Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Badaczki znane i nieznane. Christiane Nüsslein-Volhard – pionierka genetyki rozwojowej

Dzięki przełomowym badaniom, na podstawie których wykazano, w jaki sposób geny regulują wczesny rozwój zarodków muszki owocowej, Christiane Nüsslein-Volhard otrzymała w 1995 r. Nagrodę Nobla. Jest pierwszą Niemką i szóstą kobietą na świecie, która otrzymała to wyróżnienie. Jej odkrycia pomogły stworzyć nową dyscyplinę genetyki rozwojowej i położyły podwaliny pod zrozumienie wad genetycznych u ludzkich embrionów.

 

 

Christiane (ur. 20 października 1942 r. w Magdeburgu, Niemcy), córka Rolfa Volharda (architekta) i Brigitte Haas Volhard (nauczycielki w przedszkolu), jest drugim z pięciorga ich dzieci (czterech dziewczynek i jednego chłopca). Jej rodzice pochodzili z wielodzietnych rodzin, co sprawiło, że ich dzieci spędziły dzieciństwo w otoczeniu wujków, ciotek i kuzynów, z których wielu mieszkało w pobliżu. Christiane  uwielbiała przebywać ze swoją babcią ze strony matki, Lies Haas-Möllmann, kobietą o silnym charakterze i lubiącą trzymać dyscyplinę, która poświęciła swoją karierę malarską, aby opiekować się rodziną. Mając niewiele pieniędzy, kreatywni rodzice Nüsslein-Volhard wkładali wiele energii w wymyślanie zabawek i książek dla swoich dzieci, które były również zachęcane do rysowania i malowania oraz tworzenia różnych rzeczy, w tym własnych ubrań. Christiane i jej rodzeństwo spędzili też wiele szczęśliwych godzin na muzykowaniu z rodzicami, którzy byli dobrymi muzykami, a sama Christiane grała na flecie.

Przyszła badaczka dorastała w południowym Frankfurcie, w mieszkaniu z dużym ogrodem położonym w pobliżu lasu. Najbardziej lubiła poznawać okoliczne rośliny i zwierzęta oraz obserwować ptaki. Rodzina często spędzała wakacje na farmie, gdzie Christiane mogła opiekować się zwierzętami i pomagać w zbieraniu plonów. Wszystko to sprawiło, że mała zapragnęła zostać biologiem. Rodzice wspierali jej ambicję, starając się znaleźć dla niej książki na ten temat. Była jedyną osobą w rodzinie, która rozwinęła zainteresowanie naukami ścisłymi, z kolei jej siostry i brat poszli w ślady rodziców, zajmując się architekturą, muzyką i sztuką. Christiane była blisko związana z ojcem, który żywo interesował się wszystkim, co robiła. Wspomina, jak cierpliwie słuchał jej wyjaśnień dotyczących matematyki i poświęcał czas na omawianie z nią prac naukowych Goethego. Niestety nie dane mu było zobaczyć, jak córka idzie na uniwersytet, ponieważ zmarł nagle w lutym 1962 r., w dniu, w którym zdawała ostatni egzamin do szkoły średniej. Opowiadała, że patrząc wstecz, widzi, że sekretem wielu kobiet sukcesu jest posiadanie ojca, który je wspierał i zachęcał do rozwijania zainteresowań i pasji. Nüsslein-Volhard wyszła za mąż młodo, w połowie lat 60. Swojego męża poznała podczas studiów na Uniwersytecie Johanna Wolfganga Goethego we Frankfurcie. Para nie pozostała długo małżeństwem i nie miała dzieci.

