Carl Woese ( / ˈ w oʊ z / ; [3] 15 de julio de 1928 - 30 de diciembre de 2012) fue un microbiólogo y biofísico estadounidense . Woese es famoso por definir las Archaea (un nuevo dominio de la vida) en 1977 a través de una taxonomía filogenética pionera del ARN ribosómico 16S , una técnica que ha revolucionado la microbiología. [4] [5] [6] [7] También originó la hipótesis del mundo ARN en 1967, aunque no con ese nombre. [8] Woese ocupó la cátedra Stanley O. Ikenberry y fue profesor de microbiología en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign . [9] [10] [11]
Carl Richard Wösenkraft nació en Syracuse, Nueva York, el 15 de julio de 1928. Su familia era germanoamericana . Woese asistió a la Academia Deerfield en Massachusetts . Recibió una licenciatura en matemáticas y física de Amherst College en 1950. Durante su estancia en Amherst, Woese tomó sólo un curso de biología (Bioquímica , en su último año) y no tenía "ningún interés científico en plantas y animales" hasta que William se lo recomendó. M. Fairbank , entonces profesor asistente de física en Amherst, para estudiar biofísica en Yale . [12]
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 . [13] [14] Estudió medicina en la Universidad de Rochester durante dos años, y lo dejó dos días después de una rotación de pediatría . [14] Luego se convirtió en investigador postdoctoral en biofísica en la Universidad de Yale investigando esporas bacterianas. [15] De 1960 a 1963, trabajó como biofísico en el Laboratorio de Investigación de General Electric en Schenectady, Nueva York . [13] [16] En 1964, Woese se unió a la facultad de microbiología de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, donde se centró en Archaea, genómica y evolución molecular como sus áreas de especialización. [11] [13] [16] Se convirtió en profesor en el Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign , que pasó a llamarse en su honor en 2015, después de su muerte. [dieciséis]
Woese murió el 30 de diciembre de 2012, tras complicaciones de un cáncer de páncreas , dejando como supervivientes a su esposa Gabriella y a un hijo y una hija. [17] [18] [19]
Woese centró su atención en el código genético mientras instalaba su laboratorio en el Laboratorio Knolls de General Electric en el otoño de 1960. [14] El interés entre físicos y biólogos moleculares había comenzado a fusionarse en torno a descifrar la correspondencia entre los veinte aminoácidos y el alfabeto de cuatro letras de bases de ácidos nucleicos en la década posterior al descubrimiento de la estructura del ADN por James D. Watson , Francis Crick y Rosalind Franklin en 1953. [1] 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 basándose en sus respectivas proporciones de pares de bases . [20] 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 . [14] [21] Otros trabajos establecieron la base mecanicista de la traducción de proteínas, pero en opinión de Woese, pasaron por alto en gran medida los orígenes evolutivos del código genético como una ocurrencia tardía. [1]
En 1962, Woese pasó varios meses como investigador visitante en el Instituto Pasteur de París , un lugar de intensa actividad sobre la biología molecular de la expresión y la regulación genética. [14] 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. [14] 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, preguntando cómo podrían haber evolucionado las asignaciones de codones y su traducción a una secuencia de aminoácidos. [14] [22]
Durante gran parte del siglo XX, los procariotas fueron considerados como un solo grupo de organismos y clasificados en función de su bioquímica , morfología y metabolismo . En un artículo muy influyente de 1962, Roger Stanier y CB 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 núcleo celular . [23] [24] Adaptado de la generalización de Édouard Chatton , el concepto de Stanier y Van Niel fue rápidamente aceptado como la distinción más importante entre organismos; sin embargo, se mostraron escépticos ante los intentos de los microbiólogos de construir una clasificación filogenética natural de las bacterias. [25] Sin embargo, se asumió generalmente que toda la vida compartía un ancestro procariótico común (implícito en la raíz griega πρό (pro-), antes, frente a). [24] [26]
En 1977, Carl Woese y George E. Fox refutaron experimentalmente esta hipótesis universal sobre la estructura básica del árbol de la vida . [27] Woese y Fox descubrieron un tipo de vida microbiana a la que llamaron “arqueobacterias” ( Archaea ). [6] Informaron que las arqueobacterias constituían "un tercer reino" de vida tan distinto de las bacterias como las plantas y los animales. [6] 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 más que en obvias similitudes morfológicas, dividió la vida en 23 divisiones principales, incorporadas dentro de tres dominios: Bacteria , Archaea y Eucarya . [4]
La aceptación de la validez de la clasificación filogenéticamente válida de Woese fue un proceso lento. Destacados biólogos, entre ellos Salvador Luria y Ernst Mayr, se opusieron a su división de los procariotas. [28] [29] No todas las críticas hacia él se restringieron al nivel científico. Una década de laboriosa catalogación de oligonucleótidos le dejó una reputación de "maniático", y un artículo impreso en la revista Science apodó a Woese como "el revolucionario marcado por la microbiología" . [7] El creciente conjunto de datos de respaldo llevó a la comunidad científica a aceptar las Archaea a mediados de la década de 1980. [14] Hoy en día, pocos científicos se aferran a la idea de un Prokarya unificado.
