Otto Kandler - Otto Kandler

Otto Kandler (23. října 1920 v Deggendorfu - 29. srpna 2017 v Mnichově , Bavorsko ) byl německý botanik a mikrobiolog . Až do svého odchodu do důchodu v roce 1986 byl profesorem botaniky na univerzitě Ludwiga Maximiliana v Mnichově .

Otto Kandler v roce 1983, s molekulárním modelem pseudomureinu ( pseudopeptidoglycan )

Jeho nejdůležitějšími výzkumnými tématy byla fotosyntéza , metabolismus uhlohydrátů rostlin , analýza struktury bakteriálních buněčných stěn ( murein / peptidoglycan ), systematika Lactobacillus a chemotaxonomie rostlin a mikroorganismů. Prezentoval první experimentální důkazy o existenci fotofosforylace in vivo . Jeho objev základních rozdílů mezi buněčnými stěnami bakterií a archea (až do roku 1990 nazývaný „archaebacteria“) jej přesvědčil, že archea představuje autonomní skupinu organismů odlišnou od bakterií. To byl základ pro jeho spolupráci s Carl Woese a stal se zakladatelem výzkumu Archaea v Německu. V roce 1990 společně s Woese navrhl tři oblasti života: Bakterie , Archaea , Eucarya .

Život a vzdělání

Otto Kandler se narodil 23. října 1920 v Deggendorf , Bavorsko , jako 6. dítě v rodině zahradníka trhu. Vyrůstal a pomáhal v zahradě svého otce, brzy se začal zajímat o rostlinný život a přírodu obecně. Navštěvoval školu 8 let. Když mu bylo asi dvanáct let, četl o Charlesi Darwinovi a zmínil se o tom katolickému knězi. Kněz ho potrestal dvěma údery do rukou tyčí. Po celý život se však zajímal o původ a vývoj organismů.

Jeho rodiče si nemohli dovolit platit poplatky za tělocvičnu a on se měl stát zahradníkem nebo se učit jinému řemeslu. Jeho učitelé však přesvědčili jeho rodiče, že jejich talentovaný syn by měl pokračovat ve škole. Navštěvoval tedy „Deutsche Aufbauschule“ v bavorském Straubingu , školu pro vzdělávání budoucích učitelů. Jeho studia však byla přerušena druhou světovou válkou. V roce 1939 musel se svými spolužáky vstoupit do Reichsarbeitsdienst , později musel sloužit v německé armádě jako rozhlasový reportér v Rusku. Na konci války byla jeho skupina převezena do Rakouska. Utekl na kole na západní frontu, aby se vyhnul zajetí Rusy. Poté, co strávil několik měsíců v americkém zajateckém táboře, mu bylo umožněno vrátit se domů. V letech 1945 až 1946 zrekonstruoval otcovu tržnici a vydělal si nějaké peníze pěstováním a prodejem zeleniny, zejména zelí a květin na financování svého života a svých budoucích studií.

Nástěnná mozaika ve velké vstupní hale historické budovy Botanického institutu, Univerzita Ludwiga Maximiliana v Mnichově

Kandler se velmi zajímal o vědu, ale teprve v roce 1946 se mohl zapsat na univerzitu Ludwiga Maximiliana v Mnichově do botaniky , zoologie, geologie, chemie a fyziky. Navštěvoval také přednášky filozofie. Vzhledem k tomu, že velká část univerzity v Mnichově byla bombardována, budovy ústavu byly vážně poškozeny a stále v troskách. Aby byl přijat, musel on a všichni ostatní studenti odstranit trosky a pomoci rekonstruovat budovy. Po třech semestrech našel předmět výzkumu pro svou disertační práci v botanice. Jako první v Německu začal kultivovat izolované rostlinné tkáně in vitro . Pomocí těchto tkáňových kultur studoval například metabolismus a vliv auxinů za definovaných podmínek in vitro , v roce 1949 získal doktorát s vyznamenáním a stal se odborným asistentem botaniky na univerzitě v Mnichově. Po habilitaci v roce 1953 zůstal na univerzitě až do roku 1957. V roce 1953 se oženil s Gertraudem Schäferem, absolventem mikrobiologie. Mají tři dcery a čtyři vnoučata. Za své rané publikace o fotofosforylaci získal štědré vědecké stipendium od Rockefellerovy nadace a v letech 1956/1957 byl schopen jeden rok v USA pracovat na základních otázkách fotosyntézy.

