Laureáti Nobelovy ceny

V roce 1962 obdrželi Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu tři badatelé na poli stavby molekuly nukleových kyselin – Francis Crick z Cambridge v Anglii, James Watson z Cambridge v USA a Londýňan z Nového Zélandu Maurice Wilkins.

JAMES DEWEY WATSON

(1928)

Narodil se 6. dubna 1928 v americkém Chicagu jako syn podnikatele téhož jména a Jean rozené Mitchellové, jejichž skotští a irští předkové žili po několik generací na americkém Středozápadě. Zázračný chlapec budil pozornost v Horace Mann Grammar School i v rozhlasovém programu „The Quiz Kids,“ kde vyhrál sto dolarů a koupil sobě i otci dalekohled k pozorování života ptáků. Už po dvou letech na South Shore High School získal v roce 1943 stipendium na čtyřletou experimentální kolej Chicagské univerzity, aby se při studiu zoologie mohl oddávat zálibě v ornitologii. Vynikal v předmětech, které ho zajímaly, a pomýšlel na práci kurátora ornitologie v přírodovědném muzeu. V roce 1946 však přečetl knihu Erwina Schrödingera „What Is Life?“ a nadchl se pro genetiku.

Rok nato dosáhl bakalářské hodnosti a stipendia k dalšímu studiu zoologie na Indianské univerzitě v Bloomingtonu, kde genetiku přednášel čerstvý laureát Nobelovy ceny Hermann Joseph Muller a mikrobiologii učil Salvador Edward Luria, vůdčí osobnost „Fágové skupiny“ průkopníků směřování genetiky od octomilky k mikrobům. U něho James od roku 1948 zkoumal bakteriofágy a setkal se i s dalším předákem skupiny Maxem Delbrückem. V témže roce přišel do Bloomingtonu z Istanbulu pražský rodák, proslulý biochemik Felix Haurowitz, sdílející tehdejší představu, že geny jsou bílkoviny schopné vlastní replikace, zatímco druhá složka chromozomů, deoxyribonukleová kyselina (DNA), je „hloupý tetranukleotid“ s podpůrnou úlohou. Haurowitzovu posluchači Watsonovi bránila v přijetí této představy znalost experimentu Averyho, MacLeoda a McCartyho z roku 1944, svědčícího ve prospěch domněnky, že genetickou molekulou je DNA. Zatím však měl jiné starosti: Dokončoval a v roce 1950 obhájil doktorskou práci o proliferaci bakteriofága a účinku paprsků X na ni (The Properties of X Ray-Inactivated Bacteriophage. I. Inactivation by Direct Effect. J Bacteriol 1950; 60(6): 697–718) a získal Ph.D. v oboru zoologie.

V akademickém roce 1950/51 studoval bakteriofágy na Kodaňské univerzitě u biochemika Hermana Kalckara, zaujatého enzymatickou syntézou nukleových kyselin a užívajícího fágy jako pokusný systém. James však v jeho experimentech nenašel uspokojení, a tak přešel k mikrobiálnímu fyziologu, členu „Fágové skupiny“ Olemu MaalŅeovi. Stopovali radioaktivním fosforem infikující složku fága, aby určili, zda genetickým materiálem je bílkovina, nebo DNA. Po konzultaci s Delbrückem však usoudili, že jejich výsledky nejsou průkazné (The Transfer of Radioactive Phosphorus from Parental to Progeny Phage. Proc Natl Acad Sci 1951; 37: 507–513, spoluautor MaalŅe). Watson se k fágům vracel (The Properties of X Ray-Inactivated Bacteriophage. II. Inactivation of Indirect Effects. J Bacteriol 1952; 63(4): 473-485), šlo mu však hlavně o jejich DNA (Nucleic Acid Transfer from Parental to Progeny Bacteriophage. Biochim Biophys Acta 1953; 10: 432–442, s MaalŅem) a tajemství její stavby (nukleové kyseliny objevil Friedrich Miescher v jádře lidské buňky už v roce 1869 a Oswald Avery je v roce 1944 nalezl v genech bakterií, struktura i funkce však zůstávaly předmětem dohadů). Na jaře 1951 vzal Kalckar Watsona s sebou na sympozium v Neapoli, a když tam biochemik Maurice Wilkins na snímku ohybu paprsků X průchodem krystalickou DNA předvedl, jak stavbu její makromolekuly zkoumají v londýnské King’s College on a Rosalind Franklinová, byl James lapen.

