Erwin Neher (1944–)

V roce 1991 získali Nobelovu cenu za fyziologii nebo lékařství němečtí biofyzikové Erwin Neher a Bert Sakmann. V tomto příspěvku se budeme věnovat prvním z nich.

Landsberg, Buchloe, Mindelheim (1944–1963): dětství a maristické gymnázium

Na západ od Mnichova a na jih od Augsburgu leží hornobavorské město Landsberg am Lech s věznicí, v níž Adolf Hitler po mnichovském pokusu o „pivní puč“ sepsal Mein Kampf (v letech 1923–1924). Později vyrostl v Landsbergu největší nacistický koncentrační tábor na území vlastního Německa a v něm bylo zahubeno na 14,5 tisíce židů, po válce pak popraveno přes 150 válečných zločinců.

Zde však Landsberg připomínáme v jiné souvislosti: 20. března 1944 tu na svět přišel Erwin Neher (2), jeden ze dvou německých laureátů Nobelovy ceny za fyziologii nebo lékařství udělené v roce 1991. Erwinův otec Franz Xaver Neher byl jako pracovník v mléčném průmyslu za války ušetřen vojenské služby a jeho rodině tak bylo dopřáno zůstat po celou dobu pohromadě. Matka Elisabeth, rozená Pfeifferová, od časných 30. let učitelka a po sňatku žena v domácnosti, vychovávala obě Erwinovy starší sestry a posléze v sousedním švábském městečku Buchloe západně od Landsbergu také Erwina v domě s rozlehlou zahradou, kde chlapec trávil mnoho času pozorováním rostlin i živočichů a důvěrně znal každý oblázek. Na gymnáziu katolické kongregace školských bratří maristů v nedalekém švábském Mindelheimu (1954–1963) si zamiloval fyziku (3) a maturoval z ní s předsevzetím jejího univerzitního studia s tím, že neopustí ani biologii (4).

Mnichov, Madison a opět Mnichov (1963–1972): univerzitní studia

Od 1963 studoval Erwin Neher na mnichovské Technické univerzitě, v roce 1965 tam získal bakalaureát fyziky a poté Fulbrightovo stipendium ke studiu v USA, kde se v biofyzikální laboratoři Wisconsinské univerzity v Madisonu pod vedením průkopníka rozvoje fyziky pevného skupenství Williama Waldrona Beemana (3) věnoval maloúhlovému rozptylu rentgenového záření na biologických strukturách a technice hmotnostní spektroskopie makromolekulárních látek (5).

Po dosažení magisterského stupně ve fyzice (1967) hledal doktorský projekt pokud možno ve spojitosti s nervovým drážděním a našel jej v mnichovském Psychiatrickém ústavu Maxe Plancka, kde neurofyziolog a experimentální epileptolog Hans-Dieter Lux zkoumal synaptické mechanismy v motoneuronech a iontové proudy v neuronech hlemýždě (3). U Luxe, vyvíjejícího techniku iontově selektivních mikroelektrod ke zkoumání souvislosti změn koncentrací iontů v mezibuněčném prostoru mozku s epileptogenezí, studoval Neher na neuronové membráně hlemýždě zahradního (Helix pomatia) metodu voltage clamp neboli „napěťové svorky“ (Voltage clamp on Helix pomatia neuronal membrane; current measurement over a limited area of the soma surface. Pflügers Arch 1969; 311: 272–277, s H. D. Luxem).

V Luxově mnichovské laboratoři pracoval Neher v letech 1968–1970 na doktorátu fyziky a v téže laboratoři se tehdy na svém doktorském projektu činil také Bert Sakmann, stuttgartský rodák (narozen 1942) a vědecký asistent Creutzfeldtova oddělení neurofyziologie mnichovského Planckova psychiatrického ústavu, zaujatý problematikou synaptického spojení. Dříve než se Bert v roce 1970 vydal na tři roky do Londýna, stihl ho v letech 1970–1972 tehdejší mnichovský postdok Erwin Neher do metody „napěťové svorky“ zasvětit (5). Tehdy se spřátelili a uvažovali o budoucí spolupráci (6).

Göttingen, New Haven, Pasadena (1972–2011): Planck, Yale a Caltech

Neher pak v roce 1972 přešel na Univerzitu Georga II. Augusta v dolnosaském Göttingenu pracovat jako molekulární neurobiolog v tamním Ústavu biofyzikální chemie Maxe Plancka. V biologickém výzkumu uplatňoval své fyzikální vědomosti zvláště o roli iontů v nervových buňkách, jejichž vztah k elektřině byl znám od pozdního 18. století, kdežto základ tohoto vztahu v rozložení kationtů Na⁺, K⁺, Ca⁺⁺ a aniontů Cl^– uvnitř a vně neuronů došel pochopení až ve 20. století.

V Planckově ústavu prožil Erwin téměř celých 40 let (1972–2011) s výjimkou dvou jednoročních pobytů v USA, totiž v letech 1975–1976 na Yaleově univerzitě v connecticutském New Havenu a v letech 1989–1990 v Kalifornském technologickém ústavu („Caltech“) v Pasadeně (6).