Po svém návratu nebyl Kandler spokojen se špatnými laboratorními podmínkami na univerzitě doma, a tak byl rád, že si v roce 1957 našel místo ředitele Bakteriologického ústavu jihoněmeckého výzkumného střediska mlékárenství ve Freisingu- Weihenstephanu , kde bylo mnoho podmínek. lepší. V roce 1960 byl jmenován řádným profesorem aplikované botaniky na Technické univerzitě v Mnichově , kde byly podmínky pro výzkum v té době ještě špatné. Svou pozici ve Weihenstephanu si tedy udržel souběžně až do roku 1965. V roce 1968 byl jmenován řádným profesorem a vedoucím katedry botaniky na univerzitě Ludwiga Maximiliana v Mnichově , učil a prováděl výzkum až do svého odchodu do důchodu v roce 1986. Jeho široké vědecké zájmy jsou naznačeny podle názvů jeho více než 400 publikací.

Kandler by oslavil 100 th narozeniny dne 23. října 2020. Za tímto Kandler rodiny stoleté dal chronologický sbírku historických botanických knih, mezi nimi i herbáře z 16 -tého a 17 tého století, jako dárek ke knihovně „Regensburgische Botanische Gesellschaft “(založil David Heinrich Hoppe ), který byl zařazen do knihovny Univerzity v Řezně . Prostřednictvím digitalizace budou tyto historické prameny brzy obecně přístupné.

Fyziologie rostlin

Otto Kandler se velmi zajímal o procesy růstu rostlin, fotosyntézu , metabolismus , zejména sacharidů . Jako první v Německu začal pěstovat izolované tkáňové kultury rostlin (např. Stonky, kořeny, klíčky, embrya, mozoly) in vitro za účelem studia metabolismu a účinku auxinů za definovaných podmínek in vitro . Jak bylo uvedeno výše, toto se stalo předmětem jeho disertační práce (summa cum laude) v roce 1949.

Ve svém příspěvku „Historické pohledy na dotazy týkající se fotofosforylace“ Kandler popisuje počátky výzkumu fotofosforylace a jak se začal zajímat: V roce 1948 se inspiroval přednáškou o fosfátovém metabolismu kvasinek od Feodora Lynena ( Nobelova cena za fyziologii a medicínu za rok 1964) V těchto letech, po druhé světové válce, byl původní chemický institut Univerzity Ludwiga Maximiliana v Mnichově stále v troskách a Feodor Lynen a jeho asistent Helmut Holzer dočasně pracovali jako hosté v Botanickém institutu hned vedle laboratoř, kde se Kandler věnoval své tezi z botaniky. Kandler byl ohromen experimentálními metodami v Lynenově laboratoři a seznámil se s nimi; Holzer a Kandler se stali blízkými přáteli. V té době byl Holzer schopen předložit první důkaz pro tvorbu ATP v kvasinkách oxidujících butanol na kyselinu máselnou.Kandler se poté rozhodl přenést své techniky na měření fosfo rylační rychlosti in vivo do studií fotosyntézy v Chlorelle .

Tak, v roce 1950, byl první tohoto experimentálního důkazu pro formování světla závislé ATP ( fotofosforylace ) in vivo v intaktních Chlorella buňkách. V roce 1954 Daniel I. Arnon objevil fotofosforylaci in vitro pomocí izolovaných chloroplastů a zmínil Kandlerovu průkopnickou práci. Kandlerovy rané publikace o tvorbě ATP závislé na světle vedly Rockefellerovu nadaci, aby mu nabídla roční výzkumné stipendium v ​​USA. Takže v letech 1956–1957 pracoval 6 měsíců u Martina Gibbse v Brookhaven National Laboratory a poté dalších 6 měsíců u Melvina Calvina ( Nobelova cena za chemii z roku 1961 ) na Kalifornské univerzitě v Berkeley na ústřední otázky fotosyntézy (např. Cesta uhlíku ve fotosyntéze, dnes nazývaný Calvin-Benson-Basshamův cyklus ).

Způsob radioaktivního značení , tj. Použití radioaktivních izotopů pro sledování dráhy např. Uhlíku ve fotosyntéze, přinesl do Německa Kandler.

