Der französische Molekularbiologe

FranÇois Jacob leistete mehrere wichtige Beiträge auf dem Gebiet der Genetik durch erfolgreiche Zusammenarbeit mit anderen Wissenschaftlern am berühmten Pasteur-Institut in Frankreich. Seine bekannteste Arbeit umfasste die Formulierung des Jacob-Monod-Operonenmodells, das hilft zu erklären, wie Gene reguliert werden. Jacob untersuchte auch Messenger-Ribonukleinsäure (mRNA), die als Vermittler zwischen der Desoxyribonukleinsäure (DNA ), die den genetischen Code trägt , und den Ribosomen , in denen Proteine synthetisiert werden, dient. Er zeigte auch, dass Bakterien den gleichen allgemeinen Regeln der natürlichen Selektion und Evolution folgen wie höhere Organismen. In Anerkennung ihrer Arbeit in der genetischen Kontrolle und Viren , Jacob und zwei andere Wissenschaftler am Pasteur-Institut, Jacques Lucien Monod und André Lwoff, teilten sich 1965 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.

Jacob wurde in Nancy, Frankreich, als Sohn des Kaufmanns Simon Jacob und der ehemaligen Thérèse Franck geboren. Jacob besuchte die Schule am Lycée Carnot in Paris, bevor er seine College-Ausbildung begann. Er begann sein Medizinstudium an der Universität Paris (Sorbonne), musste seine Ausbildung jedoch abbrechen, als die deutsche Armee 1940 während des Zweiten Weltkriegs in Frankreich einmarschierte. Er entkam auf einem der letzten Boote nach England und schloss sich den Freien französischen Streitkräften in London an, diente als Offizier und kämpfte mit den Alliierten in Nordafrika. Während des Krieges wurde Jacob schwer verwundet. Seine Verletzungen beeinträchtigten seine Hände und setzten seinen Hoffnungen, Chirurg zu werden, ein abruptes Ende. Für seine Verdienste um sein Land erhielt er das Croix de Guerre und den Companion of the Liberation, zwei der höchsten militärischen Auszeichnungen Frankreichs.

Trotz dieses körperlichen Rückschlags setzte Jakob seine Ausbildung an der Universität Paris fort. In seiner Autobiographie The Statue Within sagte Jacob, er habe die Idee für seine Diplomarbeit von seinem Arbeitsplatz, dem National Penicillin Center, bekommen, wo ein kleines Antibiotikum namens Tyrothricin hergestellt und kommerzialisiert wurde. Für seine Diplomarbeit stellte Jacob das Medikament her und bewertete es. Kurz vor dreißig Jahren erwarb er 1947 seinen Doktortitel, im selben Jahr heiratete er die Pianistin Lysiane „Lise“ Bloch. Sie würden schließlich vier Kinder haben.

Mit ungewisser beruflicher Zukunft arbeitete Jacob noch eine Weile am National Penicillin Center. Das Blatt wendete sich, als er und seine Frau mit ihren Cousins zu Abend aßen, darunter Herbert Marcovich, ein Biologe, der in einem Genetiklabor arbeitet. Jacob erinnerte sich: „Als Herbert sprach, fühlte ich eine Aufregung, die wie ein Sturm aufstieg. Wenn ein Mann meiner Generation noch in die Forschung gehen könnte, ohne sich lächerlich zu machen, warum dann nicht ich?“ Er beschloss, am nächsten Tag Biologe zu werden.

Jacob trat 1950 als Assistent von André Lwoff in das Pasteur-Institut ein. Lwoffs Laborstandort und seine beengten Verhältnisse brachten ihm den Namen „the attic.“ Das Jahr 1950 war ein aufregendes Jahr in Lwoffs Labor. Lwoff hatte mit lysogenen Bakterien gearbeitet, die zerstört (lysiert) werden, wenn sie von bakterieninfizierenden Viruspartikeln, den sogenannten Bakteriophagen, angegriffen werden. Die Bakteriophagen dringen in die Bakterienzelle ein, vermehren sich dann darin, platzen schließlich die Zelle und setzen neue Bakteriophagen frei. Nach Lwoffs Forschung existiert der Bakteriophage zuerst in der Bakterienzelle in einer nicht infektiösen Phase, dem Prophagen. Er konnte den Prophagen dazu anregen, infektiöses Virus zu produzieren, indem er ultraviolettes Licht hinzufügte. Diese neuen Erkenntnisse halfen, Jacob den Hintergrund zu geben, den er für seine zukünftige Forschung benötigen würde.

