Carl woese

Carl Richard Woese (15 de julio de 1928 - 30 de diciembre de 2012) fue un microbiólogo y biofísico estadounidense. Woese es famoso por definir Archaea (un nuevo dominio de la vida) en 1977 a través de una taxonomía filogenética pionera del ARN ribosomal 16S, una técnica que ha revolucionado la microbiología. También originó la hipótesis del mundo del ARN en 1967, aunque no con ese nombre. Woese ocupó la cátedra Stanley O. Ikenberry y fue profesor de microbiología en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.

Vida y educación

Carl Woese nació en Syracuse, Nueva York, el 15 de julio de 1928. Woese asistió a la Academia Deerfield en Massachusetts. Recibió una licenciatura en matemáticas y física de Amherst College en 1950. Durante su tiempo en Amherst, Woese tomó solo un curso de biología (Bioquímica, en su último año) y no tenía ningún interés científico en las plantas. y animales" hasta que William M. Fairbank, entonces profesor asistente de física en Amherst, le aconsejó que estudiara biofísica en Yale.

En 1953, completó un doctorado en biofísica en la Universidad de Yale, donde su investigación doctoral se centró en la inactivación de virus por calor y radiación ionizante. Estudió medicina en la Universidad de Rochester durante dos años y renunció dos días después a una rotación de pediatría. Luego se convirtió en investigador postdoctoral en biofísica en la Universidad de Yale investigando esporas bacterianas. De 1960 a 1963, trabajó como biofísico en el Laboratorio de Investigación de General Electric en Schenectady, Nueva York. En 1964, Woese se unió a la facultad de microbiología de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, donde se centró en las arqueas, la genómica y la evolución molecular como áreas de especialización. Se convirtió en profesor en el Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica de la Universidad de Illinois en Urbana–Champaign, que cambió su nombre en su honor en 2015, después de su muerte.

Woese murió el 30 de diciembre de 2012, luego de complicaciones de cáncer de páncreas, dejando como sobrevivientes a su esposa Gabriella y un hijo y una hija.

Trabajo y descubrimientos

Primeros trabajos sobre el código genético

Woese centró su atención en el código genético mientras instalaba su laboratorio en el Knolls Laboratory de General Electric en el otoño de 1960. El interés entre físicos y biólogos moleculares había comenzado a unirse en torno a descifrar la correspondencia entre los veinte aminoácidos y el alfabeto de cuatro letras de las bases de ácidos nucleicos en la década posterior al descubrimiento de la estructura del ADN por parte de James D. Watson, Francis Crick y Rosalind Franklin en 1953. Woese publicó una serie de artículos sobre el tema. En uno, dedujo una tabla de correspondencia entre lo que entonces se conocía como "ARN soluble" y ADN en base a sus respectivas proporciones de pares de bases. Luego reevaluó los datos experimentales asociados con la hipótesis de que los virus usaban una base, en lugar de un triplete, para codificar cada aminoácido y sugirió 18 codones, prediciendo correctamente uno para la prolina. Otro trabajo estableció la base mecánica de la traducción de proteínas, pero en opinión de Woese, pasó por alto en gran medida los orígenes evolutivos del código genético como una ocurrencia tardía.

En 1962, Woese pasó varios meses como investigador visitante en el Instituto Pasteur de París, un centro de intensa actividad en biología molecular de la expresión y regulación de genes. Mientras estaba en París, conoció a Sol Spiegelman, quien invitó a Woese a visitar la Universidad de Illinois después de escuchar sus objetivos de investigación; en esta visita, Spiegelman le ofreció a Woese un puesto de titularidad inmediata a partir del otoño de 1964. Con la libertad de seguir pacientemente hilos de investigación más especulativos fuera de la corriente principal de la investigación biológica, Woese comenzó a considerar el código genético en términos evolutivos, preguntándose cómo las asignaciones de codones y su traducción a una secuencia de aminoácidos podrían haber evolucionado.