Téhož roku publikovali Linus Pauling a Robert Corey model molekuly nukleové kyseliny sestávající ze tří fosfátových řetězců spojených vodíkovými můstky. Watson jej hned odmítl s tím, že ve vodním prostředí by ionizované fosfáty vodíkové vazby netvořily a odpuzovaly by se. Sám chtěl dospět dále metodou, kterou poznal v Neapoli. Luria mu tedy vyjednal stáž v Cavendishově fyzikální laboratoři v anglické Cambridgi, kterou vedl objevitel rentgenové krystalografie, laureát Nobelovy ceny Sir William Lawrence Bragg. V říjnu 1951 zde začal James pod vedením chemika Johna Kendrewa zkoumat prostorovou strukturu bílkovin pomocí Braggovy metody rentgenové difrakce a okamžitě se tu spřátelil s fyzikem zběhlým k biologii, o dvanáct let starším Francisem Crickem, podobně zaujatým otázkou stavby DNA. Oba už tehdy znali i ribonukleovou kyselinu (RNA) a věděli, že nukleové kyseliny sestávají z pentózy, fosfátu a čtyř dusíkatých bází. Věděli také, že v King’s College nalézají Wilkins a Franklinová pomocí rentgenové difrakce strukturu DNA v podobě dvojité šroubovice připomínající zkroucený žebřík a vyzývali je ke kostrukci modelu, avšak marně (sami koncem roku 1951 navrhli model jednoduché šroubovice, pro zjevné slabiny jej však opustili). V následujícím roce navštívil Cambridge newyorský biochemik Erwin Chargaff, který předloni objevil „první Chargaffovo pravidlo“ o rovnosti počtu jednotek guaninu jako cytosinu a adeninu jako thyminu v DNA, a přestože s Crickem ani Watsonem nebyl zadobře, své nálezy jim vyložil.

Oba přátelé pak po měsících diskuzí ve společné pracovně a v nedaleké krčmě „U orla“ o všech poznatcích Paulinga, Coreye, Chargaffa, Wilkinse, Franklinové i svých nakonec nejprve na papíře, později z korálků, drátů a lepenky do 7. března 1953 sestrojili model stavby makromolekuly DNA. 25. dubna 1953 pak v časopisu Nature zveřejnili jednostránkový článeček, v němž zavrhli Paulingův a Coreyův model trojřetězcové molekuly s fosfáty k ose a bázemi navenek a nabídli pojetí dvou antiparalelních pravotočivých spirálovitých řetězců složených ze střídajících se molekul kyseliny fosforečné a deoxyribózy, vinutých kolem společné osy a spojených vodíkovými můstky purin-pyrimidinových dvojic bází ležících v rovinách kolmých na osu molekuly, přičemž adenin je vždy spárován s thyminem a guanin s cytosinem, neomezená sekvence bází v témže řetězci tedy připouští v sousedním řetězci vždy pouze komplementárního člena téže purin-pyrimidinové dvojice. Autoři zmiňují, co jim neušlo: že párování bází „přímo nabízí možný kopírovací mechanismus pro genetický materiál“ (Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid. Nature 1953; 171: 737–738, s Crickem). Chvatné první sdělení doplnili 30. května 1953 delším článkem, v němž vysvětlují, že při dělení buňky se oba řetězce stávají matricemi pro syntézu nových komplementárních řetězců, že každá z nových dvojic je přesnou kopií původní dvojice a že autoři věří, že model pomůže vyřešit otázku molekulárního základu matrice pro genetickou replikaci (Genetical Implications of the Structure of Deoxyribonucleic Acid. Nature 1953; 171: 964–967, s Crickem). Kdo z nich bude v těchto i dalších článcích prvním autorem, určil los mincí – přál Watsonovi, a tak vešli do dějin jako Watson – Crick.

