Carl H. Johnson

Carl H. Johnson
Carl H. Johnson
Född	Washington, DC
Nationalitet	amerikansk
Alma mater	; ; University of Texas vid Austin Stanford University Harvard University
	Vetenskaplig karriär
Fält	Biologi , dygnsrytm
institutioner	Vanderbilt University
Doktorand rådgivare	; David Epel Colin Pittendrigh
Andra akademiska rådgivare	Michael Menaker

Carl Hirschie Johnson är en amerikanskfödd biolog som forskar om kronobiologin hos olika organismer, framför allt de bakteriella dygnsrytmerna hos cyanobakterier . Johnson avslutade sin grundexamen i Honours Liberal Arts vid University of Texas i Austin, och tog senare sin doktorsexamen i biologi från Stanford University , där han började sin forskning under mentorskap av Dr. Colin Pittendrigh . För närvarande är Johnson Stevenson-professor i biologiska vetenskaper vid Vanderbilt University .

Privatliv

Carl Johnson föddes i Washington DC När han först började college vid University of Texas i Austin, planerade han att gå till läkarutbildningen snarare än att bedriva forskning. Men han utvecklade snabbt en passion för forskning efter att ha arbetat som student i ett kronobiologilabb under ledning av Dr. Michael Menaker . Johnson hävdar att "musik ledde [honom] till vetenskap", eftersom han ursprungligen började sitt forskningsjobb hos Menaker för att betala för klassiska röstlektioner. Klassisk musik har förblivit ett stort intresse, eftersom han fortsätter att sjunga musik med kören från Nashville Symphony Orchestra. Även på fritiden tycker han om yoga.

Vetenskaplig karriär

Tidig karriär och utbildning

Johnson tog examen med en BA i Honours Liberal Arts (Plan II Honours-programmet) vid University of Texas i Austin 1976. Under denna tid blev han involverad i grundforskning under mentorskap av Dr. Michael Menaker, vars labb studerade biologiska klockor i fåglar och gnagare. Johnsons exponering för praktiken av experimentell forskning i Dr. Menakers labb inspirerade honom att gå till forskarskolan istället för att följa hans ursprungliga plan att bli läkare. Han fortsatte med att ta sin doktorsexamen. i biologi 1982 vid Stanford University, först arbetade under den välkända ledaren inom kronobiologi , Colin Pittendrigh , och flyttade sedan till David Epels laboratorium för att avsluta sin examen. Därefter utförde Johnson postdoktoralt arbete i cell- och utvecklingsbiologi vid Harvard University , som han avslutade 1987, med Dr. JW 'Woody' Hastings ( John Woodland Hastings ), en biolog känd för sitt arbete med bioluminescens i många organismer, inklusive alger. Hastings blev en nära vän och mentor till Johnson. 1987 kom Johnson till Vanderbilt University för att initiera ett oberoende forskningsprogram, och han har varit biologiprofessor vid Vanderbilt sedan dess.

Forskningsbörjan

Johnsons första försök till forskning var som student i Menakers labb, som arbetade med tallkottkörteln hos fåglar och andra kronobiologiprojekt hos ryggradsdjur . I forskarskolan i Stanford under Colin Pittendrigh försökte Johnson upptäcka dygnsrytmer i en mängd olika organismer som blodiglar och kackerlackor. Han arbetade också med daggmaskar för att se om de helt skulle återställa dygnsrytmer vid regenerering av skadade delar av hjärnan. Han utvecklade också en metod för att mäta pH-nivåerna inuti celler på jakt efter rytmiska syra/bas-förhållanden. Men bara ett av dessa projekt resulterade i slutändan i en publikation, nämligen en tidning om klockans kontroll över pH i brödformen Neurospora crassa . Johnson bytte till David Epels marinbiologiska labb under sitt fjärde år på forskarskolan, eftersom deras arbete med pH-förändringen i sjöborre och sjöstjärna ägg vid befruktning var ett utmärkt system för att tillämpa den metod han hade utvecklat tidigare för att mäta pH-nivåer inuti celler. Han publicerade framgångsrikt ett antal artiklar om detta ämne. I sina postdoktorala studier med Hastings återvände Johnson till området biologiska klockor och arbetade främst med rytmer i den självlysande algen Gonyaulax polyedra och senare i algmodellsystemet för genetik, Chlamydomonas reinhardtii .