Descubrimiento del tercer dominio

Durante gran parte del siglo XX, los procariotas se consideraban un solo grupo de organismos y se clasificaban según su bioquímica, morfología y metabolismo. En un artículo muy influyente de 1962, Roger Stanier y C. B. van Niel establecieron por primera vez la división de la organización celular en procariotas y eucariotas, definiendo a los procariotas como aquellos organismos que carecen de un núcleo celular. Adaptado de la generalización de Édouard Chatton, el concepto de Stanier y Van Niel fue rápidamente aceptado como la distinción más importante entre los organismos; sin embargo, se mostraron escépticos con respecto a los microbiólogos' intenta construir una clasificación filogenética natural de las bacterias. Sin embargo, se asumió generalmente que toda la vida compartía un ancestro común procariótico (implicado por la raíz griega πρό (pro-), antes, delante de).

En 1977, Carl Woese y George E. Fox refutaron experimentalmente esta hipótesis universal sobre la estructura básica del árbol de la vida. Woese y Fox descubrieron un tipo de vida microbiana a la que llamaron "arqueobacteria" (Archaea). Informaron que las arqueobacterias comprendían "un tercer reino" de la vida a diferencia de las bacterias como las plantas y los animales. Habiendo definido Archaea como un nuevo "urkingdom" (dominio posterior) que no eran ni bacterias ni eucariotas, Woese volvió a dibujar el árbol taxonómico. Su sistema de tres dominios, basado en relaciones filogenéticas en lugar de similitudes morfológicas obvias, dividió la vida en 23 divisiones principales, incorporadas dentro de tres dominios: Bacteria, Archaea y Eucarya.

Árbol fitogenético basado en Woese et al. análisis de rRNA. La línea vertical en la parte inferior representa el último antepasado común universal (LUCA).

La aceptación de la validez de la clasificación filogenéticamente válida de Woese fue un proceso lento. Destacados biólogos, incluidos Salvador Luria y Ernst Mayr, se opusieron a su división de los procariotas. No todas las críticas hacia él se restringieron al nivel científico. Una década de laboriosa catalogación de oligonucleótidos lo dejó con una reputación de "chiflado" y Woese pasaría a ser apodado como "Microbiology's Scarred Revolutionary" por un artículo de prensa publicado en la revista Science. El creciente cuerpo de datos de apoyo llevó a la comunidad científica a aceptar Archaea a mediados de la década de 1980. Hoy, pocos científicos se aferran a la idea de un Prokarya unificado.

El trabajo de Woese en Archaea también es significativo por sus implicaciones para la búsqueda de vida en otros planetas. Antes del descubrimiento de Woese y Fox, los científicos pensaban que Archaea eran organismos extremos que evolucionaron a partir de los microorganismos más familiares para nosotros. Ahora, la mayoría cree que son antiguos y pueden tener sólidas conexiones evolutivas con los primeros organismos en la Tierra. Organismos similares a las arqueas que existen en ambientes extremos pueden haberse desarrollado en otros planetas, algunos de los cuales albergan condiciones propicias para la vida extremófila.

En particular, la elucidación del árbol de la vida de Woese muestra la abrumadora diversidad de linajes microbianos: los organismos unicelulares representan la gran mayoría de la diversidad de nichos genéticos, metabólicos y ecológicos de la biosfera. Dado que los microbios son cruciales para muchos ciclos biogeoquímicos y para la función continua de la biosfera, los esfuerzos de Woese para aclarar la evolución y diversidad de los microbios brindaron un servicio invaluable a los ecologistas y conservacionistas. Fue una importante contribución a la teoría de la evolución ya nuestro conocimiento de la historia de la vida.