Spolu se svými spolupracovníky Kandler poprvé v rostlinách prokázal výskyt ADP -glukózy, dárce glukózy v biosyntéze škrobu. Významně přispěl k objasnění komplikované biosyntézy monosacharidů s rozvětveným řetězcem (hamamelosa, apióza ). Nakonec objasnil biosyntézu cukrů z rodiny rafininů, nejčastějších oligosacharidů v rostlinách. V důsledku těchto zjištění byla objasněna funkce galaktinolu, galaktosidu inositolu , jakožto dárce galaktosylu, a tím i role inositolu jako kofaktoru reakcí přenosu cukru v rostlinách.

Mikrobiologie

Kromě svého zájmu o fyziologii a biochemii rostlin se Otto Kandler brzy zaměřil na bakterie, především na přítomnost nebo nepřítomnost jejich buněčných stěn , protože na počátku padesátých let byly takové mikroorganismy bez stěn často považovány za zástupce „ urbakterie “. Spolu se svou manželkou zkoumal takzvané PPLO (nyní mykoplazmy ), bakterie odolné vůči penicilinu bez stěn a bakterie ve tvaru L (bakterie, které ztratily buněčné stěny). Zjistili, že tyto organismy se nerozmnožují binárním štěpením, ale pučením. Tyto publikace jsou v současné době stále citovány.

Během svého působení ve funkci ředitele bakteriologického ústavu jihoněmeckého centra pro výzkum mléka ve Freisingu- Weihenstephan se Kandler soustředil na mléčnou mikrobiologii a zkoumal fyziologii, biochemii a systematiku laktobacilů , na kterou napsal kapitolu v Bergeyově manuálu, mikrobiologů. Kromě toho publikoval řadu článků o izolaci, popisu a taxonomii jiných bakterií.

Kandler byl jedním z prvních vědců, kteří společně se svou skupinou studovali chemii a strukturu buněčných stěn bakterií. Byla zkoumána primární struktura peptidoglykanu (mureinu), jedinečné složky bakteriální buněčné stěny. Kandler uznal, že aminokyselinová sekvence peptidoglykanu je cenným chemotaxonomickým markerem. Různé typy peptidoglykanů a jejich taxonomické důsledky podrobně popsali Schleifer a Kandler. V důsledku toho navrhli srovnávací chemii buněčných stěn jako marker pro hluboké větve ve fylogenetickém stromu bakterií. Studie Kandlerovy buněčné stěny zahrnovaly také methanogenní „bakterie“ ( methanogeny ) a halofilní „bakterie“ ( halofily ).

V říjnu 1976 Kandler zjistil, že dva kmeny metanogen Methanosarcina barkeri to není obsahují peptidoglykanu. V důsledku toho dospěl k závěru, že methanogeny se v zásadě liší od bakterií. V jeho skupině také bylo zjištěno, že " halobacteria " postrádají peptidoglykan, což potvrzuje myšlenku, že také tyto organismy nejsou bakterie a patří do skupiny organismů brzy nazývaných "archaebacteria" (v roce 1990 klasifikovány jako archaea ). V některých „archeobakteriích“ Kandler a König identifikovali pseudomurein , nyní také nazývaný pseudopeptidoglycan , nová součást buněčné stěny, a objasnili jeho strukturu a biosyntézu.

Metanogen methanopyrus kandleri byla pojmenována na počest Kandler podle Karla O. Stetter jako dárek pro Kandler 70. narozenin.

Spolu s Hansem Günterem Schlegelem se Kandler významně podílel na založení německé sbírky mikroorganismů a buněčných kultur (DSMZ ) v Braunschweigu.

Kandler byl zakladatelem a redaktorem Systematické a aplikované mikrobiologie , spolueditorem Archivů mikrobiologie a Zeitschrift für Pflanzenphysiologie .