Počátkem června 1953 předvedl James společné výsledky na 18. výročním sympoziu Laboratoře kvantitativní biologie v Cold Spring Harboru na Long Islandu, která je od otevření v roce 1933 významným výzkumným centrem, jímž rok co rok projdou čtyři tisíce vědců z celého světa při více než padesáti odborných setkáních a doškolovacích kurzech v molekulární biologii včetně výročního sympozia některého biologického oboru, jehož přednášky jsou pak zveřejněny ve sborníku. A ten z 18. (virologického) sympozia obsahuje třetí článek badatelské dvojice (The Structure of DNA. Cold Spring Harbor Symp Quant Biol 1953; 18: 123–131, s Crickem). Téhož roku pozval Watsona Kalifornský ústav technologie v Pasadeně, aby tam v letech 1953–1955 pomocí rentgenové difrakce zkoumal stavbu RNA (Physical Studies on Ribonucleic Acid. Nature 1954; 173: 955–996, s Richem) a virů (The Structure of Tobacco Mosaic Virus. I. X-ray Evidence of a Helical Arrangement of Sub-units around the Longitudinal Axis. Biochim Biophys Acta 1954; 13: 10–19). Na podzim 1955 se Watson vrátil do Cavendishovy laboratoře, aby zjistil, proč všechny známé rostlinné viry jsou buď tyčinkovité, nebo kulovité, a s Crickem vytvořil obecnou teorii stavby malých virů z RNA obalené množstvím totožných bílkovinných podjednotek v uspořádání daném jejich tvarem a úhly vazeb s RNA (Structure of Small Viruses. Nature 1956; 177: 473–475, s Crickem).

V roce 1956 byl Watson z anglické Cambridge povolán do Cambridge v americkém státě Massachusetts na Harvardovu univerzitu, kde dospěl přes mimořádnou (1958) k řádné profesuře biologie v roce 1961. Prosazoval tu odpoutání školy od klasické biologie, neboť ekologie, vývojová biologie, taxonomie i fyziologie ustrnuly a mohou pokročit jen na pevných základech molekulární biologie a biochemie. Sám zkoumal úlohu (zejména informační „messenger“) RNA v syntéze bílkovin(Molecular and Biological Characterization of Messenger RNA. Cold Spring Harbor Symp Quant Biol 1962; 26: 111–132, s Grosem aj.). 10.prosince 1962 přijal ve Stockholmu s Crickem a Wilkinsem Nobelovu cenu za fyziologii nebo lékařství „za své objevy týkající se molekulární stavby nukleových kyselin a jejího významu pro přenos informací v živé hmotě“ (laureáty představil Arne Engström) a téhož dne Nobelovou cenou za chemii dovršili triumf Cavendishovy laboratoře Kendrew a Perutz za výzkum struktury globulárních bílkovin. Dne 11. prosince pronesl Watson nobelovskou přednášku (Involvement of RNA in the Synthesis of Proteins. In: Les Prix Nobel en 1962. Stockholm 1963: 155–178).

Svou první učebnicí (Molecular Biology of the Gene. New York 1965), jedním z nejlepších textů molekulární biologie (další vydání 1970, 1976, 1987), vytvořil vzor moderní učebnice. Historii objevování stavby DNA se zasvěceným, byť ne vždy vyváženým a nestranným pohledem zevnitř na badatelský svět s jeho problémy podal v úspěšné autobiografické knize (The Double Helix: a Personal Account of the Discovery of the Structure of DNA. New York 1968).

