Professor Esther Lederberg

 

Η Esther Miriam Zimmer Lederberg (18 Δεκεμβρίου 1922 – 11 Νοεμβρίου 2006) ήταν Αμερικανίδα μικροβιολόγος και πρωτοπόρος της βακτηριακής γενετικής . Ανακάλυψε τον βακτηριακό ιό λ και τον βακτηριακό παράγοντα γονιμότητας F , επινόησε την πρώτη εφαρμογή της επιμετάλλωσης αντιγράφων και προώθησε την κατανόηση της μεταφοράς γονιδίων μεταξύ βακτηρίων με εξειδικευμένη μεταγωγή .

Η Lederberg ίδρυσε επίσης και διηύθυνε το πλέον ανενεργό Κέντρο Αναφοράς Plasmid στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ , όπου διατήρησε, ονομάτισε και διένειμε πλασμίδια πολλών τύπων, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που κωδικοποιούν για αντοχή στα αντιβιοτικά , αντίσταση βαρέων μετάλλων, λοιμογόνο δύναμη , σύζευξη , κολικίνες , τρανσποζόνια και άλλα άγνωστους παράγοντες.

Ως γυναίκα σε έναν ανδροκρατούμενο τομέα και σύζυγος του νομπελίστα Joshua Lederberg , η Esther Lederberg αγωνίστηκε για επαγγελματική αναγνώριση. Παρά τις θεμελιώδεις ανακαλύψεις της στον τομέα της μικροβιολογίας, δεν της προσφέρθηκε ποτέ θέση θητείας σε πανεπιστήμιο. Τα σχολικά βιβλία συχνά αγνοούν τη δουλειά της και αποδίδουν τα επιτεύγματά της στον σύζυγό της.

Η Esther Miriam Zimmer ήταν το πρώτο από τα δύο παιδιά που γεννήθηκαν στο Μπρονξ της Νέας Υόρκης από μια οικογένεια Ορθόδοξης Εβραϊκής καταγωγής. Οι γονείς της ήταν ο David Zimmer, ένας μετανάστης από τη Ρουμανία που διατηρούσε ένα τυπογραφείο,  και η Pauline Geller Zimmer. Ο αδερφός της, Benjamin Zimmer, ακολούθησε το 1923. Η Zimmer ήταν παιδί της Μεγάλης Ύφεσης και το μεσημεριανό της ήταν συχνά ένα κομμάτι ψωμί με χυμό στυμμένης ντομάτας.  Η Ζίμερ έμαθε Εβραϊκά και χρησιμοποίησε αυτή την ικανότητα για να διευθύνει το Πάσχα.

Η Zimmer παρακολούθησε το γυμνάσιο Evander Childs στο Μπρονξ, αποφοιτώντας το 1938 σε ηλικία 15 ετών.  Της απονεμήθηκε υποτροφία για να παρακολουθήσει το Hunter College της Νέας Υόρκης από εκείνο το φθινόπωρο.  Στο κολέγιο, η Zimmer ήθελε αρχικά να σπουδάσει γαλλικά ή λογοτεχνία, αλλά άλλαξε το πεδίο σπουδών της στη βιοχημεία ενάντια στη σύσταση των δασκάλων της, οι οποίοι θεώρησαν ότι μια γυναίκα θα είχε μεγαλύτερη δυσκολία να ακολουθήσει μια καριέρα στις επιστήμες.  Εργάστηκε ως βοηθός έρευνας στον Βοτανικό Κήπο της Νέας Υόρκης , συμμετέχοντας στην έρευνα για το Neurospora crassa με τον φυτοπαθολόγο Bernard Ogilvie Dodge . Έλαβε πτυχίο στη γενετική,  αποφοιτώντας με έπαινο το 1942, σε ηλικία 19 ετών ^.

