CARL WOESE: BIOGRAFIE, TAXONOMIE, ANDERE BIJDRAGEN, WERKEN - ARTE - 2025

Carl Woese (1928-2012) was een bekende Amerikaanse microbioloog wiens werk een revolutie teweegbracht in het begrip van de microbiële wereld, evenals de manier waarop we de relaties van al het leven op aarde waarnemen.

Meer dan welke andere onderzoeker dan ook, richtte Carl Woese de aandacht van de wetenschappelijke wereld op een ongrijpbare maar dominante microbiële wereld. Door hun werk konden we een koninkrijk kennen en analyseren dat veel verder gaat dan pathogene bacteriën.

Carl Richard Woese was een Amerikaanse microbioloog wiens werk een revolutie teweegbracht in het begrip van de microbiële wereld. Bron: Don Hamerman

Door zijn werken ontwikkelde Woese een begrip van de ontwikkeling van het leven; Dit werd bereikt door de opeenvolging van genen van levende wezens, waarmee wordt aangetoond dat de evolutionaire geschiedenis terug te voeren is op een gemeenschappelijke voorouder.

Bovendien ontdekte Woese tijdens dit onderzoek het derde domein van het leven dat bekend staat als de archaea.

Biografie

Carl Richard Woese werd in 1928 geboren in Syracuse, New York. Hij studeerde wiskunde en natuurkunde aan Amherst College in Massachusetts en behaalde een PhD. in biofysica aan de Yale University in 1953.

Woese kreeg zijn opleiding van vooraanstaande onderzoekers en Nobelprijswinnaars, zoals zijn gediplomeerde instructeur, de biofysicus Ernest Pollard, die zelf een leerling was van de Nobelprijswinnaar natuurkunde James Chadwick.

Woese's interesse in de oorsprong van de genetische code en ribosomen ontwikkelde zich terwijl hij werkte als biofysicus bij het General Electric Research Laboratory. Later, in 1964, nodigde de Amerikaanse moleculair bioloog Sol Spiegelman hem uit om lid te worden van de faculteit van de Universiteit van Illinois, waar hij bleef tot aan zijn dood (2012).

Woese's menselijke kant

Volgens zijn naaste collega's was Woese zeer toegewijd aan zijn werk en was hij zeer verantwoordelijk voor zijn onderzoek. Velen zeggen echter dat de microbioloog plezier had tijdens zijn werk. Bovendien beschreven zijn klasgenoten hem als een briljant, vindingrijk, eerlijk, genereus en nederig persoon.

Prijzen en onderscheidingen

Gedurende zijn jarenlange onderzoek ontving hij vele prijzen en onderscheidingen, zoals de MacArthur Fellowship. Hij was ook lid van de National Academy of Sciences van de Verenigde Staten en de Royal Society.

In 1992 ontving Woese de Leeuwenhoek-medaille van de Koninklijke Nederlandse Academie van Wetenschappen - beschouwd als de hoogste onderscheiding in de microbiologie - en in 2002 ontving hij de Amerikaanse National Medal of Science.

Evenzo ontving hij in 2003 de Crafoord-prijs van de Koninklijke Zweedse Academie voor Wetenschappen in Biowetenschappen, een prijs die parallel loopt aan de Nobelprijs.

Wetenschappelijke vooruitgang bepalen voor de visie van Woese

In de jaren zeventig classificeerde de biologie levende wezens in vijf grote koninkrijken: planten, dieren, schimmels, prokaryoten (of bacteriën), eenvoudige cellen zonder interne structuur en eukaryoten die wel een kern en andere componenten in hun cellen hebben. .

Door de vooruitgang in de moleculaire biologie kon Woese echter op een andere manier naar de grondbeginselen van het leven op aarde kijken. Op deze manier toonde hij aan dat het leven in elk van de vijf koninkrijken dezelfde basis heeft, evenals dezelfde biochemie en dezelfde genetische code.