Chociaż Christiane lubiła chodzić do szkoły i była uznawana przez swoich nauczycieli za wyjątkową uczennicę, rzadko poświęcała wysiłek i czas na przedmioty, które jej nie interesowały. Uzyskała najniższe możliwe oceny z łaciny i fizyki i prawie nie zdała angielskiego. Otrzymała natomiast wysokie oceny z literatury niemieckiej, matematyki i biologii. Były to jej ulubione zajęcia. Miała szczęście być edukowaną przez inspirujących nauczycieli wszystkich trzech przedmiotów, z których dwie były kobietami. Szczególnie lubiła uczyć się o zachowaniu zwierząt, genetyce i ewolucji – tematach, z którymi zapoznała ją nauczycielka biologii na ostatnim roku studiów. Kiedy Chrisiane ukończyła szkołę w 1962 r., krótko rozważała podjęcie studiów medycznych. Szybko porzuciła ten pomysł po odbyciu miesięcznego kursu pielęgniarskiego w szpitalu. Zamiast tego zdecydowała się studiować biologię na Uniwersytecie Johanna Wolfganga Goethego, jednak zajęcia biologii i studenci tego kierunku okazali się dla niej rozczarowujący. Wolała zajęcia z matematyki i fizyki, niemniej szybko zdała sobie sprawę, że te przedmioty są zbyt trudne, a jej prawdziwym zainteresowaniem jest biologia.

Latem 1964 r. wyjechała z Frankfurtu do Tybingi, aby rozpocząć nowy kurs, tym razem biochemii, na Uniwersytecie Eberhard Karl. Jej warunki życia były bardzo skromne – nie miała centralnego ogrzewania ani ciepłej wody. Bardzo lubiła jednak kontakt z innymi studentami i swoje zajęcia, zwłaszcza mikrobiologię i genetykę, którą studiowała na ostatnim roku. Nüsslein-Volhard otrzymała dyplom z biochemii w 1969 r. Po ukończeniu studiów licencjackich rozpoczęła studia doktoranckie w Instytucie Badań nad Wirusami Maxa Plancka w Tybindze. Była już zaznajomiona z Instytutem, ponieważ uczestniczyła tam w seminariach i wykładach na temat nowo powstającej nauki – biologii molekularnej. Jej promotorem był Heinz Schaller, chemik pracujący wówczas nad wyizolowaniem i scharakteryzowaniem enzymów biorących udział w biosyntezie kwasów nukleinowych i replikacji DNA. Christiane badała interakcję polimerazy RNA z regionami promotorowymi na DNA bakteriofagów. Praca nie była łatwa, ponieważ sekwencjonowanie DNA nie było jeszcze możliwe. Niemniej młoda badaczka dokonała wielu przełomowych odkryć. Po pierwsze, udoskonaliła metody oczyszczania polimerazy RNA – enzymu, który pomaga katalizować transkrypcję RNA z DNA. Po drugie, scharakteryzowała początkowy etap procesu transkrypcji (przepisywanie RNA na cDNA).

Pod koniec doktoratu zaczęła szukać nowego wyzwania. Po rozmowach z kolegami zdecydowała się przejść na biologię rozwojową. Interesowało ją znalezienie morfogenów – czynników obecnych w zapłodnionej komórce jajowej, które kierują rozwojem zarodka. Drosophila melanogaster – gatunek muszki owocowej – oferował najlepszy model do pracy nad tym zagadnieniem. Naukowcy badali muszkę przez ponad sto lat, aby zrozumieć genetykę i szereg innych procesów biologicznych. Jako model badawczy muszka owocowa jest atrakcyjna z kilku powodów. Po pierwsze, jest łatwa i tania w utrzymaniu w laboratorium. Po drugie, ma niewielką liczbę chromosomów, co pozwala na zaawansowane eksperymenty genetyczne. Po trzecie, ma krótki cykl życia. Wreszcie, produkuje dużą liczbę jaj, które rozwijają się zewnętrznie i wykluwają się w larwy w ciągu 24 godzin. Wiedząc bardzo niewiele o D. melanogaster  lub biologii rozwojowej, Nüsslein-Volhard zwróciła się do Waltera Gehringa, specjalisty w tej dziedzinie, pracującego w Biozentrum na Uniwersytecie w Bazylei, aby zostać badaczką podoktorancką (postdoc) w jego laboratorium. Wspierana przez długoterminowe stypendium Europejskiej Organizacji Biologii Molekularnej, Christiane rozpoczęła pracę w laboratorium Gehringa na początku 1975 r. Początkowo życie w laboratorium nie było łatwe, ponieważ była nowicjuszką praktycznie we wszystkim. Wkrótce jednak, dzięki pomocy kolegów, nauczyła się genetyki gatunku Drosophila i opracowała szereg narzędzi do badania jej rozwoju embrionalnego, który w tamtym czasie nie był jeszcze dobrze poznany. Wykorzystała te narzędzia do izolowania i badania mutacji gradientowych. Uznała muszki za tak fascynujące, że zaczęła śnić o nich w nocy.

