические аргументы открытий Лурии и Дельбрюка, и их статья была либо проигнорирована, либо отвергнута другими учеными. Спор был урегулирован простым экспериментом Ледербергов с репликацией. [23] [21]
Эстер Ледерберг вернулась в Стэнфорд в 1959 году вместе с Джошуа Ледербергом. Она оставалась в Стэнфорде до конца своей исследовательской карьеры, руководя Центром справочных данных по плазмидам (PRC) в Медицинской школе Стэнфорда с 1976 по 1986 год. [24] В качестве директора PRC она организовала и вела реестр плазмид, транспозонов и последовательностей вставок в мире . [2] Она инициировала систему последовательного наименования последовательностей вставок и транспозонов, начиная с IS 1 и Tn 1. [25] [26] Последовательная нумерация продолжалась до ее выхода на пенсию. [25]
В 1985 году она ушла на пенсию со своей должности на кафедре микробиологии и иммунологии Стэнфордского университета, но продолжила работу в PRC в качестве волонтера. [27]
Микробиолог Стэнли Фальков сказал об Эстер Ледерберг, что «[экспериментально] и методологически она была гением в лаборатории». [28] Однако, хотя Эстер Ледерберг была пионером в области исследований, она столкнулась со значительными проблемами как женщина-ученый в 1950-х и 1960-х годах.
После ее основополагающих открытий фактора F и λ в аспирантуре Джошуа Ледерберг запретил ей проводить дополнительные эксперименты для развития ее открытий. По словам Эстер, Джошуа, как ее научный руководитель, хотел, чтобы она закончила свою докторскую диссертацию. Ее научный руководитель в аспирантуре, RA Brink, возможно, не осознавал значимости ее открытий. Она могла бы получить полное признание за свои открытия, если бы ей разрешили заняться ими немедленно. Вместо этого задержка нанесла ущерб ее наследию как независимого ученого-исследователя, и ее открытия в области бактериального пола теперь приписываются в первую очередь ее мужу. [29] Фактически, большинство учебников подчеркивают роль Джошуа Ледерберга в открытиях, сделанных совместно с Эстер. [12] Отсутствие признания заслуг Эстер Ледерберг за разработку метода репликации пластин было приведено в качестве примера эффекта Матильды , в котором открытия, сделанные женщинами-учеными, несправедливо приписываются их коллегам-мужчинам. [30] К тому времени, когда Джошуа получил Нобелевскую премию в 1958 году, исследовательские центры, которые его нанимали, видели в Эстер его жену и научного сотрудника, а не независимого ученого. [31]
Ледерберг была исключена из написания главы в книге 1966 года «Фаг и происхождение молекулярной биологии» , посвященной молекулярной биологии. По словам историка науки Прины Абир-Ам, ее исключение было «непостижимым» из-за ее важных открытий в генетике бактериофагов. Абир-Ам отчасти приписывала ее исключение сексизму, который преобладал в 1960-х годах. [32]
Как позже писал Луиджи Лука Кавалли-Сфорца , «Доктор Эстер Ледерберг наслаждалась привилегией работать с очень известным мужем. Иногда это было также неудачей, потому что неизбежно ей не приписывали столько заслуг, сколько она действительно заслуживала. Я знаю, что очень немногие люди, если таковые вообще были, имели преимущество иметь такого ценного коллегу, как Джошуа». [33] [2] Ее муж Джошуа признал ее работу и вклад. Когда пара посетила симпозиум в Колд-Спринг-Харборе в 1951 году, он обсудил докторскую работу Эстер по E. coli и признал ее вторым автором. [2] Феррелл, однако, отмечает, что позже он не признал ее работу, когда написал автобиографический отчет об их открытии генетической рекомбинации у бактерий. [2]
Ледерберг была защитницей себя и других женщин в первые годы второй волны феминизма . [34] Как и многие другие женщины-ученые в Стэнфордском университете, Ледерберг боролась за профессиональное признание. Когда ее муж начал свою работу в качестве главы генетического факультета в Стэнфорде в 1959 году, она и две другие женщины подали петицию декану медицинской школы по поводу нехватки женщин-преподавателей. В конечном итоге ее назначили на должность доцента-исследователя на кафедре микробиологии и иммунологии, но эта должность была нештатной. [1] По словам Абир-Ам, Эстер пришлось бороться, чтобы остаться работать в Стэнфорде после развода с Джошуа. [35] Позже в 1974 году, будучи старшим научным сотрудником, она была вынуждена перейти на должность адъюнкт-профессора медицинской микробиологии, что фактически было понижением в должности. Ее краткосрочное назначение должно было продлеваться на постоянной основе и зависело от обеспечения ею финансирования гранта. [1]
Будучи музыкантом всю жизнь, Ледерберг была поклонницей старинной музыки и любила играть средневековую, ренессансную и барочную музыку на оригинальных инструментах. [2] [36] Она играла на блокфлейте и в 1962 году основала Mid-Peninsula Recorder Orchestra, который исполняет композиции с XIII века до наших дней. [37]
Ледерберг также любила произведения Чарльза Диккенса и Джейн Остин . Она принадлежала к обществам, посвященным изучению и прославлению этих двух авторов, Обществу Диккенса Пало-Альто и Обществу Джейн Остин . [38]
Она вышла замуж за Джошуа Ледерберга в 1946 году; они развелись в 1968 году. [4] В 1989 году она встретила Мэтью Саймона, инженера, который разделял ее интерес к старинной музыке. [22] Они поженились в 1993 году и оставались женатыми до конца ее жизни. [2]
Она умерла в Стэнфорде, штат Калифорния, 11 ноября 2006 года от пневмонии и застойной сердечной недостаточности в возрасте 83 лет. [27]