Μετά την αποφοίτησή της από το Hunter, η Zimmer πήγε να εργαστεί ως βοηθός ερευνητής στον Alexander Hollaender στο Ινστιτούτο Carnegie της Ουάσιγκτον (αργότερα Cold Spring Harbor Laboratory ), όπου συνέχισε να εργάζεται με τον N. crassa και δημοσίευσε την πρώτη της εργασία στη γενετική.  Το 1944 κέρδισε μια υποτροφία στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ , δουλεύοντας ως βοηθός των Τζορτζ Γουέλς Μπεντλ και Έντουαρντ Τέιτουμ .  Όταν ζήτησε από τον Τέιτουμ να της διδάξει τη γενετική , εκείνος αρχικά αποδοκίμασε μέχρι που την έκανε να αποφασίσει γιατί, σε ένα μπουκάλι Drosophila μύγες φρούτων, μια μύγα είχε διαφορετικό χρώμα μάτια από τις άλλες. Αυτό το κατάφερε  επιτυχώς.  Αργότερα ταξίδεψε δυτικά στην Καλιφόρνια, και μετά από ένα καλοκαίρι σπουδάζοντας στο Ναυτικό Σταθμό Χόπκινς του Πανεπιστημίου Στάνφορντ υπό τον Κορνήλιο Βαν Νιλ , μπήκε σε ένα μεταπτυχιακό πρόγραμμα στη γενετική. Ο Στάνφορντ της απένειμε μεταπτυχιακό δίπλωμα το 1946.  Η μεταπτυχιακή της διατριβή είχε τίτλο "Μεταλλαγμένα στελέχη νευροσπορών ανεπαρκή σε παρα-αμινοβενζοϊκό οξύ".  Την ίδια χρονιά, παντρεύτηκε τον Joshua Lederberg , τότε φοιτητή του Tatum's στο Πανεπιστήμιο Yale . Η Λέντερμπεργκ μετακόμισε στο Βοτανικό Εργαστήριο Όσμπορν του Γέιλ και στη συνέχεια στο Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν αφού ο σύζυγός της έγινε καθηγητής εκεί.  Εκεί ακολούθησε διδακτορικό δίπλωμα.  Από το 1946 έως το 1949, της απονεμήθηκε προδιδακτορική υποτροφία από το Εθνικό Ινστιτούτο Καρκίνου . Η διατριβή της ήταν "Γενετικός έλεγχος της μεταβλητότητας στο βακτήριο Escherichia coli ."  Ολοκλήρωσε το διδακτορικό της υπό την επίβλεψη του RA Brink το 1950. 

Συμβολή στη μικροβιολογία και τη γενετική

Η Λέντερμπεργκ παρέμεινε στο Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν για το μεγαλύτερο μέρος της δεκαετίας του 1950. Εκεί ανακάλυψε τον λάμδα φάγο  , έκανε πρώιμη έρευνα για τη σχέση μεταξύ της μεταγωγής και της λυσογένεσης του λάμδα φάγου , ανακάλυψε τον παράγοντα γονιμότητας E. coli F με τον Luigi Luca Cavalli-Sforza (τελικά δημοσίευσε με τον Joshua Lederberg),  επινόησε την πρώτη επιτυχημένη εφαρμογή του αντίγραφου επιμετάλλωσης με τον Joshua Lederberg, και βοήθησε στην ανακάλυψη και κατανόηση των γενετικών μηχανισμών της εξειδικευμένης μεταγωγής. Αυτές οι συνεισφορές έθεσαν τα θεμέλια για μεγάλο μέρος της γενετικής εργασίας που έγινε στο δεύτερο μισό του εικοστού αιώνα. Λόγω της δουλειάς της, θεωρείται πρωτοπόρος στη βακτηριακή γενετική. Το 1956, η Esther και ο Joshua Lederberg τιμήθηκαν για τις θεμελιώδεις μελέτες τους στη βακτηριακή γενετική από την Εταιρεία Βακτηριολόγων του Ιλινόις, η οποία τους απένειμε το Μετάλλιο Παστέρ.