Archaea a tři oblasti života

Hlavním tématem Otto Kandlera v mikrobiologii byl jeho výzkum archaea (před rokem 1990 nazývaný „archebacteria“). Jeho objev (říjen 1976), že peptidoglykan (murein), typická složka bakteriální buněčné stěny, chybí ve dvou kmenech metanogenních „bakterií“ ( methanogeny ), se stal jedním z prvních tří důkazů, že methanogeny patří do skupiny organismů na rozdíl od bakterií. Proto Kandlera potěšilo, když se z dopisu Ralpha F. Wolfeho, odborníka na metanogeny, 11. listopadu 1976 dozvěděl, že Wolfeův kolega Carl Woese (University of Illinois, Urbana, USA) právě objevil základní rozdíly mezi metanogeny a bakteriemi. jeho nová metoda sekvenování genů ribozomální RNA 16S . Když Kandler obdržel tento dopis, na základě svých nových zjištění již plánoval prozkoumat buněčné stěny jiných methanogenů společně s Marvinem P. Bryantem , rovněž odborníkem na metanogeny z Illinoiské univerzity. Shodou okolností Bryant právě seděl v Kandlerově kanceláři, když dorazil Wolfeův dopis. Ve svém dopise Wolfe také nabídl zaslání kultur ke studiu buněčných stěn, protože věděl, že Kandler je odborníkem na buněčné stěny. Kandler okamžitě odepsal, jak na něj Woeseho nálezy a nápady udělaly dojem a že se těší na vyšetřování Wolfeových methanogenů. Ve své odpovědi Kandler také zmínil, že methanogeny a halofily mohou být „starodávné památky“, které se větvily z většiny prokaryot dříve, než byl „vynalezen“ peptidoglykan. Požádal Wolfeho, aby mu poslal lyofilizované buňky methanogenů k analýze jejich buněčných stěn.

Carl Woese (vlevo), Otto Kandler a Ralph Wolfe na cestě na horu Hochiss v roce 1981 (foto Gertraud Kandler)

V lednu 1977 navštívil Kandler Woese poprvé. Okamžitě byl přesvědčen o Woeseově novém konceptu, protože jeho analýzy buněčných stěn dokonale odpovídaly výsledkům Woeseho 16S rRNA sekvenování. To byl začátek těsného a produktivního transatlantického doplňkového vztahu a spolupráce prostřednictvím výměny kultur, výsledků a myšlenek. Kandlerova skupina studovala složení buněčné stěny a Woeseho skupina genové sekvence 16S rRNA . Woese a Fox (listopad 1977) ve své základní často citované publikaci zavedli v té době termín „archaebacteria“, obsahující pouze methanogeny. Citovali Kandlera a pojmenovali úplně první tři důkazy konceptu „archeobakterie“:

  1. nedostatek peptidoglykanu v methanogenech (Kandler)
  2. dva neobvyklé koenzymy v methanogenech (Wolfe)
  3. jedinečné sekvence rRNA v methanogenech ( Woese ).

V tomto článku také použili předběžnou terminologii („domény“ pro prokaryoty/eukaryoty; „primární království“ nebo „urkingdoms“ pro tři skupiny „eubacteria“, „archaebacteria“ a „urkaryotes“ - od roku 1990 bakterie, archaea a eucarya , později opraveno na eukarya).

Zatímco Woeseův návrh rozdělit organismy na „tři linie původu“ v té době získal v USA malou podporu - a dokonce tvrdou kritiku -, Kandler nazval Woese „Darwinem 20. století“ a byl přesvědčen, že výzkum „archaebakterií“ měl velkou budoucnost.

S velkým nadšením založil Kandler v Německu výzkum „archeobakterií“ a organizoval financování této nové oblasti. Na jaře 1978 uspořádal Kandler v Mnichově vůbec první setkání o „archaebakteriích“. Carl Woese byl pozván, ale nemohl se zúčastnit.

Carl Woese (vlevo), Ralph Wolfe a Otto Kandler (vpravo), oslavující „archaebacteria“ (nyní archaea) na vrcholu hory Hochiss v roce 1981 (foto Gertraud Kandler)

V létě 1979 Kandler znovu pozval Woeseho na přednášku na setkání „Deutsche Gesellschaft für Mikrobiologie und Hygiene“ v Mnichově. Tentokrát se zúčastnil Woese. Do Mnichova přijel poprvé a byl přivítán fanfárami, koncertem dechovky a večeří ve velké vstupní hale Botanického institutu Univerzity Ludwiga Maximiliana v Mnichově (foto viz „Život a vzdělání“).

