S. E. Luria: Hrací automat - rozbitá zkumavka

Tímto kuriózním titulem pojmenoval svůj poutavý životopis významný americký molekulární genetik Salvador Edward Luria, profesor na Massachusettské technice (MIT) v Cambridži v USA, laureát Nobelovy ceny. Narodil se r. 1912 v italském Turině a zemřel r. 1991 v USA.

Luriova autobiografie je vlastně jakýmsi vyznáním přírodovědce, jenž seznamuje čtenáře se svými poněkud osobitými názory na svou životní dráhu i na vědeckou kariéru nejen vlastní, ale i svých kolegů a spolupracovníků z různých oborů, ba i s rozmanitými prožitky, a nakonec pak překvapí úvahou o politickém přesvědčení. Nejcennější na tomto vyznání je samozřejmě autorova účast při řešení podstaty dědičnosti a jeho teoretický i praktický přínos v tomto ohledu.

Dědičnost, tj. přenos jistých znaků z rodičů na potomky, patří - kromě zrození a smrti - k základním projevům života, takže od dávnověku byla nepochybně považována za samozřejmost. Nicméně už starověcí filozofové, lékaři a jiní moudří lidé věděli, že z pokolení na pokolení se nepředávají znaky všechny, a proto potomci lidí, zvířat (hlavně hospodářských) a rostlin nejsou úplně stejní jako jejich předkové. Jde prostě o jev dosti složitý. Určitá vlastnost se opakuje pouze na některých potomcích a nepřechází řadou generací nepřetržitě, ale jednu nebo i několik jich přeskakuje , ba dokonce se u nich často objevuje znak úplně nový. V tomto případě mluvíme o proměnlivosti čili variabilitě, která spolu s dědičností je předmětem genetiky, vědy poměrně mladé. Bez obav můžeme tvrdit, že ji založil r. 1865 mnich augustiniánského kláštera v Brně Johann Gregor Mendel (1822 - 1884) svou přednáškou v Přírodovědné společnosti. Byla o výsledcích studia křížení různých odrůd hrachu, které se lišily barvou děloh v semenech a osemení, tvarem a barvou lusků, postavením květů na ose, výškou vzrůstu aj. Příslušné pokusy konal na své malé klášterní zahrádce.

Profesor Luria probírá sice ve své autobiografii významné genetiky světových jmen, bohužel ale na tohoto prvního z nich zapomněl. Čtenáři Vesmíru však jistě četli příspěvky našich odborníků, jednak záznam přednášky profesora Josefa Římana na slavnostním shromáždění UNESCO v Paříži (17. května 1982), uveřejněný v tomto časopise pod názvem Od Mendela k molekulární genetice a biotechnologiím (63, 3, 1983/1), jednak článek Mendeliana Moravského muzea v Brně od dr. Vítězslava Orla Gregor Mendel a vznik genetiky na s. 6 téhož čísla (63, 6, 1983/1) Pokud jste je nečetli, vyhledejte je a zkuste to nyní, třeba po absolvování Luriova spisu. Kdyby Luria žil, sám bych ho na to upozornil. Vraťme se však k jednotlivým kapitolám.

Profesor Luria rozdělil své vyprávění do deseti kapitol. V úvodu k nim najdeme neobvyklou kritiku biografií vědců, nad kterými se autor upřímně nudil, protože prý v nich není napětí boje a vzrušení jako např. v líčení života králů. Uznává však, že je to způsobeno hlubokou úctou před racionalitou, základním prvkem vědy. Proto autobiografiím vědců chybí onen prožitek dobrodružství při vědecké práci, při procesu objevování. Ten si většinou nechají pro sebe. Výjimky jsou vzácné. Jednou z nich je podle Lurii kniha Jamese Watsona "The Double Helix" ("Dvojšroubovice") o odhalení struktury DNA (deoxyribonukleové kyseliny) s Francisem Crickem a Frederickem Wilkinsem, kteří dostali r. 1962 Nobelovu cenu.

V kapitole Mladá léta píše autor o svém dětství a zrání v Itálii, kde vyrůstal ve zbožné, nikoli však ortodoxní turinské židovské rodině, o svých učitelích, jak ve vyšších třídách lycea téměř propadal z přírodních věd, o studiu medicíny a také o strachu před fašisty, před kterými utekl r. 1938 do Paříže. Tam pracoval v laboratoři manželů Curieových za pomoci svých odborných přátel z Pasteurova ústavu, kteří ho vedli k pokusům na bakteriofágu, viru napadajícím bakterie. Toho pak použil jako modelu ke svým genetickým studiím, které ho dovedly nakonec po 30 letech k Nobelově ceně. Fág byl mnohem výhodnější než modely dosud užívané, tj. drosofila (octomilka), neurospora (chlebová plíseň), kolibakterie aj.

