Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Badaczki znane i nieznane. Evelyn Witkin – odkrywczyni mechanizmu chroniącego DNA bakterii przed uszkodzeniem
Badaczki znane i nieznane. Evelyn Witkin – odkrywczyni mechanizmu chroniącego DNA bakterii

Evelyn Witkin to pionierka genetyki, która odkryła istnienie odpowiedzi na uszkodzenia DNA u bakterii i określiła jej podstawowe cechy. Odkrycie przez nią mechanizmu chroniącego genom bakterii utorowało drogę późniejszym badaniom naukowym dotyczącym odpowiedzi na uszkodzenia DNA u organizmów eukariotycznych. Przełomowe badania Witkin w dziedzinie genetyki bakterii zostały uhonorowane nagrodą Lasker Basic Medical Research Award 2015 wraz ze Stephenem Elledge'em, który opracował szczegóły odpowiedzi komórek eukariotycznych na uszkodzenia DNA.

 

Evelyn Ruth Maisel urodziła się 9 marca 1921 r. w Nowym Jorku. Studiowała biologię na Uniwersytecie Nowojorskim, a licencjat obroniła w 1941 r., latem, po tym jak cała klasa zakończyła edukację. Było to karą nałożoną na nią przez Uniwersytet za to, że przeciwstawiła się swojej uczelni (była wtedy przewodniczącą rady studenckiej na NYU), że nie pozwoliła swoim czarnoskórym sportowcom grać w meczach, które odbywały się na uczelniach na południu, na prośbę tych uczelni. Evelyn miała silne poczucie zaangażowania w to, co uważała za słuszne i była gotowa stanąć w obronie swoich przekonań. Po wielu miesiącach protestów Uniwersytet zawiesił Evelyn i sześciu innych liderów strajku. Ponieważ był to koniec jej ostatniego roku na uczelni, nie pozwolono jej skończyć szkoły wraz z klasą. Zamiast pójść na studia podyplomowe na NYU, jak planowała, poszła na studia magisterskie na Columbię. Opowiadała, że zapukała do drzwi Theodosiusa Dobzhansky'ego, ponieważ „w tamtych czasach tak się dołączało do laboratorium”. Zapytała, czy mogłaby zostać jedną z jego doktorantek? Jego odpowiedź brzmiała: „Kobieta w laboratorium... To powinno być interesujące”. Dołączyła więc do laboratorium jednego z czołowych genetyków Drosophila melanogaster (muszki owocowej) tamtych czasów. Kiedy zaczęła czytać literaturę, aby rozpocząć projekt badawczy, zainteresowała się bakteriami jako organizmem, w którym można badać genetykę. Po dyskusji na ten temat Dobzhansky wysłał ją do Cold Spring Harbor, gdzie badania nad genetyką bakterii były bardzo aktywne. Evelyn ukończyła doktorat w Cold Spring Harbor w 1947 r. i pozostała tam przez 11 lat jako niezależny badacz. Jak sama to opisała, bycie uznaną za „niegrzeczną dziewczynkę” przez NYU zmieniło bieg jej życia i doprowadziło do tego, że została genetykiem.

W swoim pierwszym eksperymencie Evelyn postanowiła wygenerować mutacje poprzez traktowanie szczepu E. coli B światłem ultrafioletowym (UV). Nie było wcześniejszych informacji na temat wrażliwości E. coli B na promieniowanie UV, więc wybrała stosunkowo wysoką dawkę, która zabiła wszystkie komórki z wyjątkiem czterech kolonii. Zamiast odrzucić wyniki i zacząć od nowa, badaczka postawiła hipotezę, a później udowodniła, że kolonie te powstały z mutantów. Jedną z kolonii nazwała E. coli B/r (E. coli B odporna na promieniowanie) i wykazała, że ten szczep był odporny zarówno na promieniowanie UV, jak i rentgenowskie. Obserwacje mikroskopowe dowiodły, że w przeciwieństwie do E. coli B, komórki B/r nadal mogły się dzielić, gdy zostały poddane działaniu wysokiej dawki promieniowania UV. Evelyn doszła do wniosku, że zdolność do zatrzymania podziału komórek jest bezpośrednio związana ze śmiertelnym działaniem promieniowania UV. 