λ βακτηριοφάγος

Η Esther Lederberg ήταν η πρώτη που απομόνωσε τον λ βακτηριοφάγο . Ανέφερε για πρώτη φορά την ανακάλυψη το 1951 ενώ ήταν διδακτορική φοιτήτρια και αργότερα παρείχε μια λεπτομερή περιγραφή σε ένα άρθρο του 1953 στο περιοδικό Genetics .  Εργαζόταν με ένα στέλεχος E. coli K12 που είχε μεταλλαχθεί με το υπεριώδες φως. Όταν επώασε ένα μείγμα του μεταλλαγμένου στελέχους με το μητρικό του στέλεχος E. coli K12 σε μια πλάκα άγαρ, είδε πλάκες , οι οποίες ήταν γνωστό ότι προκαλούνται από βακτηριοφάγους. Η πηγή του βακτηριοφάγου ήταν το γονικό στέλεχος Κ12. Η θεραπεία με υπεριώδη ακτινοβολία είχε «θεραπεύσει» τον βακτηριοφάγο από το μεταλλαγμένο, καθιστώντας τον ευαίσθητο στη μόλυνση από τον ίδιο βακτηριοφάγο που παρήγαγε ο γονέας. Ο βακτηριοφάγος ονομάστηκε λ.  Οι μελέτες της έδειξαν ότι ο λ είχε έναν τυπικό τρόπο ζωής στον οποίο ο φάγος έκανε γρήγορα πολλά αντίγραφα του εαυτού του πριν ξεσπάσει από τον ξενιστή του E. coli και έναν εναλλακτικό τρόπο ζωής στον οποίο ο φάγος υπήρχε ήσυχα μέσα στο E. coli ως απλώς ένα άλλο γενετικό σημάδι.

Οι Esther και Joshua Lederberg απέδειξαν ότι το λ, στην ήρεμη μορφή του, χαρτογραφήθηκε γενετικά κοντά στα γονίδια E. coli που απαιτούνται για το μεταβολισμό της σακχάρου γαλακτόζης ( gal ). Οι Lederbergs πρότειναν ότι το γενετικό υλικό του λ ενσωματώνεται φυσικά στο χρωμόσωμα δίπλα στα γονίδια gal και στη συνέχεια αντιγράφεται ως προφάγο μαζί με το DNA του βακτηρίου ξενιστή. Όταν ο προφάγος ζητηθεί αργότερα να εγκαταλείψει τον ξενιστή, πρέπει να αποκοπεί από το DNA του ξενιστή. Περιστασιακά, το DNA του φάγου που αποκόπτεται συνοδεύεται από γειτονικό DNA ξενιστή, το οποίο μπορεί να εισαχθεί σε έναν νέο ξενιστή από τον φάγο. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται εξειδικευμένη μεταγωγή. 

Μετά τη δημοσίευση των μελετών της για το λ για πολλά χρόνια, η Lederberg παρουσίασε τα ευρήματά της σε διεθνή συνέδρια. Το 1957, η Lederberg έδωσε μια ομιλία για τη λ λυσογένεση και την εξειδικευμένη μεταγωγή στο Συμπόσιο Βακτηριακής και Ιικής Γενετικής στην Καμπέρα της Αυστραλίας.  Το 1958, παρουσίασε τα ευρήματά της σχετικά με τη χαρτογράφηση λεπτής δομής του γαλονικού τόπου στο 10ο Διεθνές Συνέδριο Γενετικής στο Μόντρεαλ του Καναδά. 

Βακτηριακός παράγοντας γονιμότητας F

Η ανακάλυψη του παράγοντα γονιμότητας (παράγοντας F) από τη Lederberg προήλθε απευθείας από τα πειράματά της για τη χαρτογράφηση της θέσης του προφάγου λάμδα στο χρωμόσωμα E. coli με διασταυρώσεις με άλλα στελέχη E. coli με γνωστούς γενετικούς δείκτες. Όταν μερικές από τις διασταυρώσεις απέτυχαν να προκαλέσουν ανασυνδυασμούς, υποψιάστηκε ότι ορισμένα από τα στελέχη της E. coli είχαν χάσει έναν «παράγοντα γονιμότητας». Με τα δικά της λόγια:

Όσον αφορά τον έλεγχο των διαθέσιμων δεικτών ... τα δεδομένα έδειξαν ότι υπήρχε ένας συγκεκριμένος τόπος για τη λυσογονικότητα. ... Κατά τη διάρκεια τέτοιων μελετών σύνδεσης [γενετικής χαρτογράφησης],...μια μέρα, ανακτήθηκαν ΜΗΔΕΝΟΙ ανασυνδυαστές...εξερεύνησα την ιδέα ότι υπήρχε κάποιου είδους «παράγοντας γονιμότητας» που εάν απουσίαζε, δεν είχε ως αποτέλεσμα ανασυνδυαστές. Εν ολίγοις, το ονόμασα αυτό F. 

