カール・ウーゼ

カール・ウーゼ
2004年のウォーズ
生まれる	( 1928-07-15 )1928年7月15日 ニューヨーク州シラキュース
死亡	2012年12月30日(2012-12-30)（享年84歳） イリノイ州アーバナ
市民権	アメリカ合衆国
母校	アマースト大学 イェール大学
知られている	古細菌の発見
受賞歴	レーウェンフック賞(1992) セルマン A. ワクスマン賞(1995) アメリカ国家科学賞（2000年） クラフォード賞(2003)
科学者としてのキャリア
フィールド	微生物学
機関	イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校
論文	動物ウイルスに関する物理的研究 (1953)
博士課程の指導教員	アーネスト・C・ポラード[1]
著名な学生	デビッド・スタール[2]

カール・リチャード・ウォーズ（Carl Richard Woese / ˈ w oʊ z / ; ^[3] 1928年7月15日 - 2012年12月30日）は、アメリカの微生物学者、生物物理学者。ウォーズは、1977年に16SリボソームRNAの先駆的な系統分類法を通じて、古細菌（生命の新しい領域）を定義したことで有名であり、この技術は微生物学に革命をもたらした。^{[4] [5] [6] [7]}彼はまた、 1967年にRNAワールド仮説を提唱したが、その名前ではなかった。^[8]ウォーズは、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校でスタンレー・O・アイケンベリー教授を務め、微生物学の教授でもあった。^{[9] [10] [11]}

ウォーズは1928年7月15日にニューヨーク州シラキュースで生まれた。彼の家族はドイツ系アメリカ人だった。ウォーズはマサチューセッツ州のディアフィールドアカデミーに通った。彼は1950年にアマースト大学で数学と物理学の学士号を取得した。アマースト大学在学中、ウォーズは生物学のコースを1つ（4年生のときに生化学）しか履修しておらず、「植物や動物に対する科学的関心はなかった」が、当時アマースト大学の物理学助教授だったウィリアム・M・フェアバンクからイェール大学で生物物理学を学ぶよう勧められた。^[12]

1953年、彼はイェール大学で生物物理学の博士号を取得し、博士研究は熱と電離放射線によるウイルスの不活性化に焦点を当てたものでした。^{[13] [14]彼は}ロチェスター大学で2年間医学を学びました。 ^[14]その後、イェール大学で生物物理学のポスドク研究員となり、細菌胞子を調査しました。^[15] 1960年から1963年まで、ニューヨーク州スケネクタディのゼネラル・エレクトリック研究所で生物物理学者として働きました。^{[13] [16]} 1964年、ウォーズはイリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の微生物学教授に加わり、専門分野として古細菌、ゲノミクス、分子進化に焦点を当てました。 ^{[11] [13] [16]}彼はイリノイ大学アーバナ・シャンペーン校のカール・R・ウースゲノム生物学研究所の教授となり、同研究所は彼の死後2015年に彼に敬意を表して改名された。^[16]

ウーゼは膵臓がんの合併症により2012年12月30日に亡くなり、妻のガブリエラと息子と娘が残された。^{[17] [18] [19]}

1960年秋、ゼネラル・エレクトリック社のノルズ研究所に研究室を設立した際、ウォーズは遺伝暗号に注目した。 ^{[14]ジェームズ}・D・ワトソン、フランシス・クリック、ロザリンド・フランクリンが1953年にDNAの構造を発見してから10年の間に、20種類のアミノ酸と核酸塩基の4文字アルファベットの対応関係を解読することに物理学者や分子生物学者の関心が集まり始めた。 ^[1]ウォーズはこのテーマに関する一連の論文を発表した。そのうちの1つで、彼は当時「可溶性RNA」として知られていたものとDNAの塩基対比に基づく対応表を導き出した。^[20]彼はその後、ウイルスが各アミノ酸をコードするのに3塩基ではなく1塩基を使用するという仮説に関連する実験データを再評価し、18種類のコドンを提案し、そのうち1つがプロリンであると正しく予測した。^{[14] [21]}他の研究はタンパク質翻訳のメカニズムの基礎を確立したが、Woeseの見解では、遺伝暗号の進化的起源は後付けとしてほとんど無視されていた。^[1]

