Laureáti Nobelovy ceny

V roce 1969 získali Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu tři američtí zakladatelé molekulární biologie – fyzik Max Delbrück, biochemik Alfred Day Hershey a lékař Salvador Edward Luria.

SALVADOR EDWARD LURIA

(1912–1991)

V Turíně, metropoli severoitalského Piemontu, přišel 13. srpna 1912 v židovské obchodnické rodině na svět druhorozený syn jménem Salvatore. Jeho otec, školený účetní David Luria, vedl malý tiskařský podnik, matkou byla Ester rozená Sacerdoteová. V rodném městě vychodil chlapec všechny své školy a z nich Liceo d’Azeglio – jednu z nejlepších italských středních škol – už v éře fašismu. S průměrným prospěchem a bez velké chuti k učení se po maturitě v roce 1929 zapsal ke studiu na Lékařské fakultě Turínské univerzity, protože si to rodiče přáli. V následujících letech při studiu pracoval u průkopníka výzkumu tkáňových kultur – profesora anatomie Giuseppe Leviho. Nepřilnul však k histologii, nýbrž k matematice a fyzice, z nichž mu spolužák Ugo Fano prostřednictvím astronomie dával večerní lekce. Pod Fanovým vlivem přehodnotil „Salva“ své představy o lékařské kariéře ve prospěch fyziky.

Rozhodl se pro radiologii, v níž viděl můstek mezi medicínou a fyzikou. V roce 1935 byl na turínské lékařské fakultě promován s vyznamenáním. Prací v radiologickém ústavu se nestihl nadchnout, brzy byl povolán k vojenské zdravotní službě. V roce 1937 odešel do Říma doškolit se v radiologii a zároveň studovat fyziku. Po roce ve Fyzikálním ústavu Římské univerzity dospěl k závěru, že na tomto poli už zůstane amatérem, stihl však poznat nový obor radiační biologie a kvantový model genové mutace německého fyzika Maxe Delbrücka s pojetím dosud abstraktního genu jako molekuly. Luriovi se Delbrückova myšlenka zdála „otvírat cestu ke svatému Grálu biofyziky“. Začal přemýšlet o způsobech ověření této hypotézy. V genetickém výzkumu byly tehdy pokusy prováděny převážně na octomilkách, Luria však tušil, že k přesnému měření účinků ozáření potřebuje organismy menší, jednodušší a dostupné ve velkém množství. Když ho mikrobiolog Geo Rita pozval do své laboratoře, kde při zjišťování bakteriální kontaminace vody v Tibeře pracoval s bakteriofágy, Luria hned vytušil, že obsahují geny, a pochopil, že právě našel ideální pokusné organismy.

V červenci 1938 získal stipendium italské vlády k jednoročnímu pobytu ve Spojených státech. Doufal v setkání s Delbrückem, už od loňska v Pasadeně také pracujícím s bakteriofágy. Vzápětí však byl na zákon povýšen Mussoliniho antisemitský „Manifesto della razza” uznávající za pravé Italy pouze árijce a Luriovo stipendium bylo zrušeno. Salvatore odešel do Francie, dosáhl tam stipendia Národního výzkumného fondu a v laboratoři Fernanda Holwecka v pařížském Radiologickém ústavu se po boku vedoucího laboratoře a Elieho Wollmana zapojil do pokusů srovnávajících účinky paprsků X různé energie s účinky paprsků alfa na fága C16 bakterie Escherichia coli (Effect of Radiations on Bacteriophage C16. Nature 1940; 145: 935–936; s Wollmanem a Holweckem).