Αργότερα η εργασία άλλων έδειξε ότι ο παράγοντας F είναι μια βακτηριακή αλληλουχία DNA που φιλοξενεί γονίδια που επιτρέπουν σε ένα βακτήριο να δωρίσει DNA σε ένα βακτήριο-δέκτη με άμεση επαφή σε μια διαδικασία που ονομάζεται σύζευξη . Η αλληλουχία DNA που κωδικοποιεί τον παράγοντα F μπορεί να υπάρχει είτε ως ανεξάρτητο πλασμίδιο είτε να ενσωματωθεί στο χρωμόσωμα του βακτηριακού κυττάρου. 

Προέλευση μεταλλάξεων

Το πρόβλημα της μαζικής αναπαραγωγής βακτηριακών αποικιών στην ίδια γεωμετρική διαμόρφωση όπως στην αρχική πλάκα άγαρ επιλύθηκε αρχικά με αντίγραφο επιμετάλλωσης, όπως εφαρμόστηκε από τους Esther και Joshua Lederberg.  Οι επιστήμονες αγωνίζονταν για μια αξιόπιστη λύση για τουλάχιστον μια δεκαετία προτού οι Lederbergs την εφαρμόσουν με επιτυχία. Λιγότερο αποτελεσματικοί πρόδρομοι της μεθοδολογίας ήταν οι οδοντογλυφίδες, το χαρτί, οι συρμάτινες βούρτσες και οι πολλαπλοί εμβολιαστές. Η βιογράφος Rebecca Ferrell πιστεύει ότι η μέθοδος που εφηύρε η Lederberg πιθανότατα εμπνεύστηκε από τη χρήση της πρέσας του πατέρα της στη δουλειά του, πιέζοντας ένα πιάτο βακτηριακών αποικιών σε αποστειρωμένο βελούδο, μετά από το οποίο σφραγίστηκαν σε πλάκες από υλικά με διαφορετικά συστατικά, ανάλογα με τα επιθυμητά χαρακτηριστικά. ερευνητής ήθελε να παρατηρήσει. 

Οι Lederbergs χρησιμοποίησαν τη μέθοδο αντιγραφής για να αποδείξουν ότι μεταλλάκτες ανθεκτικότητας σε βακτηριοφάγους και αντιβιοτικά προέκυψαν απουσία φάγων ή αντιβιοτικών. Η αυθόρμητη φύση των μεταλλάξεων είχε προηγουμένως αποδειχθεί από τους Luria και Delbrück . Ωστόσο, πολλοί επιστήμονες δεν κατάφεραν να κατανοήσουν τα μαθηματικά επιχειρήματα των ευρημάτων του Luria και του Delbrück και η εργασία τους είτε αγνοήθηκε είτε απορρίφθηκε από άλλους επιστήμονες. Η διαμάχη διευθετήθηκε με το απλό πείραμα επιμετάλλωσης αντιγράφων των Lederbergs. 

Κέντρο Αναφοράς Πλασμιδίου

Η Esther Lederberg επέστρεψε στο Stanford το 1959 με τον Joshua Lederberg. Παρέμεινε στο Στάνφορντ για την ισορροπία της ερευνητικής της σταδιοδρομίας, διευθύνοντας το Κέντρο Αναφοράς Πλασμιδίου (PRC) στην Ιατρική Σχολή του Στάνφορντ από το 1976 έως το 1986. [23] Ως διευθύντρια της ΛΔΚ, οργάνωσε και διατήρησε ένα ^μητρώο των πλασμιδίων του κόσμου , τρανσποζόνια και αλληλουχίες εισαγωγής .  Ξεκίνησε το σύστημα ονοματοδοσίας των ακολουθιών εισαγωγής και των τρανσποζονίων διαδοχικά ξεκινώντας με IS 1 και Tn 1 .  Η διαδοχική αρίθμηση συνεχίστηκε μέχρι τη συνταξιοδότησή της.