První mezinárodní konferenci o „archeobakteriích“ pořádal Kandler, opět v Mnichově, v roce 1981. Zúčastnili se Carl Woese i Ralph Wolfe. Výsledný svazek konference byl vůbec první knihou o „archaebakteriích“. Na této konferenci byly předloženy přesvědčivé důkazy o zásadních strukturálních, biochemických a molekulárních rozdílech mezi bakteriemi a „archaebakteriemi“, které vedly k postupnému přijímání konceptu „archeobakterií“ jako autonomní skupiny organismů. Po konferenci slavili „archaebakterie“ Woese, Wolfe a Kandler na exkurzi do blízkých Alp při výstupu na vrchol Hochiss (2299 m) v pohoří Rofan (viz Fotografie).

Univerzální fylogenetický strom v zakořeněném tvaru se třemi doménami (Woese, Kandler & Wheelis, 1990, s. 4578)

V roce 1985 uspořádali Kandler a Zillig druhou mezinárodní konferenci o „archeobakteriích“, opět v Mnichově.

Mezitím vzrostla podpora konceptu „archaebacteria“ - a také myšlenky fylogenetického rozdělení do tří skupin na základě sekvenování 16S rRNA a dalších charakteristik -, ale stále ještě nebyla obecně přijímána vědeckou komunitou. Probíhala také intenzivní kontroverzní diskuse o úrovni klasifikace a terminologie (zvažovaly se např. Termíny jako urkingdom, primární království, říše atd.). Tato diskuse je podrobně zdokumentována v Sapp (2009, zejména kapitoly 19, 20).

Nakonec, asi po 13 letech spolupráce, ve své publikaci z roku 1990 (Woese, Kandler, Wheelis) navrhli Woese a Kandler „strom života“ sestávající ze tří linií původu, pro které zavedli termín doména jako nejvyšší hodnost klasifikace, nad úrovní království . Navrhli také termíny Archaea , Bacteria a Eucarya (později opraveno na Eukarya ) pro tři domény a představili formální popis taxonu Archaea . Až dosud je tato publikace jednou z nejčastěji citovaných prací ve sborníku Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. (Roli třetího autora popisují Sapp (s. 261f. A 386) a Quammen (s. 210f.))

Raná diverzifikace života s Kandlerovou teorií před buňkami

Ve druhé publikaci postavili do kontrastu svůj přirozený systém „globální klasifikace“, fylogenetické dělení na základě sekvenování 16S rRNA, s konvenčním dělením organismů na dva ( prokaryoty - systém eukaryot ) nebo na pět (systém 5 království) seskupení. Dnes je rozdělení stromu života na tři oblasti - úrovně nad království - znalostmi učebnic.

Kandler navíc studoval ranou diverzifikaci života. Předpokládal, že raná evoluce organismů nevycházela ze společné první předkové buňky, ale že se každá doména vyvinula „mnohonásobnou celularizací multiphenotypické populace pre-buněk“, kde hraje důležitou roli vynález buněčných obalů. Kandlerův příspěvek k našemu chápání raného vývoje života byl několikrát oceněn, např. Müller 1998, Wiegel 1998, Wächtershäuser 2003 a 2006, Schleifer 2011.

Aplikovaná mikrobiologie

Louis Pasteur byl jedním z Kandlerových vědeckých hrdinů. Kandler rád citoval Pasteurův názor, že neexistuje „aplikovaná věda“, ale že existují spíše „aplikace vědy“. Když byl ředitelem bakteriologického institutu jihoněmeckého centra pro výzkum mléka ve Freisingu- Weihenstephan , soustředil se na mikrobiologii mléka a mléčných výrobků, např. Vyvinul metody prodlužující trvanlivost mléka a testoval využití Lactobacillus acidophilus ve startovacích kulturách na jogurt. Vyzkoušel také několik postupů kvašení mléka a zeleninových produktů nebo navrhované metody pro úspěšný boj s mikroorganismy v systémech chladicí vody (více příkladů viz Schleifer 2011. Později prováděl výzkum termofilních methanogenů a jejich schopnosti produkovat bioplyn z odpadních vod nebo jiných odpad.