Když se v červnu 1940 blížila německá armáda k Paříži, ujel Salvatore na kole do Marseille, opatřil si americké vízum a přes Španělsko se dostal do Lisabonu, odkud v září odplul do Spojených států amerických (Holweck byl okupanty zatčen a zemřel ve vězení v roce 1941, Wollman s manželkou byl v roce 1943 poslán na smrt do Osvětimi). Luria přistál 12. září v New Yorku, tam s pomocí rovněž uprchlého Enrica Fermiho dostal stipendium Rockefellerovy nadace a místo výzkumného asistenta na Lékařsko-chirurgické koleji Kolumbijské univerzity. Pro Nový svět si změnil italské jméno Salvatore ve španělské Salvador, k němuž připojil anglické Edward. S fyzikem Frankem M. Exnerem ozařoval fágy v různých prostředích a zjistil, že makromolekuly bílkovin do jisté míry fágy chrání před paprsky X (The Inactivation of Bacteriophages by X-Rays: Influence of the Medium. Proc Natl Acad Sci USA 1941; 27: 370–375; s Exnerem).

Dne 30. prosince 1940 zajel do Filadelfie na výroční kongres Americké fyzikální společnosti, jehož se účastnil také Max Delbrück, pracující tehdy na nashvillské Vanderbiltově univerzitě. Hned na Nový rok 1941 se oba sešli v Luriově laboratoři a naplánovali si experimenty pro příští setkání v létě 1941 v Biologické laboratoři Kolumbijské univerzity v Cold Spring Harboru na Long Islandu. V prvních společných pokusech pak přidávali k bakteriálnímu kmeni jeden pomaleji a jeden rychleji působící typ fága v neúspěšné snaze zastihnout intermediární stadium růstu. Biofyziku Thomasi Foxenu Andersonovi na konci roku 1941 Luria pomáhal pořizovat první elektronmikroskopické snímky bakteriofágů a přesně měřit jejich velikost (The Identification and Characterization of Bacteriophages with the Electron Microscope. Proc Natl Acad Sci USA 1942; 28: 127–130; s Andersonem). První americký výzkumník bakteriofágů Jacques Jacob Bronfenbrenner byl nadšen: „Mein Gott! Oni mají ocásky!“ Salvador pak získal Guggenheimovo stipendium a užil je k pobytu na Princetonské univerzitě a pak v Delbrückově nashvillské laboratoři.

V roce 1943 se stal instruktorem v Ústavu bakteriologie Indianské univerzity v Bloomingtonu. Tam v přípravě pokusů s interferencí mezi fágy T1 a T2 napadnuvšími tutéž buňku E. coli izoloval T1-rezistentní varianty bakterie expozicí přirozené T1-senzitívní E. coli nadbytku fága T1 a chtěl vědět, zda jsou tyto varianty indukovány stykem přirozené E. coli s fágem (pak by relativní frekvence rezistentních variant byla konstantní), nebo zda vznikají spontánně a fágem jsou pouze selektovány (pak by jejich relativní frekvence stoupala). Nálezy od kultury ke kultuře značně kolísaly. Při fakultním večírku v únoru 1943 mu pohled na jackpot hracího automatu vnukl myšlenku, že frekvence rezistentních variant podléhá týmž pravidlům. Svou domněnku o spontánních mutacích poslal Delbrückovi a ten vypracoval „fluktuační test“ hypotéz o původu mutací, jímž statisticky potvrdil spontánní původ T1-rezistentních variant. Luria s Delbrückem tak prokázal, že rezistenci vůči fágu získává bakterie nikoli adaptací, nýbrž mutací, a rovněž prokázal, že mutace mohou vznikat náhodně a nezávisle na vnějším prostředí (Mutations of Bacteria from Virus Sensitivity to Virus Resistance. Genetics 1943; 28: 491–511; s Delbrückem). Touto studií Luria s Delbrückem položil základ bakteriální genetiky a vytvořil standard pro analýzu a prezentaci experimentálních výsledků v genetickém výzkumu.