Roku 1940, kdy německá armáda zabrala Paříž a velkou část Francie, se po cestě plné strastí dostal do New Yorku, Země zaslíbené , jak také nazval druhou kapitolu. V ní a dalších čtyřech kapitolách popisuje Luria svou vědeckou dráhu v USA. Nazval je básnicky: Ke slunečným vrcholům, Vysoké obzory, Mírnější stoupání, Pohled zpět.

V USA se Luria vrhl s nadšením do vědy na rozmanitých univerzitách a výzkumných ústavech. Po New Yorku to byly Filadelfie, Nashville, Bloomington, Urbana a po 18 letech zakotvil na své vědecké pouti v uvedeném už MIT v Bostonu, s roční pracovní návštěvou v Paříži. Přitom se setkal s bohatou množinou vědců, biologů, mikrobiologů, biochemiků, ale také fyziků, na což kladl veliký důraz. Dokonce jeden z nich, německý badatel Max Delbrück, původně asistent proslulých fyziků Otto Hahna a Lisy Meitnerové v Berlíně (kterým se podařilo rozštěpit atomové jádro), vytvořil pracovní skupinu, v níž byl kromě Lurii také Alfred Hershey! Tito tři nadšenci byli pak r. 1969 poctěni Nobelovou cenou za objev podstaty množení virů. Luria soudí, že značný vliv na jejich práci s fágy a vůbec s problémem dědičnosti měl fyzikální přístup a způsob myšlení díky Delbrückovi i jiným vědcům. To je skutečně potřeba zdůraznit, protože mnozí biologové ještě dnes tento názor nesdílejí a poukazují na tzv. redukcionizmus, neboť jim to namlouvají někteří filozofové, jako to činili před 70 lety nám studentům. Je to především proto, že neznají dobře přírodní zákony, a proto soudí, že v organizmech asi platí ještě nějaké jiné, ačkoli jde pouze o velmi složité struktury, které mají z tohoto důvodu i složitou organizaci a tím i chování.

Zatím lze podle úspěchů moderní biochemie, biofyziky a molekulární biologie říci, že lví podíl na nich nesou právě fyzika a matematika. Vždyť i Mendelovi přispěly k jeho objevu. Luria se také pouští do úvah o uvedených vědách a soudí, že molekulární biologové se zabývají vlastně strukturou molekul, a proto jsou biochemici. Říká dále: Molekulární biologie je genetika, protože zkoumá geny, jejich funkce, procesy, které geny řídí, a výsledky těchto procesů. Tyto myšlenky pak autor rozvádí a celkem má za to, že nejde o tu biochemii, která vznikla ve dvacátých letech z potřeb medicíny, zemědělství a průmyslu. Tím své úvahy poněkud zamotal - biochemie v dnešním slova smyslu je o více než sto let starší a dnes je dostatečně schopna být molekulární biologii nadřízenou. Kolem těchto pojmů ovšem není dosud úplně jasno. Připomíná mi to jednání jedné skupiny biochemiků na prvním mezinárodním kongresu v anglické Cambridži r. 1949, kde se většina těchto badatelů, mezi nimiž byli i laureáti Nobelovy ceny, klonila k názoru, že molekulární biologie i biofyzika patří do biochemie, že jsou to však názvy praktické, pokud jde o výuku a výzkum na vysokých školách a v odborných ústavech. Zvláště nám, několika hostům z bolševických krajin, radili o této diskusi po návratu domů nemluvit před příslušnými vládnoucími kruhy. Jinak prý nám z těch ústavů, které snad už máme, zanechají pouze biochemické a ty jinak označené zruší. A měli jistě pravdu.