Na Harvardově univerzitě působil až do roku 1976, přičemž od roku 1968 byl zároveň i ředitelem laboratoře v Cold Spring Harboru. Tehdy se také oženil s laboratorní asistentkou Elizabeth Lewisovou a v letech 1970 a 1972 se jim narodili synové Rufus a Duncan (Rufusova schizofrenie přivedla otce k zájmu o hledání genetického základu duševních nemocí). V roce 1974 se rodina přestěhovala z cambridgeského kampusu do Cold Spring Harboru, kde Watson vybudoval přední světové středisko molekulární genetiky, molekulární biologie nádorů a neurobiologie. V roce 1976 se vzdal svého místa na Harvardu, aby se mohl plně věnovat řízení laboratoře v Cold Spring Harboru. Rozvoj technologie rekombinace DNA se všemi riziky ho přiměl k napsání další knihy (The DNA Story: A Documentary History of Gene Cloning. San Francisco 1981, s Toozem) i své druhé učebnice (Recombinant DNA: A Short Course. New York 1983, s Toozem a Kurtzem), kde rovněž oceňuje přínos genetického inženýrství pro poznání života organismů. Velký úspěch měla i třetí učebnice, v níž byl spíše koordinátorem skupiny vynikajících vědeckých autorů (Molecular Biology of the Cell. New York 1983, s Albertsem, Lewisem, Robertsem, Brayem a Raffem).

V roce 1988 byl jmenován spoluředitelem Národního střediska pro výzkum lidského genomu při Národních ústavech zdraví. V této funkci budoval a řídil projekt lidského genomu od roku 1989 (The Human Genome Project: Past, Present, and Future. Science 1990; 248: 44–49) do 10. dubna 1992, kdy z projektu odešel po roztržce s ředitelkou Národních ústavů zdraví Bernadine Healyovou pro nesouhlas s jejím usilováním o patenty na genové sekvence a s „přivlastňováním zákonů přírody“ (dva roky předtím řekl: „Národy světa musí chápat, že lidský genom patří všem …“). V roce 1994 byl jmenován prezidentem laboratoře v Cold Spring Harboru a 27. května 1998 mu čestný doktorát lékařských věd za fundamentální objevy ve struktuře a funkci DNA a za celoživotní dílo v molekulární biologii a genetice udělila Univerzita Karlova v Praze. Funkci prezidenta v roce 2004 složil a pokračoval jako „chancellor.“ Nový prezident Bruce Stillman prohlásil, že Jim Watson tu pro výzkum vytvořil prostředí, které ve světě vědy nemá obdoby. Po Johnu Craigu Venterovi, jehož společnost Celera Genomics byla rychlejší, zveřejnil jako druhý člověk svůj genom (http://jimwatsonsequence.cshl.edu), poté co jej 31. května 2007 dostal na dvou DVD od 454 Life Sciences Corporation a Baylorské lékařské koleje. „Umisťuji svou genomovou sekvenci na síť, abych povzbudil rozvoj éry osobně zaměřené medicíny, jež informace obsažené v našich genomech může užívat k identifikaci a prevenci nemocí a tvorbě individualizovaných léčebných postupů,“ prohlásil.

V odpověď na veřejnou kritiku za poznámky o rase a inteligenci v rozhovoru s přítelem, který je citoval v tisku, byl Watson v říjnu 2007 suspendován a o týden později, 25. října, rezignoval s poukazem na svůj věk a okolnosti, které nepředvídal a o něž nestál. Svou práci v laboratoři však neopustil. V roce 2008 byl jmenován emeritním „chancellorem.“ V dokumentu BBC z téhož roku říká, že nedávný incident byl tím nejhorším, co ho v životě potkalo.

MUDr. Pavel Čech

Kabinet dějin lékařství 3. LF UK

Ruská 87, 100 00 Praha 10

e-mail: pavel.cech@lf3.cuni.cz