W 1977 r. wróciła ze Szwajcarii do Niemiec, aby kontynuować studia na Uniwersytecie we Freiburgu, w laboratorium Klausa Sandera, który był ekspertem w dziedzinie modelowania embrionalnego – złożonego procesu rozwojowego, który pomaga przekształcić jednokomórkowy zarodek w gotowy organizm wielokomórkowy. Sander był znany z tego, że jako pierwszy opisał gradienty morfogenów w jaju owada. Wraz z Margit Lohs-Schardin badaczka skonstruowała mapę losów zarodka Drosophila i pracowała nad pierwszym mutantem gradientowym zaangażowanym w formowanie embrionalne u Drosophila, który wyizolowała w laboratorium w Bazylei.

Christiane opuściła Freiburg w 1978 r., aby założyć laboratorium w nowo powstałym Europejskim Laboratorium Biologii Molekularnej w Heidelbergu. Zrobiła to wraz z Ericem Wieschausem, którego poznała w Bazylei. Dzieląc te same zainteresowania badawcze i pracę techniczną, postanowili zidentyfikować geny odpowiedzialne za początkowe decyzje rozwojowe zarodka Drosophila. Celem było losowe zmutowanie genów i wybranie mutantów, które wykazywały nieprawidłowy wzór ciała larwalnego. Wskaźniki mutacji zostały zwiększone poprzez karmienie samców silnym środkiem do generowania mutacji i utworzenie rodzin, które po kilku pokoleniach chowu wsobnego zostały ocenione pod kątem produkcji zmutowanych zarodków. Następnie naukowcy zbadali segmentowany wzór zmutowanych zarodków pod kątem zmian. Robili to jednocześnie, używając podwójnego mikroskopu, który pozwalał im badać każdy okaz razem. Aby zidentyfikować większość genów spełniających te kryteria, trzeba było ocenić ich dużą liczbę.  Opracowali szereg sztuczek i narzędzi, które pomogły przyspieszyć ten proces. Jedno z nich obejmowało budowę bloków rurek, które umożliwiły zbieranie jaj od kilku rodzin muszek jednocześnie. Innym było wykorzystanie przezroczystych płytek agarowych w celu uproszczenia zbierania zarodków. Odkryli również konkretny olej, który był dobry do nadawania skorupce jaja przezroczystości. Było to ważne, ponieważ pozwoliło im zobaczyć i ocenić rozwój struktur zarodków, segmentów i ich biegunowości bez dalszego przetwarzania.