Woese escribió: "Mis preocupaciones evolutivas se centran en las bacterias y las arqueas, cuyas evoluciones cubren la mayor parte de los 4500 millones de años de historia del planeta". Utilizando la secuencia de ARN ribosómico como medida evolutiva, mi laboratorio ha reconstruido la filogenia de ambos grupos y, por lo tanto, ha proporcionado un sistema de clasificación filogenéticamente válido para los procariotas. El descubrimiento de las arqueas fue de hecho un producto de estos estudios".

Evolución de los tipos de células primarias

Woese también especuló sobre una era de rápida evolución en la que se produjo una considerable transferencia horizontal de genes entre organismos. Descritos por primera vez por Woese y Fox en un artículo de 1977 y explorados más a fondo con la microbióloga Jane Gibson en un artículo de 1980, estos organismos, o progenotes, se imaginaron como protocélulas de muy baja complejidad debido a su traducción propensa a errores. ('canal de transmisión genética ruidoso'), que producía altas tasas de mutación que limitaban la especificidad de la interacción celular y el tamaño del genoma. Este primer aparato de traducción habría producido un grupo de proteínas estructuralmente similares y funcionalmente equivalentes, en lugar de una sola proteína. Además, debido a esta especificidad reducida, todos los componentes celulares eran susceptibles a la transferencia horizontal de genes y se produjo una rápida evolución a nivel del ecosistema.

La transición a las células modernas (el "Umbral darwiniano") se produjo cuando los organismos desarrollaron mecanismos de traducción con niveles modernos de fidelidad: el rendimiento mejorado permitió que la organización celular alcanzara un nivel de complejidad y conexión que hizo que los genes de otros organismos mucho menos capaces de desplazar los propios genes de un individuo.

En años posteriores, el trabajo de Woese se concentró en el análisis genómico para dilucidar la importancia de la transferencia horizontal de genes (HGT) para la evolución. Trabajó en análisis detallados de las filogenias de las aminoacil-tRNA sintetasas y en el efecto de la transferencia horizontal de genes en la distribución de esas enzimas clave entre los organismos. El objetivo de la investigación era explicar cómo evolucionaron los tipos de células primarias (las arqueas, las eubacterianas y las eucariotas) a partir de un estado ancestral en el mundo del ARN.

Perspectivas de la biología

Woese compartió sus pensamientos sobre el pasado, presente y futuro de la biología en Current Biology:

Las "preguntas importantes" que la biología del siglo XXI enfrenta a todos se derivan de una sola pregunta, la naturaleza y la generación de la organización biológica.... Sí, Darwin ha vuelto, pero en compañía de... científicos que pueden ver mucho más allá en las profundidades de la biología que antes era posible. Ya no es una visión "10.000 especies de aves" de la evolución — evolución vista como una procesión de formas. La preocupación es ahora con el proceso de la propia evolución.

Veo la cuestión de la organización biológica tomando dos direcciones prominentes hoy. La primera es la evolución de la organización celular (proteinácea), que incluye sub-cuestaciones como la evolución del aparato de traducción y el código genético, y el origen y la naturaleza de las jerarquías de control que fino y precisamente interrelacionan la panoplia de procesos celulares que constituyen células. También incluye la cuestión del número de diferentes tipos de células básicas que existen hoy en la tierra: ¿Todas las células modernas provienen de una sola organización celular ancestral?

La segunda dirección importante implica la naturaleza del ecosistema global.... Las bacterias son los principales organismos de este planeta, en número, en masa total, en importancia para los equilibrios globales. Así, es la ecología microbiana la que más necesita el desarrollo, tanto en términos de hechos necesarios para entenderlo, como en términos del marco en el que interpretarlos.

Woese consideraba que la biología tenía un "muy importante" papel en la sociedad. Desde su punto de vista, la biología debería servir a un propósito más amplio que la búsqueda de "un entorno diseñado":

Lo que se reconoció formalmente en la física necesita ahora ser reconocido en la biología: la ciencia sirve una función dual. Por un lado es el sirviente de la sociedad, atacando los problemas aplicados que plantea la sociedad. Por otro lado, funciona como profesor de la sociedad, ayudando a estos últimos a comprender su mundo y su propia vida. Es la última función que se pierde efectivamente hoy.