Dnes však už tyto doby minuly, takže k uvedeným naukám přidám klidně i molekulární genetiku, kterou s mnoha významnými biochemiky budoval úspěšně Luria. Téměř o všech těchto badatelích se v jeho vzpomínkách dočteme. Je jich dlouhá řada a značný počet z nich jsou laureáti Nobelových cen, z chemie celkem osm, z fyziologie a medicíny 29 a to k nim od vydání Luriova spisu ještě přibyli další (z chemie pět a z fyziologie čtyři), za rok 1993 čtyři, dva za chemii a dva za fyziologii. Ostatně čtenáři tohoto časopisu se o tom jistě dočetli v prvním čísle loňského ročníku. Referát o chemicích Michaelu Smithovi a Kary Mullisovi začíná jeho autor profesor Václav Pačes - můj významný žák - slovy: Už to nikoho ani nepřekvapuje, že letošní Nobelovy ceny za chemii a i fyziologii nebo lékařství byly uděleny za práce v oboru molekulární genetiky. V posledních dvaceti letech se to již stalo pravidlem, s několika čestnými výjimkami - ale to se musel nobelovský komitét hodně namáhat. Vyhledejme si tuto perfektní zprávu, která spolu s následujícím článkem o dalších dvou nobelistech, Richardu Robertsovi a Philipu Sharpovi, z pera doktora Jiřího Doskočila vám doplní Luriovy úvahy. Doporučuji čtenářům v tomto smyslu i další zprávy o Nobelových cenách, vycházející vždy začátkem následujícího roku ve Vesmíru, kde najdou mnoho jmen citovaných Luriou. Samozřejmě i povídání o něm a Delbrückovi i Hersheyovi ve stati, v níž dr. Doskočil připomíná Martina Arrowsmithe, jednoho vymyšleného objevitele bakteriofága ve stejnojmeném románu amerického spisovatele Sinclaira Lewise, laureáta Nobelovy ceny za literaturu z r. 1930 (Vesmír 49, 5, 1970/1). Jak víme, bakteriofága skutečně objevili r. 1915 nezávisle na sobě francouzský mikrobiolog Félix d'Herelle a jeho britský kolega Frederick Twort.

Když se pustil Luria do studia podstaty dědičnosti, bylo už o tomto jevu ledacos známo, dokonce jeden ze zakladatelů genetiky, americký badatel Thomas Hunt Morgan, měl už pět let Nobelovu cenu za odkrytí úlohy chromozomů při tomto ději, který studoval na octomilce. Zmíněné vyznamenání obdržel jako první z tohoto oboru ve stáří 67 let. Ještě žil Erich von Tschermak, rakouský biolog, jeden ze tří znovuobjevitelů díla Mendelova v r. 1900. Bylo mu také teprve 67 let; dožil se 91. To už dávno před tím nám na Přírodovědecké fakultě Karlovy univerzity přednášel profesor Artur Brožek (1882 - 1934), jeden z průkopníků genetiky u nás, o tom, že se dědí pouze jakýsi hmotný faktor zvaný vloha nebo vrod, učeně panem profesorem géna, který v potomku vyvolá určitou vlastnost; té říkáme znak. Také jsme se dověděli o odskoku vrodu a jiných problémech. To bylo před 70 lety. České názvy se naštěstí neudržely, géna se pomužštila na gen, z jeho odskoku vznikla mutace atp.

Vraťme se však k našemu Luriovi. Dala by se o něm napsat ještě fůra informací, ale o těch se laskavý čtenář lépe doví v originále. Přesto však se zastavme před názvem jeho knížky. Co je vlastně s tím automatem a zkumavkou? Pečlivý čtenář Vesmíru se o tom mohl dovědět už před 10 lety v článku překladatelky Aleny Čechové nazvaném "Dva objevy jednoho vědce" (64, 67, 1985/2).

Na jednom tanečním večírku ještě v Indianě roku 1943 si Luria všiml značné fluktuace (kolísání) výher a proher u hracího automatu a napadla ho při tom obdoba počtu vyhraných mincí s počtem bakterií přeživších útok fágů při jeho pokusech. Spolu s Delbrückem pak podle této zkušenosti zavedl tzv. fluktuační test, kterým prokázal, že bakterie odolné vůči fágům jsou přirozené (spontánní) mutanty; nevznikly tedy teprve působením bakteriofága, jak soudili někteří badatelé. To Luriu proslavilo. Dokázal tím totiž také, že bakterie mají geny, což jim tenkrát mnozí mikrobiologové upírali. Bakterie a fágy se tak staly výbornými modely pro genetická studia, mnohem výhodnějšími než rostliny, mušky nebo plísně. Rostou totiž a množí se nesmírně rychle. Byla to také další invaze matematiky a fyziky (tedy i biochemie) do genetiky, což katalyzovalo její přechod na genetiku molekulární, jakousi speciální biochemii proteinů a nukleových kyselin. V tomto ohledu ovšem velmi přispěla izolace DNA jako látky určující dědičné znaky u pneumokoka, která se podařila ještě za války americkým biochemikům Rockefellerova ústavu v New Yorku. Byli to Oswald Avery, Colin MacLeod a Maclyn McCarty. Mnoho badatelů světových jmen tehdy soudilo, že za to měli být obdařeni Nobelovou cenou. Bohužel nebyli, ač vlastně poprvé pokusně dokázali, že gen je v podstatě molekula DNA, a zároveň vymýtili z hlav některých mikrobiologů utkvělou domněnku, že bakterie geny nemají. Ono šlo vlastně tehdy o podivnou látku, kterou už r. 1927 přenesl známý britský mikrobiolog Fred Griffith z choroboplodných pneumokoků na  hodné , jež nevyvolávají zánět plic, a přeměnil je tak na  zlé , patogenní. Po dlouhá léta se soudilo, že jde o bílkovinu (o životě Averyho vydal r. 1976 René J. Dubos znamenité dílo The Professor, The Institute and DNA ).