W ciągu trzech lat Nüsslein-Volhard i Wieschaus ocenili ok. 20 tys. zmutowanych rodzin i zebrali ok. 600 mutantów ze zmienionym wzorem ciała. Ogólnie rzecz biorąc, odkryli, że spośród ok. 5 tys. genów, które są niezbędne do przetrwania muszki, tylko 120 było ważnych dla wczesnych decyzji rozwojowych. Ten zbiór genów stanowił podstawę wielu dalszych badań w ich i innych laboratoriach, w znacznym stopniu przyczyniając się do powstania nowej dyscypliny – genetyki rozwojowej. Pierwszy raport z wynikami opisującymi 15 genów, które kontrolują tworzenie segmentowanego wzoru larwy Drosophila, został opublikowany w „Nature” w październiku 1980 r. Rok później Christiane wróciła do Tybingi, aby objąć młodsze stanowisko w Laboratorium Friedricha Mieschera, gdzie kontynuowała badania nad zarodkami Drosophila. Interesowało ją odkrycie, w jaki sposób geny matki przekazują czynniki instruujące, morfogeny, rozwijającemu się zarodkowi. W 1988 r. ona i Wolfgang Driever, jej doktorant, zademonstrowali pierwszy gradient morfogenów, który daje wskazówki innym genom w sposób zależny od stężenia.

W 1984 r. Nüsslein-Volhard została dyrektorką w Instytucie Biologii Rozwojowej Maxa Plancka w Tybindze, którą to funkcję pełniła aż do przejścia na emeryturę w 2014 r. Tam rozpoczęła prace nad kręgowcami, wykorzystując danio pręgowane (Danio rerio) jako model badawczy. Była ciekawa, czy model rozwoju zarodka występujący u muszki owocowej pasuje do tego u kręgowców. Przyjrzenie się nowemu organizmowi wymagało opracowania szeregu nowych narzędzi, urządzeń i metod, ale badaczkę cieszyło to wyzwanie. Wkrótce znalazła sposoby na usprawnienie pracy, co obejmowało dostosowanie akwarium i systemów karmienia. Do września 1992 r. miała w swoim laboratorium 7 tys. akwariów wypełnionych rybami i zespół 12 badaczy. Systematycznie indukowali i izolowali mutanty o zmienionym rozwoju, tak jak robiono to wcześniej z Drosophila. Było to ogromne przedsięwzięcie – wymagało krzyżowania zmutowanych samców z samicami typu dzikiego, a następnie kojarzenia potomstwa w celu utworzenia rodzin i oceny ich potomstwa pod kątem nieprawidłowego rozwoju w ciągu pierwszych 5 dni po złożeniu jaja. Do marca 1994 r. grupa przebadała prawie 4 tys. rodzin. Zespół zidentyfikował blisko 1200 mutantów, które miały wpływ na wygląd larw ryb. Niedawno jej laboratorium skupiło się na formowaniu się wzoru kolorystycznego dorosłych ryb w celu lepszego zrozumienia genetycznych podstaw ewolucji formy i struktury organizmów.

W 1995 r. Christiane Nüsslein-Volhard otrzymała Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny wraz z Ericem Wieschausem za identyfikację genów kontrolujących rozwój segmentowanego wzoru Drosophila. Nagrodę otrzymali wspólnie z Edwardem B. Lewisem, amerykańskim genetykiem, którego niezależne badania muszek owocowych w Kalifornijskim Instytucie Technologii ustanowiły klaster genów, które funkcjonują jako główne regulatory rozwoju zarodka. Do czasu przyznania Nagrody stało się jasne, że wiele genów odkrytych przez Christiane i Erica zachowało się w organizacji i funkcji u wszystkich zwierząt wielokomórkowych. Komitet Noblowski przyznał Nagrodę na podstawie tego, że odkrycia naukowców w modelu Drosophila mogą utorować drogę do odkrycia genów powodujących wady wrodzone u ludzi i pomóc zrozumieć przyczyny poronień oraz poprawić wskaźnik powodzenia zapłodnienia in vitro. Badaczka była szóstą kobietą, a pierwszą Niemką, która otrzymała Nagrodę Nobla.

Oprócz pionierskiej pracy nad Drosophila Christiane jest znana z przełomowych odkryć, których dokonała podczas analiz nad danio pręgowanym. Po jej badaniach ten gatunek stał się standardowym modelem badawczym kręgowców na całym świecie. Okazał się przydatny, ponieważ ma wiele podobieństw pod względem organizacji ciała do ssaków, w tym ludzi, ale w przeciwieństwie do ssaków idealnie nadaje się do badań za sprawą szybkiego rozwoju embrionalnego poza organizmem matki w dużych przezroczystych zarodkach.