W przełomowej pracy z 1967 r. Evelyn postawiła hipotezę, że podział komórek bakteryjnych jest kontrolowany przez represor, który, podobnie jak represor bakteriofaga lambda, jest dezaktywowany przez złożony proces zainicjowany obecnością zmian blokujących replikację w DNA. Zasugerowała ponadto, że może to nie być jedyna funkcja komórkowa, która wykazuje indukcję przez uszkodzenia DNA.

Podczas pracy w Cold Spring Harbor Laboratory Evelyn nawiązała bliskie relacje z genetyczką Barbarą McClintock. Odkrycie McClintock, że geny przemieszczają się z jednej lokalizacji do drugiej poprzez szybkie łączenie końców chromosomów, doprowadziło Evelyn do myślenia o zdarzeniach naprawy DNA w chromosomach. Pomyślała, że oprócz fotoreaktywacji musi istnieć proces naprawy DNA, który działa w ciemności. Kilka lat później ujawniono ścieżkę naprawy DNA sprzężoną z transkrypcją.

W 1971 r. Miroslav Radman, wówczas doktorant na Harvardzie, zaproponował, że promieniowanie UV indukuje mutagenny tryb replikacji DNA. W ten sposób narodziła się hipoteza SOS, nazwana w odniesieniu do wezwania pomocy kodem Morsa. Reakcja SOS była pierwszą opisaną i zrozumianą reakcją na stres. Następnie Evelyn wykazała, że geny lexA i recA są wymagane do odpowiedzi SOS na uszkodzenia DNA, a białko RecA odgrywa ważną bezpośrednią rolę w mutagenezie SOS. Obecnie wiemy, że wiele genów jest indukowanych jako część odpowiedzi SOS, w tym aktywność podatnej na błędy polimerazy DNA, Pol V mut, która jest aktywowana przez białko RecA. Evelyn scharakteryzowała również klasyczne zjawisko zwane spadkiem częstotliwości mutacji (MFD), które pociąga za sobą szybki i nieodwracalny spadek mutacji indukowanych promieniowaniem UV, które powstają, gdy synteza białek jest zahamowana. Warto zauważyć, że produkt genu mfd okazał się później niezbędnym czynnikiem dla naprawy wycięcia sprzężonej z transkrypcją.

W ciągu następnych kilku lat zaczął wyłaniać się szerszy obraz, ponieważ stwierdzono, że wiele dodatkowych odpowiedzi komórkowych jest częścią odpowiedzi SOS. Evelyn i Ernie Pollard zorganizowali małą konferencję w Gainesville na Florydzie w kwietniu 1975 r., w której wzięło udział tylko 44 uczestników. Każdy z nich badał proces, który uważano za składnik odpowiedzi SOS. Uczestnicy mieli osobne historie do opowiedzenia, a pod koniec konferencji wszyscy wiedzieli, że pracują nad ściśle powiązanymi elementami układanki SOS, które składają się na odpowiedź komórkową na uszkodzenie DNA.

Odpowiedź SOS oraz naprawa wolna od błędów i podatna na błędy mają konsekwencje daleko wykraczające poza E. coli i jej zdolność do naprawy DNA. W organizmach wyższych naprawa podatna na błędy odgrywa główną rolę w różnorodności przeciwciał i przełączaniu klas przeciwciał. Naprawa DNA i zapobieganie mutagenezie jest głównym systemem obronnym wymaganym do zapobiegania mutacjom prowadzącym do raka, a naprawa podatna na błędy jest wymagana do naprawy zmian nienaprawialnych innymi metodami.

Odpowiedź SOS doprowadziła Stephena Elledge'a do odkrycia odpowiedzi na uszkodzenia DNA u eukariontów. Odpowiedź ta kontroluje cykl komórkowy, naprawę DNA, indukcję polimeraz podatnych na błędy oraz duży zbiór genów, które chronią komórkę przed stresem i uszkodzeniami DNA. Wiele mutacji, które sprawiają, że osobniki są podatne na raka, wpływa na geny odpowiedzi na uszkodzenia DNA.