1962年、ウォーズはパリのパスツール研究所で客員研究員として数か月を過ごした。パスツール研究所は、遺伝子発現と遺伝子制御の分子生物学に関する活発な研究の拠点である。^[14]パリ滞在中、ウォーズはソル・シュピーゲルマンと出会い、研究目的を聞いた後、イリノイ大学を訪問するよう招待された。この訪問で、シュピーゲルマンはウォーズに、 1964年秋から即任職となるポジションを提供した。^[14]生物学研究の主流から外れて、より思索的な探究を辛抱強く追求する自由を得たウォーズは、遺伝暗号を進化論の観点から考察し、コドンの割り当てとアミノ酸配列への翻訳がどのように進化してきたのかを問い始めた。^{[14] [22]}

20 世紀の大半、原核生物は単一の生物群とみなされ、生化学、形態、代謝に基づいて分類されていました。1962 年に発表された非常に影響力のあった論文で、ロジャー・スタニエとCB ヴァン・ニールは、細胞組織を原核生物と真核生物に分けるという概念を初めて確立し、原核生物を細胞核を持たない生物と定義しました。^{[23] [24]}エドゥアール・シャトンの一般化を応用したスタニエとヴァン・ニールの概念は、生物の中で最も重要な区別としてすぐに受け入れられましたが、それでも彼らは微生物学者が細菌の自然な系統分類を構築しようとする試みに懐疑的でした。 ^{[25]しかし、すべての生命は共通の原核生物 (}ギリシャ語の語源 πρό (pro-)、前に、前にある) の祖先を共有していると一般に考えられました。 ^{[24] [26]}

1977年、ウォーズとジョージ・E・フォックスは、生命の樹の基本構造に関するこの普遍的な仮説を実験的に反証した。^{[27]ウォーズとフォックスは、彼らが「古細菌」（}アーキア）と呼ぶ一種の微生物を発見した。^[6]彼らは、古細菌は、植物や動物と同様に細菌とは異なる「第三の界」を構成すると報告した。^[6]ウォーズは、細菌でも真核生物でもない新しい「ウルクダム」（後のドメイン）としてアーキアを定義し、分類学上の樹形図を書き直した。彼の3ドメインシステムは、明らかな形態学的類似性ではなく系統発生上の関係に基づいており、細菌、古細菌、真核生物の3つのドメインに組み込まれた23の主要な部門に生命を分類した。^[4]

ウォーズの系統学的に妥当な分類の妥当性が受け入れられるまでには長い時間がかかった。サルバドール・ルリアやエルンスト・マイヤーなどの著名な生物学者は、ウォーズによる原核生物の分類に反対した。^{[28] [29]}ウォーズに対する批判は、科学的なレベルに限られていたわけではない。10年間に及ぶ労働集約的なオリゴヌクレオチドの分類作業により、ウォーズは「偏屈者」という評判を落とし、サイエンス誌に掲載されたニュース記事ではウォーズが「微生物学の傷ついた革命家」と称されることになった。^[7]裏付けとなるデータが増えていき、科学界は1980年代半ばまでに古細菌を受け入れるに至った。^[14]今日、統一された原核生物という考えに固執する科学者はほとんどいない。

ウォーズの古細菌に関する研究は、他の惑星での生命の探索にも重要な意味を持っています。ウォーズとフォックスの発見以前は、科学者たちは古細菌は私たちに馴染みのある微生物から進化した極限生物であると考えていました。現在では、ほとんどの科学者が古細菌は古代のものであり、地球上の最初の生物と強力な進化的つながりがあると考えています。^[30]極限環境に存在する古細菌に似た生物は、他の惑星でも発達した可能性があり、その一部は極限環境生物に適した条件を備えています。^[31]

注目すべきことに、ウォーズによる生命の樹の解明は、微生物の系統の圧倒的な多様性を示しています。単細胞生物は、生物圏の遺伝的、代謝的、生態学的ニッチの多様性の大部分を占めています。^[32]微生物は多くの生物地球化学的循環と生物圏の継続的な機能にとって非常に重要であるため、微生物の進化と多様性を明らかにしようとするウォーズの努力は、生態学者と自然保護論者に非常に貴重な貢献をしました。それは進化論と生命の歴史に関する私たちの知識への大きな貢献でした。 ^[1]

ウォーズ氏は「私の進化論的関心は、地球の45億年の歴史のほとんどを網羅する細菌と古細菌に集中している。私の研究室では、リボソームRNA配列を進化の尺度として使い、両グループの系統発生を再構築し、それによって原核生物の系統発生的に有効な分類体系を提供した。古細菌の発見は、実際、これらの研究の成果であった」と書いている。^[13]