Stora bidrag

Circadian system i cyanobakterier

Före slutet av 1980-talet trodde de flesta kronobiologer att bakterier var för "enkla" för att uttrycka dygnsrytm. Johnson accepterade inte denna dogm, och så tidigt som 1978 undersökte han haloarchaea för eventuell förekomst av biologiska klockor. Medan studierna av haloarchaea inte var produktiva, när andra studier antydde möjligheten av dygnsrytm i cyanobakterier , använde Johnson tillsammans med kollegor och medarbetare ett luciferasreportersystem för att bevisa att Synechococcus elongatus, av phylum cyanobakterier, visade tecken på dagliga bakteriella cirkadiska (med cirka 24 timmars cykler). Synechococcus uttryckte frilöpande rytmer, temperaturkompensation och förmåga att dra in, vilket är de definierande egenskaperna hos dygnsrytmer . Dessa organismer reglerar också celldelning med förbjudna och tillåtna faser. Därför ifrågasatte Johnson och hans medarbetare den ursprungliga uppfattningen att bakterier inte har dagliga biologiska cykler. Dessutom identifierade de de centrala elementen i bakterieklockan, nämligen KaiABC-genklustret, och bestämde deras struktur. För närvarande är tanken att bakteriella dygnsrytmer finns i åtminstone vissa prokaryoter väl accepterad av kronobiologigemenskapen , och prokaryoter är ett viktigt modellsystem för att studera rytmicitet.

Bioluminescensresonansenergiöverföring (BRET)

1999 utvecklade och patenterade Johnson och hans team en ny metod för att studera interaktionen mellan molekyler baserad på Förster resonansenergiöverföring ( FRET), även känd som Fluorescent Resonance Energy Transfer (FRET). De modifierade den befintliga tekniken för FRET så att istället för att använda ljus för att aktivera fluoroforer fästa vid proteinerna av intresse, använde de bioluminiscenta proteiner med luciferasaktivitet. BRET eliminerar behovet av ljusexcitering och undviker på så sätt förändringar som ljus i allmänhet orsakar i dygnsklockor, som att återställa klockfasen. Eftersom det undviker ljusexcitation (som i fallet med FRET), kan BRET också vara till hjälp (1) när vävnader är autofluorescerande, (2) när ljusexcitation orsakar fototoxicitet, fotoresponser (som i näthinnan) eller fotoblekning, och ( 3 ) i samarbete med optogenetik . Denna nya metod för att mäta protein-proteininteraktioner ger forskare möjligheten att utveckla nya reportrar för intracellulära kalcium- och vätejoner. Denna metod förväntas vara extremt användbar för forskare som arbetar med levande cellkulturer, cellextrakt och renade proteiner.

Nuvarande jobb

Johnson Lab tillämpar för närvarande biofysiska metoder för att förklara hur de centrala bakteriella klockproteinerna ( KaiA + KaiB + KaiC ) oscillerar in vitro. Tillsammans med Dr. Martin Eglis laboratorium har Dr. Johnsons labb lett en samlad ansträngning för att tillämpa strukturbiologiska tekniker för insikt i dygnsrytmklockmekanismer. Labbet har också använt mutanter och kodonbias i cyanobakterier för att ge de första rigorösa bevisen för den adaptiva betydelsen av biologiska klockor i fitness. Johnsonlabbet utökar studiet av bakteriella dygnsrytmer från cyanobakterier till lila bakterier . För närvarande genomför labbet också studier av däggdjurs dygnsrytm in vivo och in vitro, genom att använda luminescens som ett verktyg för att övervaka dygnsrytmer i hjärnan. Slutligen studerar Johnson och hans labb dygns- och sömnfenotyper av musmodeller av den allvarliga mänskliga neuroutvecklingsstörningen som kallas Angelmans syndrom . Labbet hoppas kunna hitta kronoterapeutiska sätt att lindra sömnstörningar hos patienter med detta syndrom.

Tidslinje för prestationer

1982: Utexaminerad från Stanford University med Ph.D. i biologi
1987: Avslutad postdoc i cell- och utvecklingsbiologi (Harvard)
1987 - 1994: biträdande professor vid institutionen för biologi, Vanderbilt University
1994 - 1999: Docent vid Institutionen för biologi, Vanderbilt University
1999 - pres: Professor vid Institutionen för biologiska studier, Vanderbilt University
1993: Publicerad första artikel om dygnsrytmer i cyanobakterier
1995 - pres: Är medlem i Journal of Biological Rhythms redaktion
2005: Mottog Chancellors Research Award, Vanderbilt University
2012 - 2014: Ordförande för Society for Research on Biological Rhythms

Positioner och utmärkelser

Ordförande för Society for Research on Biological Rhythms (2012-2014)
Chancellor's Research Award, Vanderbilt University (2005)
Aschoff och Honma-priset i biologisk rytmforskning (2014)
Sekreterare och kassör, Föreningen för forskning om biologiska rytmer
Phi Beta Kappa Society

Se även