Αποσύρθηκε από τη θέση της στο Τμήμα Μικροβιολογίας και Ανοσολογίας του Στάνφορντ το 1985, αλλά συνέχισε την εργασία της στη ΛΔΚ ως εθελόντρια. 

Επαγγελματικές προκλήσεις: διακρίσεις λόγω φύλου

Ο μικροβιολόγος Stanley Falkow είπε για την Esther Lederberg ότι «πειραματικά και μεθοδολογικά ήταν μια ιδιοφυΐα στο εργαστήριο».  Ωστόσο, αν και η Esther Lederberg ήταν πρωτοπόρος επιστήμονας στην έρευνα, αντιμετώπισε σημαντικές προκλήσεις ως γυναίκα επιστήμονας τις δεκαετίες του 1950 και του 1960.

Μετά τις θεμελιώδεις ανακαλύψεις του παράγοντα F και λ στο μεταπτυχιακό, ο Joshua Lederberg την εμπόδισε να διεξάγει πρόσθετα πειράματα για να δώσει συνέχεια στις ανακαλύψεις της. Σύμφωνα με την Esther, ο Joshua, ως σύμβουλος της διατριβής, ήθελε να ολοκληρώσει τη διδακτορική της διατριβή. Ο σύμβουλός της στο μεταπτυχιακό σχολείο, RA Brink, μπορεί να μην είχε αναγνωρίσει τη σημασία των ανακαλύψεών της. Μπορεί να είχε αναγνωριστεί πλήρως για τις ανακαλύψεις της, αν της επιτρεπόταν να τις κυνηγήσει αμέσως. Αντίθετα, η καθυστέρηση πλήγωσε την κληρονομιά της ως ανεξάρτητης ερευνήτριας και τα ευρήματά της για το βακτηριακό σεξ πιστώνονται πλέον κυρίως στον σύζυγό της.  Στην πραγματικότητα, τα περισσότερα σχολικά βιβλία τονίζουν τον ρόλο του Joshua Lederberg στις ανακαλύψεις που έγιναν από κοινού με την Esther. Η έλλειψη πίστωσης που δόθηκε στην Esther Lederberg για την ανάπτυξη της τεχνικής επιμετάλλωσης αντιγράφων έχει αναφερθεί ως παράδειγμα του φαινομένου Matilda , στο οποίο οι ανακαλύψεις που έγιναν από γυναίκες επιστήμονες αποδίδονται άδικα στους άνδρες συναδέλφους τους.  Μέχρι τη στιγμή που ο Τζόσουα κέρδισε το βραβείο Νόμπελ το 1958, τα ερευνητικά κέντρα που τον στρατολόγησαν έβλεπαν την Έσθερ ως σύζυγό του και ως βοηθό ερευνητή παρά ως ανεξάρτητο επιστήμονα.

Η Lederberg αποκλείστηκε από τη συγγραφή ενός κεφαλαίου στο βιβλίο του 1966 Phage and the Origins of Molecular Biology , μια ανάμνηση της μοριακής βιολογίας. Σύμφωνα με την ιστορικό επιστήμης Prina Abir-Am, ο αποκλεισμός της ήταν «ακατανόητος» λόγω των σημαντικών ανακαλύψεών της στη γενετική των βακτηριοφάγων. Η Abir-Am απέδωσε τον αποκλεισμό της εν μέρει στον σεξισμό που επικρατούσε τη δεκαετία του 1960. 