ウォーズはまた、生物間でかなりの水平遺伝子伝達が起こった急速な進化の時代についても推測した。 ^{[27] [33]}ウォーズとフォックスが1977年の論文で初めて記述し、1980年の論文で微生物学者ジェーン・ギブソンとさらに研究したこれらの生物、またはプロゲノートは、エラーを起こしやすい翻訳装置（「ノイズの多い遺伝子伝達経路」）のために複雑性が非常に低い原始細胞として想像された。この翻訳装置は突然変異率が高く、細胞相互作用の特異性とゲノムのサイズを制限した。^{[34] [35]}この初期の翻訳装置は、単一のタンパク質ではなく、構造的に類似し、機能的に同等なタンパク質のグループを生成したと思われる。^[27]さらに、この特異性の低下により、すべての細胞成分が水平遺伝子伝達の影響を受けやすく、急速な進化が生態系レベルで起こった。^{[33] [36]}

現代の細胞への移行（「ダーウィンの閾値」）は、生物が現代の忠実度レベルの翻訳機構を進化させたときに起こりました。性能の向上により、細胞組織は複雑さと連結性のレベルに達し、他の生物の遺伝子が個体自身の遺伝子を置き換えることがはるかに困難になりました。^[33]

後年、ウォーズの研究はゲノム解析に集中し、進化における水平遺伝子移動（HGT）の重要性を解明した。^[37]彼は、アミノアシルtRNA合成酵素の系統発生と、水平遺伝子移動が生物間でのこれらの主要酵素の分布に与える影響の詳細な解析に取り組んだ。^{[38]この研究の目的は、主要な細胞型（古細菌、真正細菌、真核生物）が}RNAワールドの祖先状態からどのように進化したかを説明することであった。^[13]

ウォーズ氏はCurrent Biology誌で生物学の過去、現在、未来についての考えを次のように述べている。^[12]

21 世紀の生物学が直面する「重要な問題」はすべて、生物組織の性質と発生という 1 つの問題から生じています。そうです、ダーウィンは戻ってきましたが、生物学の深みをこれまでよりもずっと深く見通せる科学者たちとともに戻ってきました。進化はもはや「10,000 種の鳥」という見方ではなく、進化を形態の連続として捉えるものではありません。今や関心は進化のプロセスそのものにあります。^[12]

生物組織に関する疑問は、今日、2つの大きな方向に向かっていると私は考えています。1つ目は（タンパク質の）細胞組織の進化です。これには、翻訳装置や遺伝コードの進化、細胞を構成するさまざまな細胞プロセスを微調整し、正確に相互に関連させる制御階層の起源と性質などのサブ質問が含まれます。また、今日の地球上に存在するさまざまな基本細胞タイプの数に関する疑問も含まれます。現代のすべての細胞は、単一の祖先細胞組織から来たのでしょうか？^[12]

2番目の主要な方向性は、地球の生態系の性質に関係しています。…細菌は、数、総質量、地球全体のバランスにおける重要性の点で、この惑星上の主要な生物です。したがって、微生物生態学は、理解するために必要な事実の面でも、それを解釈するための枠組みの面でも、最も発展を必要としています。^[12]

ウォーズは生物学が社会において「極めて重要な」役割を担っていると考えていた。彼の見解では、生物学は「人工的な環境」の追求よりも広い目的を果たすべきである。^[12]

物理学で正式に認識されていたことが、生物学でも認識される必要がある。科学は二重の機能を果たす。一方では社会の奉仕者として、社会が提起する応用問題に取り組む。他方では、社会の教師として機能し、社会が世界と社会自身を理解するのを助ける。今日、事実上失われているのは後者の機能である。^[12]

ウォーズは1984年にマッカーサーフェローに選ばれ、 1988年に米国科学アカデミーの会員となり、 1992年にレーウェンフック賞（微生物学の最高栄誉）を受賞、 1995年に米国科学アカデミーからセルマン・A・ワクスマン微生物学賞を授与され、^{[39] 2000年には}国家科学賞を受賞した。2003年にはスウェーデン王立科学アカデミーから「生命の第3の領域の発見」によりクラフォード賞を受賞した。 ^{[40] [41]} 2004年にアメリカ哲学協会 に選出された。^{[42] 2006年に}王立協会の外国人会員となった。^[11]