Poza osiągnięciami naukowymi Christiane pomogła wielu badaczkom w rozwoju ich karier. Czyniła to zarówno jako osobisty mentor, jak i poprzez ustanowienie Fundacji Christiane Nüsslein-Volhard. Założyła ją w 2004 r., wykorzystując własne pieniądze, hojne wsparcie sponsorów, w tym Towarzystwa Maxa Plancka oraz fundusze z programu Unesco-L'Oreal Women in Science. Każdego roku Fundacja zapewnia fundusze 15 utalentowanym młodym kobietom dowolnej narodowości, które posiadają dzieci, kontynuującym studia magisterskie lub podoktoranckie na niemieckim uniwersytecie lub w instytucie badawczym. Fundusze skierowane są do kobiet naukowców znajdujących się na przełomowym etapie kariery i mają na celu uwolnienie kobiet od czasochłonnych zadań związanych z opieką nad dziećmi i pracami domowymi. Badaczka zaobserwowała, że doktorantki z dziećmi miały znacznie mniej wolnego czasu na dodatkową pracę w swoim laboratorium i udział w konferencjach niż ich rówieśniczki bez dzieci, co często uniemożliwiało im rozwój kariery i powodowało porzucenie nauki.

Dla Nüsslein-Volhard Fundacja jest tylko jednym z kroków w kierunku rozwiązania trudności, z jakimi borykają się kobiety w nauce. Te nie tylko często muszą godzić pracę w laboratorium z obowiązkami domowymi i opieką nad dziećmi, ale także zmagają się dyskryminacją ze względu na płeć. Badaczka zdaje sobie sprawę, że nie jest to łatwe do rozwiązania. Sama dobrze zna ten problem, ponieważ niejednokrotnie doświadczyła zazdrości ze strony kolegów. Jednym z jej najwcześniejszych wspomnień w tym zakresie było przekonanie jej, by została drugim autorem publikacji, która powstała w wyniku jej doktoratu. Jako wymówkę powiedziano jej, że pierwszy autor, mężczyzna, rozpoczął projekt, miał rodzinę i potrzebował kariery. Stało się tak pomimo faktu, że Christiane wykonała prawie całą pracę. Nüsslein-Volhard łączy takie postawy z szerszym seksizmem wobec kobiet. Jak skomentowała w wywiadzie z 2006 r.: „Istnieje straszne uprzedzenie wobec kobiet, które odnoszą sukcesy... Jeśli jest piękna, musi być głupia. A jeśli kobieta jest mądra, musi być brzydka lub paskudna. Myślę, że niektórzy ludzie czują się lepiej, gdy dowiadują się, że piekę dobre ciasto czekoladowe”.

Źródła

1. Nüsslein-Volhard, C, Biographical essay, Nobel Prize, 1995, https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1995/nusslein-volhard-bio.html

2. Brown, K, ‘An interview with Christiane Nüsslein-Volhard’, Development , 144 (2017), 3851-4.

3. von Bredow R and Kullmann, K, ‘Women are just as gifted in science as men', Spiegel Online (20 Aug 2015).

4. Nüsslein-Volhard, C and Wieschaus, E ‘Mutations affecting segment number and polarity in Drosophila’, Nature , 287 (1980), 795-801.

5. Wieschaus, E F and Nüsslein-Volhard, C, ‘The Heidelberg screen for pattern mutants in Drosophila: A personal account’, Annual Review Cell Developmental Biology , 32 (2016), 1-46.

Fot. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1995/nusslein-volhard/facts/

KOMENTARZE
news

<Marzec 2024>

pnwtśrczptsbnd
26
27
29
1
2
3
4
8
9
10
11
12
16
17
18
20
22
23
24
25
28
29
30
31
Newsletter