De genetische code

Na de ontdekking van nucleïnezuren, deoxyribonucleïnezuur (DNA) en ribonucleïnezuur (RNA), werd vastgesteld dat de genetische code is opgeslagen in deze twee macromoleculen. Een essentieel kenmerk van DNA en RNA is dat ze bestaan ​​uit herhalingen van kleinere moleculen die bekend staan ​​als nucleotiden.

Hierdoor kon worden vastgesteld dat de grote diversiteit van het leven te wijten is aan de verschillen in de componenten van de nucleotiden van deze twee moleculen.

In dit opzicht waren Woese's bijdragen over het begrijpen en bepalen van de structuur van RNA essentieel. Na deze onderzoeken te hebben uitgevoerd, raakte Woese vooral geïnteresseerd in de studie van de evolutie van de genetische code.

Moleculaire taxonomie

Carl Woese bestudeerde een bepaalde set genetische informatie die werd aangetroffen in zogenaamd 16s mitochondriaal RNA. De genetische sequentie van dit RNA heeft de eigenaardigheid dat het voorkomt in de genomen van alle levende wezens en sterk geconserveerd is, wat betekent dat het langzaam is geëvolueerd en kan worden gebruikt om evolutionaire veranderingen gedurende een lange tijd te volgen.

Om RNA te bestuderen, gebruikte Woese nucleïnezuursequentie-technologie, die in de jaren zeventig nog erg primitief was. Hij vergeleek de ribosomale RNA (rRNA) -sequenties van verschillende organismen, voornamelijk bacteriën en andere micro-organismen.

Later, in 1977, publiceerde hij samen met George Fox de eerste wetenschappelijk onderbouwde fylogenetische levensboom. Dit is een kaart die de grootschalige organisatie van het leven en het verloop van de evolutie laat zien.

De drie domeinen

Het evolutiemodel dat vóór Woese's werk werd gebruikt, gaf aan dat levende wezens werden ingedeeld in twee grote groepen: prokaryoten en eukaryoten. Bovendien wees hij erop dat prokaryoten aanleiding gaven tot modernere eukaryoten.

Woese heeft echter de sequentie bepaald en de rRNA-genen van verschillende levende wezens vergeleken en ontdekt dat hoe groter de variatie in de gensequentie van twee organismen, hoe groter hun evolutionaire divergentie.

Door deze bevindingen kon hij de drie evolutionaire lijnen voorstellen, domeinen genaamd: Bacteria en Archaea (die prokaryote cellen vertegenwoordigen, dat wil zeggen zonder kern), en Eukarya (eukaryote cellen, met een kern).

Archaeas vertegenwoordigen prokaryote cellen, dat wil zeggen zonder kern. Bron: Kaden 11a

Op deze manier stelde Woese vast dat het concept van prokaryoten geen fylogenetische rechtvaardiging had en dat eukaryoten niet afkomstig waren van bacteriën, maar een zustergroep zijn van archaea.

De fylogenetische levensboom

De drie domeinen werden weergegeven in een fylogenetische boom, waar evolutionaire verschillen worden getoond. In deze boom is de afstand tussen twee soorten - getekend langs de lijnen die ze verbinden - evenredig met het verschil in hun rRNA.

Evenzo zijn degenen die ver van elkaar verwijderd zijn in de boom meer verre verwanten en door een grote hoeveelheid gegevens te combineren, is het mogelijk om de relaties tussen soorten te schatten en te bepalen wanneer de ene lijn van de andere afwijkt.

Andere bijdragen

Woese's werken en bevindingen hadden een diepgaande invloed op de manier om de ontwikkeling van de microbiële ecologie van de aarde en het menselijk lichaam te begrijpen; zelfs buiten de aardse heerschappijen.

Bijdragen aan de ecologie van de aarde

Microbiële ecosystemen vormen de basis van de biosfeer van de aarde, en voordat Woese's sequentie-gebaseerde fylogenetische raamwerk werd ontwikkeld, was er geen zinvolle manier om de relaties van de microben in de natuurlijke wereld te beoordelen.

Woese's ontdekking toonde aan dat al het leven op aarde afstamt van een voorouderlijke staat die 3,8 miljard jaar geleden bestond, met de sleutelelementen van de moderne cel al gevestigd.

