James Alan Shapiro (nacido el 18 de mayo de 1943) es un biólogo estadounidense , experto en genética bacteriana y profesor del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad de Chicago . [4]
Shapiro obtuvo su licenciatura en inglés en la Universidad de Harvard en 1964. [1] [5] Luego, inspirado por un curso de genética que había tomado en su último año, [6] pasó del inglés a la ciencia. Se le concedió una beca Marshall para investigación de posgrado en el Corpus Christi College, Cambridge de 1964 a 1967, pasando su último año en el hospital Hammersmith bajo la supervisión de William Hayes , y recibiendo un doctorado en genética en 1968. Su tesis, La estructura del operón galactosa en Escherichia coli K12 , contiene la primera sugerencia de elementos transponibles en bacterias. Confirmó esta hipótesis en 1968 durante su período postdoctoral como becario Jane Coffin Childs en el laboratorio de François Jacob en el Instituto Pasteur de París.
Como miembro de la Sociedad Americana del Cáncer en el laboratorio de Jon Beckwith en la Facultad de Medicina de Harvard entre 1968 y 1970, él y sus colegas utilizaron manipulaciones genéticas in vivo para clonar y purificar el operón lac de E. coli.
Le preocupaban las posibles aplicaciones de su investigación en la ingeniería genética . [6] [7] [8]
Se desempeñó como profesor invitado en la Escuela de Ciencias Biológicas de la Universidad de La Habana, Cuba 1970-1972, antes de regresar a otro postdoctorado con Harlyn Halvorson en la Universidad Brandeis . [5] Desde 1973, ha trabajado como profesor de microbiología en la Universidad de Chicago.
En 1975, Shapiro asistió al Simposio sobre plásmidos bacterianos del ICN -UCLA Squaw Valley , donde su interés en la reestructuración del ADN en bacterias aumentó al aprender sobre los movimientos de los transposones resistentes a los antibióticos a nuevas ubicaciones genómicas. Esto lo impulsó a organizar, en colaboración con Sankar Adhya y el difunto Ahmed Bukhari, la primera reunión sobre el tema de los elementos de inserción del ADN en el Laboratorio Cold Spring Harbour en 1976. Aunque esperaban solo unos pocos colegas, a la reunión asistieron más de 150 científicos de todo el mundo, incluida Barbara McClintock . McClintock había identificado por primera vez la transposición (transferencia horizontal de genes) (movimiento a una nueva ubicación genómica) de "elementos de control" del ADN en el maíz (maíz dulce) en 1948, descubrimiento por el cual recibió un Premio Nobel en 1983. Shapiro y McClintock continuaron su colaboración hasta su muerte en 1992. [9]
También ha sido profesor visitante en algunas ocasiones, incluyendo una vez como profesor visitante del Premio Darwin en la Universidad de Edimburgo en 1994. [10]
Mientras trabajaba con Beckwith en Harvard, Shapiro fue el autor principal del primer equipo que aisló un solo gen de un organismo. [5] [11] [12] El gen que aislaron fue lacZ , que codifica la enzima β-galactosidasa utilizada por la bacteria E. coli para digerir los azúcares de la leche. Su técnica implicó la transducción para clonar copias opuestas del gen insertadas en dos bacteriófagos transductores especializados, luego mezclar ADN monocatenario de los dos fagos de modo que solo las secuencias bacterianas formaran una doble hélice y, finalmente, usar una nucleasa para degradar las secuencias monocatenarias del fago, dejando solo el ADN bicatenario lacZ . [13]
En un artículo publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias en 1979, Shapiro fue el primero en proponer la transposición replicativa como un mecanismo molecular detallado para la movilidad genética de los elementos transponibles, como el transposón de resistencia a la ampicilina Tn3 y el bacteriófago transpositor Mu. En este modelo, los extremos de los elementos transponibles se unen covalentemente a las secuencias de ADN del sitio objetivo a través de un proceso que forma una estructura intermedia con horquillas de replicación en cada extremo del elemento transpositor, a veces llamado "intermedio de Shapiro". [14]