Znaczenie pracy Witkin zostało po raz pierwszy docenione, gdy została wybrana do Narodowej Akademii Nauk w 1977 r. Otrzymała dalsze uznanie za swój wkład po zamknięciu laboratorium w 1991 r. W 2000 r. otrzymała nagrodę Thomasa Hunta Morgana od Genetics Society of America za jej życiowy wkład w genetykę, a w 2002 r. – National Medal of Science. Ona i Elledge podzielili się nagrodą Laskera w 2015 r. – Evelyn za odpowiedź SOS, a Elledge za eukariotyczną odpowiedź na uszkodzenie DNA. Z okazji jej 100. urodzin na Uniwersytecie Rutgers odbyło się sympozjum.

W przeciwieństwie do wielu naukowców, którzy osiągnęli tak wysoki poziom, Evelyn dokonała tego bez posiadania dużego zespołu badaczy w swoim laboratorium, w którym pracowała przez całą swoją karierę. Jej praca była w dużej mierze jej własną. Zarówno w Cold Spring Harbor, jak i później w Downstate Medical Center, Evelyn pracowała sama lub z pomocą tylko technika. Dopiero gdy dołączyła do Rutgers w 1971 r., miała absolwentów. Na początku Evelyn miała zazwyczaj jednego studenta kończącego studia i drugiego studenta rozpoczynającego studia. Jej pierwszą absolwentką była Donna George (University of Pennsylvania). Później, gdy więcej studentów poprosiło o dołączenie do jej laboratorium, pracownia powiększyła się, ale tylko o jednego lub dwóch absolwentów. W sumie przez całą karierę miała w swoim laboratorium tylko ośmiu doktorantów i kilku magistrantów. Evelyn powiedziała, że wolała pracować z małą grupą, ponieważ pozwalało jej to na kontynuowanie praktycznej pracy badawczej. Jedną z głównych atrakcji jej dnia było otwieranie drzwi inkubatora, wyjmowanie płytek z agarem i przeglądanie liczby kolonii bakterii z eksperymentu z poprzedniego dnia z pytaniem: „Czy to zadziałało, czy nie?”.

Asystenci często korzystali z jej chęci do szczegółowego omawiania wyników i ich interpretacji. Pewnego dnia jeden z jej studentów, Michael R. Volkert, kończył wykreślać dane z serii badań przeżywalności i mutagenezy, podczas gdy Evelyn była w trakcie patrzenia przez mikroskop, szukając swoich pochodnych mutanta tif-1 (obecnie nazywanego recA441), który nie filamentował już w podwyższonych temperaturach, ale nadal wykazywał fenotyp mutagenezy indukowanej temperaturą. Naukowiec, podekscytowany swoimi wynikami, przerwał jej pracę. Witkin wstrzymała to, co robiła, by posłuchać i przez długi czas dyskutowali o tym, co znaczą uzyskane dane. Była tak samo podekscytowana wynikami, jak jej asystent. Następnie Michael zapytał, jak idą jej poszukiwania? W połowie opowiadania o nowych mutantach, które znalazła, zatrzymała się i powiedziała: „Czy nie bawimy się dobrze?”. I tak było. Podekscytowanie i zachęta Evelyn były świetną motywacją, podobnie jak jej pytanie: „Powiedz mi, co zamierzasz zrobić dalej?”. I rozmawiali.

Taka była atmosfera w laboratorium Evelyn. Uczyła swoich podopiecznych, jak jasno myśleć o swoich wynikach i podkreślała, że najprostszy wniosek jest zwykle poprawny. To jej radość z odkryć, nie tylko własnych, ale także jej studentów, sprawiła, że praca w laboratorium Evelyn była wspaniałym doświadczeniem. Entuzjazm odkrywania trwał przez całe jej życie. Dała studentom również przestrzeń do dojrzewania jako naukowcy. Wierząc w znaczenie dokładnego i wyraźnego pisania, każdemu uczniowi, który dołączył do jej laboratorium, wręczyła egzemplarz „Elementów stylu” Strunka i White'a. Evelyn pomogła wszystkim swoim absolwentom w dobrym starcie, gdy przygotowywali się do ukończenia studiów i pójścia dalej. Pomogła im znaleźć stanowiska podoktorskie, a później akademickie lub przemysłowe, które odpowiadały ich zainteresowaniom naukowym. Jej studenci byli, jak kiedyś powiedziała, jej naukową rodziną. Evelyn była ikoną w dziedzinie genetyki, osobą o ogromnej uczciwości i hojności oraz drogą przyjaciółką. Jej wyczuwalna radość i entuzjazm dla nauki wraz z jej niezwykłymi intelektualnymi dyskusjami na temat odkryć stworzyły zachęcające środowisko, które ułatwiło rozwój jej uczniów w kierunku wybitnych niezależnych naukowców, którzy są teraz gotowi kontynuować jej dziedzictwo. 