Snad stojí za zmínku, především pro mladší čtenáře, že i u nás tento nezvratný důkaz existence genů přijali všichni přírodovědečtí a lékařští racionalisté s nadšením! Záhy však - po bolševickém puči v únoru 1948 - na ně přišly časy zlé. Z Východu, odkud má přicházet podle známého rčení Světlo, přinášeli rozmanití věrozvěsti Temno. Kromě našich filozofů poučovali i přírodovědce, především biology, o sovětských pokrokových vědách . V tomto ohledu se zvláště vyznamenal akademik Trofim Děnisovič Lysenko (1898 - 1976), vyhlášený agrobiolog , a jeho továryšči nohsledi. Na genetiky měli zvláště spadeno, nazývajíce je mendelo-morgano-weismannisty , přičemž jim pomáhali četní naši uvědomělí badatelé přísahající na prostomyslný marxizmus-leninizmus , činíce tak částečně z blbosti, částečně za cizí peníze , jak to trefně nazvali V+W+J. Škoda, že o tom jejich počínání nenapsal něco profesor MUDr. et RNDr. Bohumil Sekla (1901 - 1987) nebo jeho kolega RNDr. Karel Hrubý (1910 - 1962) či jiní mladší, kteří museli čelit útokům této směsice darebáků a naivů. Naštěstí nepolevili. I my, biochemici, jsme byli napadáni, že přednášíme o genech, ale zásluhou rozumných přátel jsme nepřestali - a přežili tuto nedůstojnou středověkou kampaň. Co by tomu asi řekl náš Luria?

Podívejme se však ještě, co vězí za tou jeho rozbitou zkumavkou !

Tehdy už bylo známo, že fág je složen z DNA a proteinu. Napadne-li bakterii, vstoupí DNA dovnitř buňky a tam zorganizuje likvidaci jejích proteinů a DNA na aminokyseliny a nukleotidy; z těchto složek pak vystaví své početné potomky. Když Luria chtěl mechanizmus tohoto děje, tohoto množení fágů objasnit, objevil zvláštní mutanty kolibakterií, které sice fág zničil, ale pak se v nich nepomnožil. Tyto mikroby měl ve zkumavce a stalo se mu, že ji náhle rozbil. Vypůjčil si proto od kolegy bakterie druhu Shigella (původce úplavice). K svému údivu zjistil, že se v nich fág vytvořený jeho mutantem výborně množí. Poznal tak, že tento pozměněný (modifikovaný) fág rostl jen v oné shigelle, mutant kolibakterie omezil (restringoval) jeho možnosti. To byl Luriův další objev, modifikace a restrikce, který přivodilo náhodné rozbití zkumavky. Na tento objev vlastně navázalo dnešní genové inženýrství.

Bylo by možno zmínit se v této recenzi ještě o mnohém z těchto Luriových zajímavých pamětí, zvláště o jeho způsobu výuky a úřadování z kapitoly Učitel a byrokrat , o vztahu k umění z oddílu Cestou imagimace , o politickém smýšlení z další kapitoly nazvané V politické aréně a konečně z poslední, pojmenované Emoce , o jeho citovém životě. Myslím však, že by pak můj posudek příliš narostl, vždyť už teď je poněkud otylý po stručných poznámkách přírodovědeckého rázu. A ty jsem pro čtenáře tohoto časopisu omezit nemohl, proto mně to jistě odpustí a mnozí z nich si to Luriovo povídání rádi přečtou. Kniha, kterou pro nakladatelství Lidové noviny přeložila Alena Čechová, však dosud nevyšla. Je to škoda. Rád bych ji totiž vřele doporučil!