En otra investigación, Shapiro demostró que las bacterias se organizan espacialmente a medida que crecen en comunidades sobre superficies de agar. Por ejemplo, analizó cómo cada cepa de la bacteria a veces patógena Proteus mirabilis forma su propio patrón de anillos complejos en terrazas mediante la migración periódica de grupos en “enjambre”, una propiedad emergente que puede explicarse mediante reglas matemáticas derivadas por un colaborador físico, Sergei Esipov. Shapiro relacionó esto con otros comportamientos multicelulares complejos, como la caza, la construcción de estructuras protectoras, la propagación de esporas y el sacrificio de bacterias individuales en beneficio de la comunidad más grande. [15] [16] [17] Basándose en este trabajo, Shapiro cree que el comportamiento cooperativo es un concepto organizador fundamental para la actividad biológica en todos los niveles de complejidad. [18]
Propuso el término ingeniería genética natural para explicar cómo se crea la novedad en el curso de la evolución biológica. Algunos lo criticaron [19] [20] [21] [22] y Shapiro respondió a los puntos planteados por sus críticos [23] .
Shapiro sostiene que muchos cambios del genoma que ocurren de forma natural se producen mediante reordenamientos moleculares del ADN similares a los aplicados intencionalmente por los científicos que utilizan técnicas de ingeniería genética desarrolladas en las últimas décadas. Por ejemplo, los elementos transponibles pueden amplificarse y trasladarse a diferentes lugares del genoma. Se ha descubierto que estos cambios del ADN dan lugar a redes genómicas distribuidas para la ejecución de una amplia gama de rasgos complejos en hongos, diatomeas, plantas y animales, como el desarrollo de las flores, el plan corporal de los vertebrados, la reproducción vivípara y el desarrollo del sistema nervioso en varios mamíferos. [24]
Shapiro y Denis Noble establecieron el proyecto The Third Way of Evolution (TWE) en 2014. El TWE, que también se conoce como "Síntesis Integrada", comparte muchas similitudes con la síntesis evolutiva extendida, pero es más extremo en sus afirmaciones. [25] El TWE consiste en un grupo de investigadores que ofrecen una alternativa intermedia de "Tercera Vía" al creacionismo y la síntesis moderna . El TWE predice que la síntesis moderna será reemplazada por un marco evolutivo completamente nuevo. [25] En 2023 se observó que solo una minoría de biólogos evolucionistas apoyan actualmente el TWE. [25]
Shapiro fue elegido miembro de la Phi Beta Kappa en 1963 [26] y fue becario Marshall de 1964 a 1966. [1] Ganó el Premio Darwin como profesor visitante de la Universidad de Edimburgo en 1993. [2] En 1994, fue elegido miembro de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia por "interpretaciones innovadoras y creativas de la genética y el crecimiento bacteriano, especialmente la acción de los elementos genéticos móviles y la formación de colonias bacterianas". [3] [27] Y en 2001, fue nombrado oficial honorario de la Orden del Imperio Británico por su servicio al programa de becas Marshall. [2] En 2014 fue elegido para dar la tercera conferencia anual "Premio Nobel - Robert G. Edwards" [28]
Shapiro editó los libros Mobile Genetic Elements (Academic Press, 1983) y, junto con Martin Dworkin, Bacteria as Multicellular Organisms (Oxford University Press, 1997). Es autor de Evolution: A View from the 21st Century (FT Press Science, 2011, ISBN 978-0-13-278093-3 ).
En 2022, Shapiro publicó una segunda edición muy ampliada y actualizada de Evolution: A View from the 21st Century (Cognition Press, ISBN 978-1-7374987-0-4 ).
Shapiro, Denis Noble, Peter A. Corning y Stuart A. Kauffman escribieron Evolution on "Purpose": Teleonomy in Living Systems en 2023. [29]