Op deze manier werd de discipline van de microbiële ecologie van een stervende toestand naar een van de meest levendige gebieden van de biologie gestuwd met belangrijke vertakkingen voor de geneeskunde, zoals aangetoond door het Human Microbiome Project.

Human Microbiome Project

Het Human Microbiome Project werd in 2008 voorgesteld door het National Institute of Health of the United States (NIH), de fundamentele basis van dit project zijn de bevindingen van Woese.

Het hoofddoel van dit geweldige initiatief is om de microbiële gemeenschappen die aanwezig zijn in het menselijk lichaam te identificeren en te karakteriseren en om de correlaties te zoeken tussen de dynamiek van microbiële populaties, de menselijke gezondheid en ziekten.

Exobiologie

Exobiology probeert de geschiedenis te reconstrueren van de processen en gebeurtenissen die betrokken zijn bij de transformaties van biogene elementen, vanaf hun oorsprong in nucleosynthese tot hun deelname aan de darwinistische evolutie in het zonnestelsel.

Bijgevolg behandelt exobiologie de fundamentele aspecten van de biologie door middel van een studie van het leven buiten de aarde. Er ontstaat dan een algemene theorie voor de evolutie van levende systemen uit levenloze materie.

Woese's concepten werden door NASA opgenomen in zijn exobiologieprogramma en in de filosofieën van zijn programma's voor de missies die in 1975 naar Mars werden gelanceerd om te zoeken naar tekenen van leven.

Belangrijkste werken

Zijn belangrijkste werken staan ​​hieronder vermeld:

- Evolutie van macromoleculaire complexiteit (1971), waar een uniform model voor de evolutie van macromoleculaire complexiteit wordt gepresenteerd.

- Bacteriële evolutie (1987). Dit werk is een historische beschrijving van hoe de relatie tussen microbiologie en evolutie de concepten over de oorsprong van soorten op aarde begint te veranderen.

- De universele voorouder (1998). Het beschrijft de universele voorouder als een diverse gemeenschap van cellen die overleeft en evolueert als een biologische eenheid.

- Interpretatie van de universele fylogenetische boom (2000). Dit werk verwijst naar hoe de universele fylogenetische boom niet alleen al het bestaande leven omvat, maar de wortel ervan vertegenwoordigt het evolutieproces vóór de opkomst van de huidige celtypen.

- Over de evolutie van cellen (2002). In dit werk presenteert Woese een theorie voor de evolutie van celorganisatie.

- Een nieuwe biologie voor een nieuwe eeuw (2004). Het is een uitspraak over de noodzaak van een verandering in de benaderingen van de biologie in het licht van de nieuwe bevindingen van de levende wereld.

- Collectieve evolutie en de genetische code (2006). Presenteert een dynamische theorie voor de evolutie van de genetische code.

Referenties

1. Woese C, Fox GE. (1977). Fylogenetische structuur van het prokaryotische domein: de primaire koninkrijken. Opgehaald op 11 november van: ncbi.nlm.nih.gov
2. Woese C. (2004). Een nieuwe biologie voor een nieuwe eeuw. Microbiologie en moleculaire biologie beoordelingen. Opgehaald op 12 november van: ncbi.nlm.nih.gov
3. Rummel J. (2014). Carl Woese, Dick Young en de wortels van astrobiologie. Opgehaald op 13 november van: ncbi.nlm.nih.gov
4. Goldenfeld, N., Pace, N. (2013). Carl R. Woese (1928-2012). Opgehaald op 13 november van: science.sciencemag.org
5. Human Microbiome Project, HMP. Opgehaald op 13 november van: hmpdacc.org.
6. Dick S, Strick J. (2004). Het levende universum: NASA en de ontwikkeling van astrobiologie. Opgehaald op 12 november vanuit: Google Scholar
7. Klein H. (1974). Geautomatiseerde experimenten voor levensdetectie voor de Viking-missie naar Mars. Opgehaald op 12 november van: nlm.nih.gov