ピロコッカス・ウォエセイ^[43] 、メタノブレビバクター・ウォエセイ[ ^44]、コネキシバクター・ウォエセイ[ ^45]など多くの微生物種が彼にちなんで命名されています。

スタンフォード大学の微生物学者ジャスティン・ゾンネンバーグは「1977年の論文は微生物学、そしておそらく生物学全体において最も影響力のある論文の一つだ。ワトソン、クリック、ダーウィンの論文と並ぶもので、微生物界の驚くべき多様性に対する進化論的枠組みを提供している」と述べた。^[1]

ウォーズの主要な進化過程としての水平遺伝子移動に関する研究について、コロラド大学ボルダー校のノーマン・R・ペース教授は「ウォーズはダーウィンを含め歴史上のどの生物学者よりも生物学に大きな貢献をしたと思う…学ぶべきことはまだまだたくさんあり、彼は新たな物語を鮮やかに解釈している」と述べた。^[46]

• ウォーズ、カール (1967)。遺伝暗号：遺伝子発現の分子的基礎。ニューヨーク：ハーパー＆ロウ。OCLC 293697  。

• Woese , Carl R.; George E. Fox (1977). 「原核生物ドメインの系統学的構造: 主要な界」。米国 科学アカデミー紀要。74 (11): 5088–5090。Bibcode : 1977PNAS ...74.5088W。doi : 10.1073 / pnas.74.11.5088。ISSN 0027-8424。PMC  432104。PMID 270744。 
• Woese, Carl R. (1987 年6月1日)。「細菌の進化」。Microbiological Reviews。51 (  2 ): 221–271。doi :10.1128/ MMBR.51.2.221-271.1987。PMC 373105。PMID 2439888。 
• Woese, Carl R.; O Kandler ; ML Wheelis (1990). 「生物の自然システムに向けて: 古細菌、細菌、真核生物の領域に関する提案」。米国科学アカデミー紀要 。87 ( 12): 4576–4579。Bibcode : 1990PNAS ... 87.4576W。doi : 10.1073 / pnas.87.12.4576。ISSN 0027-8424。PMC  54159。PMID 2112744。 
• Woese, Carl R. (2004 年 6月1日)。「新世紀のための新しい生物学」。Microbiology and Molecular Biology Reviews。68 (2): 173–186。doi  : 10.1128 / MMBR.68.2.173-186.2004。ISSN 1098-5557。PMC  419918。PMID 15187180。 
• Woese, Carl R. (2005) 「進化する生物学的組織」 Jan Sapp (編)微生物の系統学と進化:概念と論争:概念と論争。オックスフォード大学出版局。99～117 ページ。ISBN 9780198037774. 2013年1月4日閲覧。
• Woese, Carl R. (2006). 「細菌と細菌学をどう見るか、どう見ないか、どう見るべきか」。原核生物。pp . 3–23。doi :10.1007/ 0-387-30741-9_1。ISBN 978-0-387-30741-1。
• Woese , Carl R.; Nigel Goldenfeld (2009). 「微生物界はいかにして進化を分子生物学のスキュラと現代総合のカリブディスから救ったか」。微生物学および分子生物学レビュー。73 (1 ) : 14–21。doi :  10.1128 /MMBR.00002-09。PMC 2650883。PMID 19258530。 

• 古細菌
• 細菌門、細菌の主な系統
• ジョージ・E・フォックス
• カール・ステッター
• ノーマン・R・ペイス
• オットー・カンドラー
• 系統学
• 生命の樹（生物学）
• 16SリボソームRNA
• ヴォイセ革命
• ウースの教義

• PubMedにおける著者 Woese CR の検索結果。
• イリノイ大学シャンペーン校のカール・ウーゼ論文
• イリノイ大学カール・R・ウォースゲノム生物学研究所
• Woese のホームページ、Carl R. Woese ゲノム生物学研究所、2017 年 11 月 30 日
• カール R. ウォーズ ゲストブック、カール R. ウォーズ ゲノム生物学研究所、2017 年 11 月 30 日
• ウォーズの「生命の木」に関するドキュメンタリーからの抜粋
• Woese, Carl R. (2005). 「Q & A」. Current Biology . 15 (4): R111–2. doi : 10.1016/j.cub.2005.02.003 . PMID  15723774. S2CID  45434594.