El trabajo de Woese sobre 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 las Archaea eran organismos extremos que evolucionaron a partir de microorganismos que nos son más familiares. Ahora, la mayoría cree que son antiguos y que pueden tener sólidas conexiones evolutivas con los primeros organismos de la Tierra. [30] 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 . [31]
En particular, la explicación de Woese sobre el árbol de la vida 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. [32] Como los microbios son cruciales para muchos ciclos biogeoquímicos y para el funcionamiento continuo 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 contribución importante a la teoría de la evolución y a nuestro conocimiento de la historia de la vida. [1]
Woese escribió: "Mis preocupaciones evolutivas se centran en las bacterias y las arqueas, cuyas evoluciones cubren la mayor parte de los 4.500 millones de años de historia del planeta. Utilizando la secuencia del ARN ribosómico como medida evolutiva, mi laboratorio ha reconstruido la filogenia de ambos grupos y, por lo tanto, "proporcionó un sistema filogenéticamente válido de clasificación para los procariotas. El descubrimiento de las arqueas fue de hecho un producto de estos estudios". [13]
Woese también especuló sobre una era de rápida evolución en la que se producía una considerable transferencia horizontal de genes entre organismos. [27] [33] 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 con muy baja complejidad debido a su aparato de traducción propenso a errores. ("canal de transmisión genética ruidoso"), que produjo altas tasas de mutación que limitaron la especificidad de la interacción celular y el tamaño del genoma. [34] [35] Este primer aparato de traducción habría producido un grupo de proteínas estructuralmente similares y funcionalmente equivalentes, en lugar de una sola proteína. [27] 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. [33] [36]
La transición a las células modernas (el " umbral darwiniano ") se produjo cuando los organismos desarrollaron mecanismos de traducción con niveles modernos de fidelidad: un rendimiento mejorado permitió que la organización celular alcanzara un nivel de complejidad y conectividad que hizo que los genes de otros organismos fueran mucho menos capaces de desplazar el de un individuo. propios genes. [33]
En años posteriores, el trabajo de Woese se concentró en el análisis genómico para dilucidar la importancia de la transferencia horizontal de genes (THG) para la evolución. [37] 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. [38] El objetivo de la investigación era explicar cómo los tipos de células primarias (arqueas, eubacterianas y eucariotas) evolucionaron a partir de un estado ancestral en el mundo del ARN . [13]
Woese compartió sus pensamientos sobre el pasado, presente y futuro de la biología en Current Biology : [12]
Las "cuestiones importantes" que enfrenta la biología del siglo XXI surgen todas de una única cuestión: la naturaleza y generación de la organización biológica . . . . Sí, Darwin ha vuelto, pero en compañía de. . . científicos que pueden ver mucho más profundamente en las profundidades de la biología de lo que era posible hasta ahora. Ya no se trata de una visión de la evolución basada en las "10.000 especies de pájaros": la evolución vista como una procesión de formas. La preocupación ahora es el proceso de evolución en sí. [12]
Veo que la cuestión de la organización biológica toma hoy dos direcciones destacadas. La primera es la evolución de la organización celular (proteica), que incluye subcuestiones como la evolución del aparato de traducción y el código genético, y el origen y naturaleza de las jerarquías de control que afinan y interrelacionan con precisión la panoplia de Procesos celulares que constituyen las células. También incluye la cuestión del número de diferentes tipos de células básicas que existen hoy en la Tierra: ¿provienen todas las células modernas de una única organización celular ancestral? [12]
La segunda dirección importante tiene que ver con la naturaleza del ecosistema global. . . . Las bacterias son los principales organismos de este planeta: en número, en masa total y en importancia para los equilibrios globales. Por tanto, es la ecología microbiana la que. . . es el que más necesita desarrollo, tanto en términos de los hechos necesarios para comprenderlo como en términos del marco en el cual interpretarlos. [12]
Woese consideraba que la biología tenía un papel "muy importante" en la sociedad. En su opinión, la biología debería servir a un propósito más amplio que la búsqueda de "un entorno diseñado": [12]
Lo que se reconoció formalmente en física ahora necesita ser reconocido en biología: la ciencia cumple una doble función. Por un lado, es un servidor de la sociedad y ataca los problemas aplicados que plantea la sociedad. Por otro lado, funciona como maestro de la sociedad, ayudándola a comprender su mundo y a sí misma. Es esta última función la que efectivamente falta hoy en día. [12]
Woese fue miembro de MacArthur en 1984, fue nombrado miembro de la Academia Nacional de Ciencias en 1988, recibió la Medalla Leeuwenhoek (el máximo honor de la microbiología) en 1992, el Premio Selman A. Waksman en Microbiología en 1995 de la Academia Nacional de Ciencias . [39] 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". [40] [41] Fue elegido miembro de la Sociedad Filosófica Estadounidense en 2004. [42] En 2006, fue nombrado miembro extranjero de la Royal Society . [11]
Muchas especies microbianas, como Pyrococcus woesei , [43] Methanobrevibacter woesei , [44] y Conexibacter woesei , [45] 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, y proporciona un marco evolutivo para la increíble diversidad del mundo microbiano. ". [1]
Con respecto al trabajo de Woese sobre la transferencia horizontal de genes como 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 términos generales que cualquier biólogo en la historia, incluido Darwin ... . Hay mucho más que aprender y él ha estado interpretando la historia emergente de manera brillante". [46]
Carl Woese, biofísico y microbiólogo evolutivo cuyo descubrimiento hace 35 años de un "tercer dominio" de la vida en el vasto reino de los microorganismos alteró la comprensión científica de la evolución, murió el domingo en su casa de Urbana, Illinois. Tenía 84 años. ...