Carl Richard Woese ( / ˈw 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 arqueas (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 del 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 en Urbana-Champaign . [9] [10] [11]
Woese nació en Syracuse, Nueva York, el 15 de julio de 1928. Su familia era germano-estadounidense . Woese asistió a la Academia Deerfield en Massachusetts . Recibió una licenciatura en matemáticas y física del 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 plantas y animales" hasta que William M. Fairbank , entonces profesor asistente de física en Amherst, le aconsejó que estudiara 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. [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 General Electric en Schenectady, Nueva York . [13] [16] En 1964, Woese se unió a la facultad de microbiología de la Universidad de Illinois en 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 en Urbana-Champaign , que fue rebautizado en su honor en 2015, después de su muerte. [16]
Woese murió el 30 de diciembre de 2012, a raíz de complicaciones de un cáncer de páncreas , dejando como sobrevivientes a su esposa Gabriella y un hijo y una hija. [17] [18] [19]
Woese dirigió su atención al código genético mientras montaba su laboratorio en el Laboratorio Knolls de General Electric en el otoño de 1960. [14] El interés entre los físicos y biólogos moleculares había comenzado a concentrarse en descifrar la correspondencia entre los veinte aminoácidos y el alfabeto de cuatro letras de las bases de los 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. [1] Woese publicó una serie de artículos sobre el tema. En uno de ellos, 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 de último momento. [1]
En 1962, Woese pasó varios meses como investigador visitante en el Instituto Pasteur de París , un lugar de intensa actividad en la biología molecular de la expresión y 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 con titularidad inmediata a partir del otoño de 1964. [14] Con la libertad de perseguir 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 podrían haber evolucionado las asignaciones de codones y su traducción en una secuencia de aminoácidos. [14] [22]
Durante gran parte del siglo XX, los procariotas fueron considerados un único 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 un 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 los organismos; sin embargo, eran 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 procariota común (implícito en la raíz griega πρό (pro-), antes, delante de). [24] [26]
En 1977, Woese y George E. Fox refutaron experimentalmente esta hipótesis universalmente aceptada 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 comprendían "un tercer reino" de la vida tan distinto de las bacterias como las plantas y los animales. [6] Habiendo definido a Archaea como un nuevo "reino" (posteriormente dominio ) que no eran ni bacterias ni eucariotas, Woese rediseñó 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 . [4]
La aceptación de la validez de la clasificación filogenéticamente válida de Woese fue un proceso lento. Biólogos prominentes, entre ellos Salvador Luria y Ernst Mayr, objetaron su división de los procariotas. [28] [29] No todas las críticas hacia él se limitaron al nivel científico. Una década de laboriosa catalogación de oligonucleótidos le dejó una reputación de "chiflado", y Woese sería apodado como "el revolucionario marcado por las cicatrices de la microbiología" por un artículo de prensa publicado en la revista Science . [7] El creciente cuerpo de datos de apoyo llevó a la comunidad científica a aceptar las arqueas 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 las arqueas 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 arqueas eran organismos extremos que evolucionaron a partir de microorganismos más familiares para nosotros. Ahora, la mayoría cree que son antiguos y pueden tener sólidas conexiones evolutivas con los primeros organismos de la Tierra. [30] Organismos similares a las arqueas que existen en entornos extremos pueden haberse desarrollado en otros planetas, algunos de los cuales albergan condiciones propicias para la vida extremófila . [31]
Cabe destacar que la explicación que hace Woese del árbol de la vida muestra la abrumadora diversidad de linajes microbianos: los organismos unicelulares representan la gran mayoría de la diversidad genética, metabólica y de nichos 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 por aclarar la evolución y la diversidad de los microbios proporcionaron un servicio invaluable a los ecologistas y conservacionistas . Fue una importante contribución 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 abarcan 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, ha proporcionado un sistema de clasificación filogenéticamente válido 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 produjo 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 progenotas , fueron imaginados como protocélulas con una complejidad muy baja 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 aparato de traducción temprano 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 fueron 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 los genes propios de un individuo. [33]
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. [37] Trabajó en análisis detallados de las filogenias de las aminoacil-ARNt 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 (arqueales, eubacterianas y eucariotas) evolucionaron a partir de un estado ancestral en el mundo del ARN . [13]
Woese compartió sus pensamientos sobre el pasado, el presente y el futuro de la biología en Current Biology : [12]
Las "cuestiones importantes" a las que se enfrenta la biología del siglo XXI se derivan todas de una única cuestión: la naturaleza y la generación de la organización biológica ... Sí, Darwin ha vuelto, pero en compañía de... científicos que pueden ver mucho más profundamente en la biología de lo que era posible hasta ahora. Ya no se trata de una visión de la evolución basada en "10.000 especies de aves", es decir, la evolución vista como una procesión de formas. Ahora nos interesa el proceso de la evolución en sí. [12]
En mi opinión, la cuestión de la organización biológica está tomando hoy dos direcciones importantes. La primera es la evolución de la organización celular (proteínica), que incluye cuestiones secundarias como la evolución del aparato de traducción y del código genético, y el origen y la naturaleza de las jerarquías de control que afinan y relacionan con precisión la panoplia de procesos celulares que constituyen las células. También incluye la cuestión del número de diferentes tipos básicos de células que existen en la Tierra hoy: ¿todas las células modernas provienen de una única organización celular ancestral? [12]
La segunda dirección importante se refiere a la naturaleza del ecosistema global... Las bacterias son los principales organismos de este planeta, en número, en masa total y en importancia para el equilibrio global. Por lo tanto, es la ecología microbiana la que... más necesita desarrollarse, tanto en términos de los hechos necesarios para comprenderla como en términos del marco en el que interpretarlos. [12]
Woese consideraba que la biología tenía un papel "de suma importancia" en la sociedad. En su opinión, la biología debería servir a un propósito más amplio que la búsqueda de un "medio ambiente diseñado": [12]
Lo que se reconoció formalmente en física debe reconocerse ahora en biología: la ciencia cumple una doble función. Por un lado, es servidora de la sociedad, y se ocupa de los problemas aplicados que ésta plantea. Por otro, funciona como maestra de la sociedad, ayudándola a comprender su mundo y a sí misma. Esta última función es la que hoy en día está prácticamente ausente. [12]
Woese fue becario MacArthur en 1984, fue nombrado miembro de la Academia Nacional de Ciencias en 1988, recibió la Medalla Leeuwenhoek (el máximo honor en 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 Americana 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] llevan su nombre en su honor.
El microbiólogo Justin Sonnenburg de la Universidad de Stanford afirmó: "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]
En relación con el 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". [46]
Carl Woese, un 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 en Urbana, Illinois. Tenía 84 años. ...