Jej pasja do nauki nie osłabła po przejściu na emeryturę. Nawet pod koniec życia kontynuowała studia. Zorganizowała klub książki naukowej wśród emerytowanych naukowców w Princeton. Była także zapaloną czytelniczką literatury pięknej i prowadziła szeroko zakrojone badania nad wpływem Karola Darwina i poety Roberta Browninga na wzajemną twórczość. Lubiła być na bieżąco z najnowszymi osiągnięciami genetyki. Była już na emeryturze, kiedy jej asystent wspomniał o tym, że nowa technologia CRISPR pozwala teraz na wprowadzanie mutacji w komórkach ssaków niemal tak łatwo, jak robili to w bakteriach E. coli, kiedy był studentem w jej laboratorium. Opowiedziała mu, że właśnie ukończyła internetowy kurs genetyki Erica Landersa, ponieważ jako genetyk uważała, że powinna wiedzieć, jak działa CRISPR. Opisała mu szczegóły metody z całym entuzjazmem i podekscytowaniem uczenia się czegoś nowego. Jej kariera w genetyce tak naprawdę nigdy się nie zakończyła, po prostu zmieniła się z czasem.

Jej miłość do nauki była jedną z dwóch głównych pasji. Drugą była rodzina. Zawsze lubiła słuchać o rodzinnych perypetiach swoich studentów i uwielbiała opowiadać o swojej. Jej starszy syn, Joe Witkin, przeszedł na emeryturę jako lekarz pogotowia ratunkowego. Był założycielem grupy rockowej Sha-Na-Na, a obecnie jest członkiem grupy muzycznej Slack Key Ohana. Życie prywatne nie zaoszczędziło jej tragedii – mąż Evelyn, znany psycholog Herman Witkin, zmarł w młodym wieku, w 1979 r. Była zdruzgotana. Następnie równie załamująca była strata jej najmłodszego syna Andy'ego Witkina, nagrodzonego Oscarem animatora komputerowego Pixara, który zginął w wypadku nurkowym w 2010 r.

Evelyn Witkin zmarła 8 lipca 2023 r. w wieku 102 lat, pozostając niezależną do końca. Pomimo swojego wieku, nadal mieszkała sama w 3-piętrowej kamienicy obok kampusu Uniwersytetu Princeton, dopóki nie trafiła do szpitala na krótko przed śmiercią. Poniżej link do wywiadu z Evelyn Witkin przeprowadzonego przez Florę Lichtman dla Albert and Mary Lasker Foundation.

 

Źródła

1. Witkin E. M., Mutation-proof and mutation-prone modes of survival in derivativces of Escherichia coli B differing in senitivity to ultraviolet light. Brookhaven Symposia Biol. 20, 17-55 (1967).

2. Witkin E. M., The radiation sensitivity of Escherichia coli B: A hypothesis relating filament formation and prophage induction. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 57, 1275-1279 (1967).

3. Harper J. W., Elledge S. J., The DNA damage response: Ten years after. Mol. Cell 28, 739-745 (2007).

4. Zhou B. B., Elledge S. J., The DNA damage response: Putting checkpoints in perspective. Nature 408, 433-439 (2000).

5. Witkin E. M., Mutation frequency decline revisited. Bioessays 16, 437-444 (1994).

6. Joann B. Sweasy, Philip C. Hanawalt, Evelyn M. Witkin (1921–2023).Science381,1052-1052 (2023).

7. Volkert M. R. Remembering Evelyn M. Witkin (1921-2023) and the SOS Response. Proc Natl Acad Sci U S A. 26;120(39):e2314904120 (2023).

8. https://laskerfoundation.org/evelyn-witkin-pursuing-the-mysteries-of-dna-damage/

Fot. Lasker Foundation

KOMENTARZE
Newsletter