Delbrück se tehdy spřátelil se saintlouiským biochemikem Alfredem Dayem Hersheyem zkoumajícím bakteriofágy na Washingtonově univerzitě. Hershey tam Delbrücka pozval a Max vyjednal i Luriovu spoluúčast. Tak se v dubnu 1943 v Saint Louisu uskutečnila „první fágová schůzka“ a zrodila se „fágová skupina“, která ve „fágové smlouvě“ vyzvala všechny badatele, aby v zájmu srovnatelnosti experimentálních výsledků z různých laboratoří soustředili výzkum na sedm bakteriofágů infikujících kmen B bakterie E. coli. Čtvrtým členem skupiny se stal Thomas Foxen Anderson, autor první sady elektronmikroskopických snímků bakteriofágů.

Delbrück pak upřel pozornost k fágové replikaci, kdežto Luria pokračoval ve výzkumu mutací a v roce 1944 objevil, že i fágy mutují, často ve formy napadající rezistentní bakterie (Mutations of Bacterial Viruses Affecting Their Host Range. Genetics 1945; 30: 84–99). V roce 1945 byl jmenován „assistant professor“ a uzavřel sňatek se studentkou psychologie Zellou Hurwitzovou. První společný rok strávili v Cold Spring Harboru, kde Salvador ve službách Úřadu vědeckého výzkumu a vývoje washingtonského Carnegieova ústavu vedl výzkum rezistence bakterií vůči antibiotikům. Po návratu na Indianskou univerzitu studoval ve fágových kulturách usmrcených ultrafialovými paprsky odchylky množství usmrcených fágů od předpokládané přímé úměrnosti intenzitě ozáření a zjistil, že vstoupí-li dva či více „mrtvých“ fágů do téže bakterie, často opět ožijí a tvoří normální živé potomstvo. Tak objevil první příklad reaktivace organismů poškozených zářením a vyložil jej jako výsledek rekombinace, kterou v roce 1946 objevili Delbrück a Hershey (Reactivation of Irradiated Bacteriophage by Transfer of Self-Reproducing Units. Proc Natl Acad Sci USA 1947; 33: 253–264). Na první oficiální schůzce „fágové skupiny“ v březnu 1947 se sešlo osm členů v čele s Delbrückem k formulaci základních úkolů. Téhož roku Luria získal americké občanství a hodnost „associate professor“ bakteriologie. Rok nato se mu narodil syn Daniel, budoucí politický ekonom. Turínský kolega od Leviho Renato Dulbecco byl spoluautorem další práce o rekombinaci (Genetic Recombinations Leading to Production of Active Bacteriophage from Ultraviolet Inactivated Bacteriophage Particles. Genetics 1949; 34: 93–125; s Dulbekkem).

V roce 1950 byl Salvador Luria jmenován řádným profesorem bakteriologie na Illinoiské univerzitě v Urbaně. Pokračoval ve studiu fágové genetiky a na jaře 1952 dospěl se studentkou Mary Humanovou k významnému objevu díky laboratorní nehodě, po níž rozbitou zkumavku s kulturou E. coli senzitivní vůči fágům nahradil kulturou bakterie Shigella dysenteriae a fágy po expozici této bakterii pak v kultuře E. coli nerostly. V sérii pokusů vystřídal různé druhy fágů i kmenů Escherichií a Shigell. Některé fágy zmizely, o jednu generaci později nebo v kultuře jiné bakterie se pak opět objevily. Luria tak objevil genetickou variaci navozenou hostitelem, později známou jako jev restrikce a modifikace (A Nonhereditary, Host-Induced Variation of Bacterial Viruses. J Bacteriol 1952; 64: 557–569; s Humanovou). V roce 1953 vyšla jeho učebnice obecné virologie (General Virology. New York: Wiley & Sons 1953; London: Chapman & Hall 1953) a získala si brzy velkou oblibu. Téhož roku měl Luria vystoupit na výročním sjezdu Společnosti pro obecnou mikrobiologii v Oxfordu, ale přičiněním McCarthyova výboru nedostal vízum. V roce 1955 se stal dlouholetým editorem nového časopisu Virology.