Όπως έγραψε αργότερα ο Luigi Luca Cavalli-Sforza, "Η Δρ Esther Lederberg απολάμβανε το προνόμιο να εργάζεται με έναν πολύ διάσημο σύζυγο. Αυτό ήταν κατά καιρούς επίσης ένα πισωγύρισμα, επειδή αναπόφευκτα δεν της πιστώθηκε τόσο μεγάλο μέρος της πίστης . Το άξιζε πραγματικά. Ξέρω ότι πολύ λίγοι άνθρωποι, αν υπάρχουν, είχαν το πλεονέκτημα ενός τόσο πολύτιμου συναδέλφου όσο ο Τζόσουα».  Ο σύζυγός της Τζόσουα αναγνώρισε το έργο και τη συνεισφορά της. Όταν το ζευγάρι παρακολούθησε το Συμπόσιο του Cold Spring Harbor το 1951, συζήτησε το διδακτορικό έργο της Esther για το E. coli και την αναγνώρισε ως δεύτερη συγγραφέα. Ο Ferrell σημειώνει, ωστόσο, ότι δεν αναγνώρισε αργότερα το έργο της όταν έγραψε μια αυτοβιογραφική αφήγηση για την ανακάλυψή τους για γενετικό ανασυνδυασμό σε βακτήρια. 

Η Lederberg ήταν υπέρμαχος της ίδιας και άλλων γυναικών κατά τα πρώτα χρόνια του δεύτερου κύματος του φεμινισμού . Όπως πολλές άλλες γυναίκες επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, η Λέντερμπεργκ πάλεψε για επαγγελματική αναγνώριση. Καθώς ο σύζυγός της ξεκίνησε τη θητεία του ως επικεφαλής του τμήματος γενετικής στο Στάνφορντ το 1959, αυτή και δύο άλλες γυναίκες υπέβαλαν αίτηση στον κοσμήτορα της ιατρικής σχολής για την έλλειψη γυναικείων σχολών. Τελικά διορίστηκε σε θέση ΔΕΠ ως Επιστημονική Αναπληρώτρια Καθηγήτρια στο Τμήμα Μικροβιολογίας και Ανοσολογίας, αλλά η θέση αυτή δεν κατείχε.  Σύμφωνα με τον Abir-Am, η Esther έπρεπε να αγωνιστεί για να μείνει απασχολημένη στο Stanford μετά το διαζύγιο του Joshua. Αργότερα, το 1974, ως Ανώτερη Επιστήμονας, αναγκάστηκε να μεταβεί στη θέση της Επίκουρης Καθηγήτριας Ιατρικής Μικροβιολογίας, κάτι που ουσιαστικά ήταν υποβιβασμός. Ο βραχυπρόθεσμος διορισμός της επρόκειτο να ανανεωθεί σε κυλιόμενη βάση και εξαρτιόταν από την εξασφάλιση της επιχορήγησης της.

Ήταν δια βίου μουσικός,η Lederberg και λάτρης της πρώιμης μουσικήςπου της άρεσε να παίζει μεσαιωνική, αναγεννησιακή και μπαρόκ μουσική σε πρωτότυπα όργανα.  Έπαιζε, ηχογραφούσε και το 1962 ίδρυσε την Mid-Peninsula Recorder Orchestra, η οποία παίζει συνθέσεις από τον 13ο αιώνα μέχρι σήμερα. 

Η Lederberg λάτρευε επίσης τα έργα του Charles Dickens και της Jane Austen . Ανήκε σε κοινωνίες αφιερωμένες στη μελέτη και τον εορτασμό αυτών των δύο συγγραφέων, την Εταιρεία Ντίκενς του Πάλο Άλτο και την Εταιρεία Τζέιν Όστεν .

Προσωπική ζωή

Παντρεύτηκε τον Joshua Lederberg το 1946. χώρισαν το 1968.  Το 1989, γνώρισε τον Matthew Simon, έναν μηχανικό που μοιράστηκε το ενδιαφέρον της για την πρώιμη μουσική. Παντρεύτηκαν το 1993 και παρέμειναν παντρεμένοι για το υπόλοιπο της ζωής της. 

Πέθανε στο Στάνφορντ της Καλιφόρνια, στις 11 Νοεμβρίου 2006, από πνευμονία και συμφορητική καρδιακή ανεπάρκεια σε ηλικία 83 ετών.