Ekologie

Role Kandlera jako raného zástupce vědecké ekologie je méně známá. Byl spoluzakladatelem „komise pro ekologii“ na Bavorské akademii věd (nyní „Forum für Ökologie“ - panel pro ekologii), jejímž členem byl do roku 2006. Jeho zájem o ekologii byl široký; například se zabýval bakteriálními interakcemi, lesními podmínkami a návratem lišejníků do města Mnichov.

Od počátku 80. let 20. století byl výzkum takzvaného „Waldsterben“ (lesní smrti) v Německu v podstatě sponzorován německým ministerstvem vědy a technologie. Na základě vlastního vyšetřování se Kandler stal rozhodným kritikem.

Ocenění a členství

Vybrané publikace

  • Kandler, Otto (1950). Über die Beziehungen zwischen Phosphathaushalt und Photosynthese: I. Phosphatspiegelschwankungen bei Chlorella pyrenoidosa als Folge des Licht-Dunkel-Wechsels. [Vztah mezi metabolizmem fosfátů a fotosyntézou I. Variace hladin fosfátů v Chlorella pyrenoidosa v důsledku změn světlo-tma]. Zeitschrift für Naturforschung 5b, 423–437 pdf .
  • Kandler, O (1960). „Přenos energie prostřednictvím mechanismů fosforylace ve fotosyntéze“. Výroční přehled fyziologie rostlin . 11 : 37–54. doi : 10,1146/annurev.pp.11.060160.000345 .
  • Schleifer, K.-H .; Kandler, O. (1972). „Peptidoglycanové typy stěn bakteriálních buněk a jejich taxonomické důsledky“ . Bakteriologické recenze . 36 (4): 407–477. doi : 10,1128/MMBR.36.4.407-477.1972 . PMC  408328 . PMID  4568761 .
  • Kandler, O .; Hippe, H. (1977). „Nedostatek peptidoglykanu v buněčných stěnách Methanosarcina barkeri“ (PDF) . Archiv mikrobiologie . 113 (1–2): 57–60. doi : 10,1007/bf00428580 . PMID  889387 . S2CID  19145374 .
  • König, H .; Kandler, O. (1979). „Kyselina N-acetyltalosaminuronová je součástí pseudomureinu rodu Methanobacterium“. Archiv mikrobiologie . 123 (3): 295–299. doi : 10,1007/BF00406664 . S2CID  42830749 .
  • Kandler, Otto (1982). „Struktury buněčné stěny a jejich fylogenetické implikace“. Zentralblatt für Bakteriologie Mikrobiologie und Hygiene: I. Abt. Původ C: Allgemeine, Angewandte und Ökologische Mikrobiologie . 3 : 149–160. doi : 10,1016/S0721-9571 (82) 80063-X .
  • Woese Carl R .; Kandler, O .; Wheelis, ML (1990). „Směrem k přirozenému systému organismů: návrh domén Archaea, Bacteria a Eucarya“ . Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických . 87 (12): 4576–4579. Bibcode : 1990PNAS ... 87,4576W . doi : 10,1073/pnas.87,12,4576 . ISSN  0027-8424 . PMC  54159 . PMID  2112744 .
  • Kandler, Otto (1993). „Biochemie buněčné stěny a koncepce života ve třech doménách“. Systematická a aplikovaná mikrobiologie . 16 (4): 501–509. doi : 10,1016/S0723-2020 (11) 80319-X .
  • Kandler, O (1994). „Vierzehn Jahre Waldschadensdiskussion: Szenarien und Fakten“ (PDF) . Naturwissenschaftliche Rundschau . 47 : 419–430.
  • Kandler, O (1995). „Biochemie buněčné stěny v Archaea a její fylogenetické implikace“. Journal of Biological Physics . 20 (1–4): 165–169. doi : 10,1007/BF00700433 . S2CID  83906865 .
  • Kandler, O. (1998). Počáteční diverzifikace života a původ tří domén: Návrh. s. 19–31. In: Thermophiles: Klíče k molekulární evoluci a vzniku života? (J. Wiegel & MW Adams eds.) Taylor and Francis Ltd. London, UK googlebooks
  • Kandler, O .; König, H. (1998). „Polymery buněčné stěny v Archaea (Archaebacteria)“. Buněčné a molekulární vědy o životě . 54 (4): 305–308. doi : 10,1007/s000180050156 . PMID  9614965 . S2CID  13527169 .
  • všechny publikace: BAdW

Životopisy a nekrology

Reference