Jacob setzte seine Ausbildung an der Universität von Paris während seiner ersten Jahre am Institut Pasteur fort, erwarb 1951 seinen Bachelor of Science und studierte bis zu seinem Doktor der Wissenschaften, den er 1954 erhielt. Für seine Doktorarbeit untersuchte Jacob die Fähigkeit bestimmter Strahlungen oder chemischer Verbindungen, den Prophagen zu induzieren, und schlug mögliche Mechanismen der Immunität vor .

Jacob war einmal im Labor und bildete bald eine fruchtbare Zusammenarbeit mit Élie Wollman, die ebenfalls in Lwoffs Labor stationiert war. Im Sommer 1954 entdeckten er und Wollman, was sie erotische Induktion in den Bakterien Escherichia coli nannten. Sie änderten später den Namen des Phänomens in zygotische Induktion. Bei der zygotischen Induktion konnte das Chromosom einer männlichen Bakterienzelle, die einen Prophagen trug, auf eine weibliche Zelle übertragen werden, die den Prophagen nicht trug, aber nicht umgekehrt. Die zygotische Induktion zeigte, dass sowohl die Expression des Prophagen als auch die Immunität in letzterem Fall durch eine Variable blockiert wurde, die im Zytoplasma vorhanden ist, das den Zellkern umgibt .

In einem anderen Experiment paarten er und Wollman männliche und weibliche Bakterienzellen und trennten sie, bevor sie die Konjugation abschließen konnten . Dies schnitt auch das Chromosom ab, als es sich vom Männchen zum Weibchen bewegte. Sie fanden heraus, dass das Weibchen das Chromosom Stück für Stück in einer bestimmten Reihenfolge und mit konstanter Geschwindigkeit akzeptierte, ähnlich wie ein Stück Spaghetti. Ihre Studie wurde als „Spaghetti-Experiment“ bekannt, sehr zu Wollmans Ärger.

In dem Buch Phage and the Origins of Molecular Biology erklärte Wollman, dass sie durch die Verfolgung verschiedener genetischer Marker beim Mann den Zeitpunkt des Eintritts jedes Gens in die Zygote bestimmen und seine Position auf der DNA korrekt ableiten könnten. Jacob und Wollman verwendeten auch ein Elektronenmikroskop, um die konjugierenden Bakterien zu fotografieren und die Übertragung der Gene zu messen. „Mit Élie Wollman hatten wir ein Werkzeug entwickelt, das die genetische Analyse jeder Funktion, jedes „Systems“ ermöglichte“, sagte Jacob in seiner Autobiographie. Die beiden Wissenschaftler entdeckten und definierten auch Episome , genetische Stämme, die sich im Rahmen der Chromosomenentwicklung automatisch replizieren .

Jacob und Wollman zeigten auch, dass Bakterien als Reaktion auf Medikamente oder Bakteriophagen mutieren und sich anpassen können. Evolution und natürliche Selektion funktionierten sowohl in Bakterien als auch in höheren Lebensformen. Jacob und Wollman fassten ihre Forschung in der Juli-Ausgabe 1956 von Scientific American zusammen: „Es besteht kaum ein Zweifel daran, dass die grundlegenden Merkmale der genetischen Rekombination ähnlich sein müssen, unabhängig davon, ob sie bei Bakterien oder beim Menschen auftreten. Es wäre ziemlich überraschend, wenn die Untersuchung der sexuellen Fortpflanzung in Bakterien nicht zu einem tieferen Verständnis des Prozesses der genetischen Rekombination führen würde, der für das Überleben und die Evolution höherer Organismen so wichtig ist.“

1956 nahm Jacob den Titel eines Labordirektors am Pasteur-Institut an. Innerhalb von zwei Jahren begann Jacob mit Jacques Monod zu arbeiten, der Lwoffs Labor einige Jahre zuvor verlassen hatte, um die Abteilung für zelluläre Biochemie am Pasteur-Institut zu leiten. Arthur Pardée beteiligte sich auch oft an der Forschung. Jacob und Monod untersuchten, wie ein Darmenzym namens Galactosidase aktiviert wird, um Laktose oder Milchzucker zu verdauen. Galactosidase ist ein induzierbares Enzym, dh es wird nur gebildet, wenn ein bestimmtes Substrat — in diesem Fall Laktose — vorhanden ist. Induzierbare Enzyme unterscheiden sich von konstitutiven Enzymen, die kontinuierlich produziert werden, unabhängig davon, ob der Induktor vorhanden ist oder nicht. Durch die Paarung eines normalen induzierbaren männlichen Bakteriums mit einem konstitutiven weiblichen zeigten sie, dass induzierbare Enzymprozesse Vorrang vor der konstitutiven Enzymsynthese haben. In den von Jacob und Monod durchgeführten Experimenten diente der Induktor Lactose dazu, das Gen zu hemmen, das die Synthese von Galactosidase regulierte.