Honores y legado científico

Woese fue MacArthur Fellow en 1984, fue nombrado miembro de la Academia Nacional de Ciencias en 1988, recibió la Medalla Leeuwenhoek (el más alto honor en microbiología) en 1992, el Premio Selman A. Waksman en Microbiología en 1995 de la Academia Nacional de Ciencias, y recibió la Medalla Nacional de Ciencias en 2000. En 2003, recibió el Premio Crafoord de la Real Academia Sueca de Ciencias "por su descubrimiento de un tercer dominio de la vida". Fue elegido miembro de la American Philosophical Society en 2004. En 2006, fue nombrado miembro extranjero de la Royal Society.

Muchas especies microbianas, como Pyrococcus woesei, Methanobrevibacter woesei y Conexibacter woesei, reciben su nombre en su honor.

El microbiólogo Justin Sonnenburg de la Universidad de Stanford dijo: "El artículo de 1977 es uno de los más influyentes en microbiología y, posiblemente, en toda la biología". Está a la altura de los trabajos de Watson, Crick y Darwin, proporcionando un marco evolutivo para la increíble diversidad del mundo microbiano".

Con respecto al trabajo de Woese sobre la transferencia horizontal de genes como un proceso evolutivo primario, el profesor Norman R. Pace de la Universidad de Colorado en Boulder dijo: "Creo que Woese ha hecho más por la biología en general. que cualquier biólogo en la historia, incluido Darwin... Hay mucho más que aprender, y él ha estado interpretando la historia emergente de manera brillante.

Publicaciones seleccionadas

Libros

• Woese, Carl (1967). El Código Genético: la base molecular para la expresión genética. Nueva York: Harper & Row. OCLC 293697.

Artículos seleccionados

• Woese, Carl R.; George E. Fox (1977). "La estructura pilogenética del dominio procariota: los reinos primarios". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 74 (11): 5088–5090. Bibcode:1977PNAS...74.5088W. doi:10.1073/pnas.74.11.5088. ISSN 0027-8424. PMC432104. PMID 270744.
• Woese, Carl R. (1 de junio de 1987). "Evolución bacteriana". Microbiológica Opiniones. 51 (2): 221–271. doi:10.1128/MMBR.51.2.221-271.1987. PMC373105. PMID 2439888.
• Woese, Carl R.; O Kandler; M L Wheelis (1990). "Hacia un sistema natural de organismos: propuesta para los dominios Archaea, Bacteria y Eucarya". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 87 (12): 4576–4579. Bibcode:1990PNAS...87.4576W. doi:10.1073/pnas.87.12.4576. ISSN 0027-8424. PMC54159. PMID 2112744.
• Woese, Carl R. (1 de junio de 2004). "Una nueva biología para un nuevo siglo". Microbiología y Biología Molecular. 68 (2): 173–186. doi:10.1128/MMBR.68.2.173-186.2004. ISSN 1098-5557. PMC419918. PMID 15187180.
• Woese, Carl R. (2005). "Evolving biological organization". En Jan Sapp (ed.). Filogenía microbiana y evolución:Conceptos y controversias: Conceptos y controversias. Oxford University Press. pp. 99–117. ISBN 9780198037774. Retrieved 4 de enero 2013.
• Woese, Carl R. (2006). "Cómo hacemos, no mires a las bacterias y a la bacteriología". Los Prokaryotes. pp. 3–23. doi:10.1007/0-387-30741-9_1. ISBN 978-0-387-30741-1.
• Woese, Carl R.; Nigel Goldenfeld (2009). "Cómo el Mundo Microbial salvó la evolución de la Escila de la Biología Molecular y la Charybdis de la Síntesis Moderna". Microbiología y Biología Molecular. 73 (1): 14–21. doi:10.1128/MMBR.00002-09. PMC2650883. PMID 19258530.