Během Neherova prvního göttingenského období (1972–1975) tam Bert Sakmann přibyl z Londýna jako nový asistent fyziologie Planckova ústavu. Oba přátelé se v pokračování úvah o výzkumném projektu shodli na iontových kanálech jako naléhavém problému biofyziky membrán s výzkumem dosud omezeným na nepřímé metody a s obtížemi izolace jednotlivých kanálů při studiu jejich individuálních vlastností (2). Zkoumali pak napěťovou závislost farmakologicky vyvolané vodivosti v žabím nervosvalovém spojení (Voltage-dependence of drug-induced conductance in frog neuromuscular junction. Proc Natl Acad Sci U S A 1975; 72: 2140–2144, s B. Sakmannem) a zkoumali proudy v jednotlivých kanálcích, zaznamenávané z membrány denervovaných žabích svalových vláken (Single-channel currents recorded from membrane of denervated frog muscle fibres. Nature 1976; 260: 799–802, s B. Sakmannem).

Po roce Neherova pobytu na Yaleově univerzitě (1975–1976) vyvinuli pro výzkum proudů jednotlivými kanály otevřenými v biologických membránách metodu patch clamp neboli „terčíkového zámku“ (The extracellular patch clamp: a method for resolving currents through individual open channels in biological membranes. Pflügers Arch 1978; 375: 219–228, s B. Sakmannem a H. Steinbachem).

V Ústavu biofyzikální chemie Maxe Plancka v Göttingenu pracoval Neher v letech 1972–1983 jako výzkumník a posléze také editor monografie o záznamu z jednotlivého kanálu (Single-channel recording. Plenum Press, New York 1983, s B. Sakmannem). V letech 1983–2011 potom působil jako přednosta oddělení biofyziky membrán a ředitel Planckova ústavu (6). Iontové kanály ve vzrušivých membránách zkoumal pomocí technik „terčíkového zámku“ (Patch clamp techniques for studying ionic channels in excitable membranes. Annu Rev Physiol 1984; 46: 455–472, s B. Sakmannem). V roce 1986 dostal od newyorské Kolumbijské univerzity za základní výzkum v biologii nebo biochemii spolu se Sakmannem cenu Louisy Grossové Horwitzové, z jejíchž držitelů se obvykle každý druhý dříve či později stává i držitelem ceny Nobelovy. V roce 1987 pak opět se Sakmannem dostal cenu Gottfrieda Wilhelma Leibnize Německé výzkumné společnosti – nejvyšší poctu za německý vědecký výzkum. 

Stockholm (1991): Nobelova cena

Za vynález techniky „terčíkového zámku“ v lékařském výzkumu (The patch clamp technique. Sci Am 1992; 266: 44–51, s B. Sakmannem) získali Nobelovu cenu za fyziologii nebo lékařství 1991 rovným dílem dva němečtí badatelé z ústavů Maxe Plancka – Erwin Neher z göttingenského a Bert Sakmann z heidelberského (8). Neurofyziologem Stenem Grillnerem představený Neher měl 9. prosince 1991 ve stockholmském Karolinském institutu nobelovskou přednášku (9) o iontových kanálech pro komunikaci mezi buňkami i uvnitř nich (Ion channels for communication between and within cells. Nobel lecture, Dec 9, 1991. Science 1992; 256: 498–502).

Při nobelovském banketu 10. prosince 1991 pak připomněl pro elektrofyziologii významná výročí připadající na týž rok – 200 let od publikace Galvaniho experimentů se živočišnou elektřinou (1791) a 100 let od zavedení pojmu „neuron“ Waldeyerem (1891) uprostřed sporů, zda je nervová soustava souvislou sítí, nebo sestává ze samostatných buněk v kontaktu. Svůj banketní projev Neher uzavřel srovnáním iontových kanálů s kvarky, jejichž spoluobjevitel a laureát Nobelovy ceny za fyziku 1990 Richard Edward Taylor při podobné příležitosti před rokem zalitoval, že kvarky spolu navzájem „nemluví“ (a „nejsou tedy zábavné“). V narážce na to Neher ve své banketní řeči ocenil, že iontové kanály spolu na rozdíl od kvarků „mluví“ a komunikace je pravou podstatou jejich bytí; on sám prý se však od nich během téměř 20 let výzkumu ničeho vtipného nedočkal (10).

Göttingen: život s Nobelovou cenou

V roce 1994 byl Neher zvolen zahraničním členem londýnské Královské společnosti.

Mezi 22 laureáty Nobelových cen podepsanými v roce 2003 pod „3. humanistickým manifestem“ je 6 nobelistů za fyziologii nebo lékařství: Francis Crick a James Watson (1962), Edward Donnall Thomas (1990), Erwin Neher (1991), Richard Roberts (1993) a John Sulston (2002).

Od roku 2011 je Erwin Neher emeritním ředitelem Ústavu biofyzikální chemie Maxe Plancka v Göttingenu a zároveň emeritním profesorem Göttingenské univerzity. 

Adresa pro korespondenci:

MUDr. Pavel Čech
Kabinet dějin lékařství 3. LF UK
Ruská 87, 100 00 Praha 10
e-mail: pavel.cech@lf3.cuni.cz