Akademický rok 1958/1959 strávil na Massachusettském technologickém institutu (MIT) v Cambridge u Bostonu jako poradce pro zamýšlenou reorganizaci tamního biologického oddělení a pro rozvoj mikrobiologického programu. Když mu pak v roce 1959 bylo nabídnuto přednostenství mikrobiologického oddělení MIT, rád opustil tehdy už houstnoucí tlačenici kolem výzkumu fágů a nabídku přijal, aby se v následujících letech soustředil na studium kolicinů, ve vodě rozpustných proteinů s antibiotickým účinkem, produkovaných mikroby čeledi Enterobacteriaceae. Kvůli kolicinům poškozujícím buněčnou membránu, jejichž jediná molekula stačí k usmrcení buňky, se Luria v roce 1953 vypravil k Jacquesu Monodovi do pařížského Pasteurova ústavu. K zodpovězení otázky, jak procházejí koliciny lipidovou vrstvou membrány, potřeboval však po návratu víc než 10 let, než objevil, že kolicin zastavuje tok energie umožňující transport živin do buňky, neboť ruší rozdíl elektrických potenciálů vně a uvnitř buňky tím, že vytváří v membráně kanálky průchodné pro ionty a malé molekuly. V roce 1964 byl v MIT jmenován „Sedgwick Professor“ biologie. V letech 1968–1969 byl prezidentem Americké společnosti pro mikrobiologii.

V roce 1969 dostal spolu s Delbrückem cenu Louisy Gross Horwitzové za základní výzkum v biologii nebo biochemii. Celá trojice zakladatelů „fágové skupiny“ pak „za své objevy týkající se mechanismu replikace a genetické struktury virů“ obdržela Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu. Na slavnosti ve Stockholmu 10. prosince 1969 řekl profesor Karolinského ústavu Sven Gard v prezentační řeči, že pocta náleží na prvním místě Delbrückovi, který proměnil výzkum bakteriofágů z mlhavého empirismu v exaktní vědu, analyzoval a definoval podmínky pro přesné měření biologických jevů a spolu s Luriou vypracoval kvantitativní metody a stanovil statistická měřítka pro vyhodnocování, což umožnilo následující pronikavé studie. Gard řekl, že silnou stránkou těch dvou je teoretická analýza, kdežto Hershey je především nesmírně zručný experimentátor, a všechny tři prohlásil za skutečné zakladatele molekulární biologie. Dne 10. prosince 1969 měl Luria nobelovskou přednášku (Phage, Colicins, and Macroregulatory Phenomena. Science 1970; 168: 1166–1170).

V roce 1970 byl v MIT jmenován „Institute Professor“ biologie a dva roky nato ředitelem v rámci MIT plánovaného Střediska pro výzkum rakoviny. Zbudoval je za rok z místní čokoládovny a rychle mu dobyl pověst vrcholného vědeckého pracoviště. Těžiště vlastní činnosti přesunul od výzkumné k učitelské práci na univerzitě. Jako společensky angažovaný člověk se účastnil rozprav o mezích rozvíjející se technologie rekombinací DNA (Ethical and Institutional Aspects of Recombinant DNA Technology. In: Hanson ED. (ed.) Recombinant DNA Research and the Human Prospect. Washington, DC: American Chemical Society 1983). Vyhověl výzvě Nadace Alfreda P. Sloana přispět do série vědeckých autobiografií (A Slot Machine, a Broken Test Tube. New York: Harper & Row 1984). V roce 1985 složil funkci ředitele Střediska pro výzkum rakoviny MIT. Jako emeritní profesor však zůstal v MIT do konce života. Zemřel na rakovinu 6. února 1991 ve svém domě v massachusettském Lexingtonu.

MUDr. Pavel Čech

Kabinet dějin lékařství 3. LF UK

Ruská 87, 100 00 Praha 10

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