Danach erkannte Jacob, dass seine Arbeit mit Monod und seine frühere Arbeit mit Wollman über zygotische Induktion verwandt waren. In The Statue Within sagte er: „In beiden Fällen regelt ein Gen die Bildung eines zytoplasmatischen Produkts, eines Repressors, der die Expression anderer Gene blockiert und so entweder die Synthese der Galactosidase oder die Vermehrung des Virus verhindert.“ Ihre Aufgabe war es dann, den Ort des Repressors zu bestimmen, der sich auf der DNA zu befinden schien.

Am Ende des Jahrzehnts hatten Jacob und Monod Messenger-RNA entdeckt , eine der drei Arten von Ribonukleinsäure. (Die anderen beiden sind ribosomale RNA und Transfer-RNA.) Jede Art von RNA hat eine spezifische Funktion. MRNA ist der Vermittler zwischen der DNA und den Ribosomen und gibt Informationen über die richtige Sequenz von Aminosäuren weiter, die zur Bildung von Proteinen benötigt werden. Während ihrer Arbeit nahm Jacob eine Stelle als Leiter der Abteilung für Zellgenetik am Pasteur-Institut an.

1961 erklärten sie die Ergebnisse ihrer Forschung mit der mRNA und dem heute berühmten Jacob-Monod-Operon-Modell in der Arbeit „Genetic Regulatory Mechanisms in the Synthesis of Proteins“, die im Journal of Molecular Biology erschien Der Molekularbiologe Gunther S. Stent in Science beschrieb die Arbeit als „eines der Denkmäler in der Literatur der Molekularbiologie.“

Nach dem Jacob-Monod-Operon-Modell trägt eine Reihe von Strukturgenen auf der DNA den Code, den die Boten-RNA an die Ribosomen liefert, die Proteine bilden. Jeder Satz von Strukturgenen hat sein eigenes Operatorgen, das daneben liegt. Dieses Operatorgen ist der Schalter, der seine Strukturgene ein- oder ausschaltet und somit die Synthese ihrer Proteine überwacht. Jacob und Monod nannten jede Gruppierung eines Operators und seiner strukturellen Gene ein Operon. Neben dem Operatorgen befindet sich ein Regulator-Gen auf demselben Chromosom wie die Strukturgene. In einem induzierbaren System wie dem Lactoseoperon (oder lac Operon, wie es genannt wird) kodiert dieses Regulator-Gen für ein Repressorprotein. Das Repressorprotein macht eines von zwei Dingen. Wenn keine Laktose vorhanden ist, bindet sich das Repressorprotein an die Laktose und inaktiviert sie, was wiederum die strukturelle Genaktivität und Proteinsynthese stoppt . Wenn jedoch Laktose vorhanden ist, bindet das Repressorprotein an das Regulator-Gen anstelle des Operators. Auf diese Weise gibt es den Bediener frei und ermöglicht die Proteinsynthese. Mit einem solchen System kann sich eine Zelle an veränderte Umweltbedingungen anpassen und die Proteine produzieren, die sie benötigt, wenn sie sie benötigt.

Ein Jahr nach der Veröffentlichung dieses Papiers gewann Jacob den Charles Leopold Mayer-Preis der Französischen Akademie der Wissenschaften. 1964 würdigte auch das Collège de France seine Leistungen, indem es ihm zu Ehren einen Sonderstuhl einrichtete. Seine größte Ehre kam jedoch 1965, als er, Lwoff und Monod den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin teilten. Der Preis würdigte ihre Beiträge „zu unserem Wissen über die grundlegenden Prozesse in lebender Materie, die die Grundlage für Phänomene wie Anpassung, Reproduktion und Evolution bilden.“

Während seiner Karriere schrieb Jacob zahlreiche wissenschaftliche Publikationen, darunter die Bücher The Logic of Life: A History of Life and The Possible and the Actual. Letzterer, der 1982 veröffentlicht wurde, befasst sich mit der Evolutionstheorie und der Linie, die seiner Meinung nach zwischen der Verwendung der Evolution als wissenschaftliche Theorie und als Mythos gezogen werden muss.

Siehe auch Bakteriophagen und Bakteriophagen-Typisierung; Evolution und evolutionäre Mechanismen; Evolutionärer Ursprung von Bakterien und Viren; Genetische Regulation eukaryotischer Zellen; Genetische Regulation prokaryotischer Zellen; Immunogenetik; Molekularbiologie und Molekulargenetik; Molekularbiologie, zentrales Dogma von; Virale Genetik

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