SEVERO OCHOA

Nobelovu cenu za rok 1959 získali za objev mechanismů biologické syntézy ribonukleové a deoxyribonukleové kyseliny Severo Ochoa a Arthur Kornberg.

SEVERO OCHOA

(1905–1993)

Nejmladší ze sedmi dětí právníka a podnikatele téhož jména a Carmen rozené de Albornoz přišel na svět 24. září 1905 v městečku Luarca na pobřeží severošpanělské Asturie. Bylo mu sedm let, když otec zemřel a osiřelá rodina se přestěhovala do Málagy. Zde vychodil Severo školy včetně bakalářského Instituto de Bachillerato de Málaga, kde ho profesor chemie Rodejas přivedl k tak živému zájmu o přírodovědu, že chlapec začal studovat dílo jediného španělského nositele Nobelovy ceny (NC) za některou z věd Santiaga Ramóna y Cajala (1852 až 1934, NC 1906). Když pak v roce 1921 jako šestnáctiletý dosáhl bakalářského titulu, věnoval další rok přírodovědě, než se zapsal na lékařskou fakultu v Madridu – ke svému zklamání právě poté, co tam sedmdesátiletý Ramón y Cajal své působení profesora histologie a patologické anatomie skončil. Severovým snem byl laboratorní výzkum, jeho nejoblíbenější knihou se stala Arthusova učebnice fyziologie. Na katedře fyziologie, jejímž přednostou byl prof. Juan Negrín y López (1892–1956), začal pracovat na konci druhého ročníku, od třetího ročníku jako asistent. Léto 1927 strávil u prof. Diarmida NoĎla Patona (1859–1929) na Ústavu fyziologie Glasgowské univerzity, o rok později navštívil v Ústavu císaře Viléma pro biologii v Berlíně-Dahlemu prof. Otto Fritze Meyerhofa (1884–1951, NC 1922). V roce 1929 pak získal v Madridu doktorát lékařství s vyznamenáním.

Téhož roku publikoval práci věnovanou funkci a metabolismu kreatinu a kreatininu (A Micro Method for the Estimation of Total Creatinine in Muscle. J Biol Chem 1929; 81(2): 351–357 (s Valdecasasem)) a v letech 1929 až 1931 jako stipendista Španělské rady pro vědecký výzkum studoval biochemii a fyziologii svalového stahu u Meyerhofa v Berlíně a pak v Heidelbergu, kam byl Meyerhof koncem roku 1929 povolán jako ředitel nového Ústavu císaře Viléma pro lékařský výzkum. Ochoa později označil Meyerhofa za učitele, který jeho zrání a směřování nejvíce ovlivnil. 8. července 1931 se Severo oženil s Carmen García Cobiánovou, dcerou asturského právníka a obchodníka, a vrátil se na madridskou univerzitu jako docent fyziologie. Příští dva roky však strávil v londýnském Národním ústavu pro lékařský výzkum: první rok v laboratoři spoluobjevitele ergometrinu Harolda Warda Dudleye (1887–1935), kde při studiu glyoxalázy objevil antiglyoxalázový účinek pankreatických výtažků a jejich vliv na glykolýzu ve výtažcích ze svalu, druhý rok věnoval studiu vlivu nadledvinek na chemii svalového stahu u Henryho Halletta Dalea (1875–1968, NC 1936).

Po návratu do Madridu v roce 1933 dostal nabídku místa přednosty fyziologického oddělení právě zřizovaného Ústavu pro lékařský výzkum. Ochoa nabídku přijal a studoval tu glykolýzu v myokardu, když přišel rok 1936 a s ním občanská válka. Na jejím začátku se prof. Negrín stal ministrem financí a později předsedou vlády, kdežto jeho bývalý student Severo zvolil odchod: v září 1936 s manželkou emigroval do Německa a nastoupil opět v Heidelbergu u Meyerhofa. Zkoumal tu působení kozymázy, později zvané difosfopyridinnukleotid (DPN) a dnes nikotinamidadenindinukleotid (NAD). Inspirující pobyt v Heidelbergu však netrval ani rok: Pronásledovaný Žid Meyerhof se prozíravě rozhodl nacistické Německo opustit. Dříve však, než se v roce 1938 uchýlil do Paříže a později za moře, postaral se o budoucnost Severa i Carmen Ochoových, když koncem roku 1937 oběma zajistil půlroční práci u svého podílníka na NC 1922 Archibalda Viviana Hilla (1886–1977) v Mořské biologické laboratoři v britském Plymouthu.

Zásluhou tamních kolegů pak Ochoa v roce 1938 získal místo výzkumného asistenta v biochemické laboratoři prof. Rudolpha Alberta Peterse (1889–1982) v Oxfordu, kde ho při studiu úlohy thiaminpyrofosfátu v metabolismu pyruvátu upoutala aerobní fosforylace (Vitamin B(1) and cocarboxylase in animal tissues. Biochem J 1938; 32(9): 1501–1515 (s Petersem)), objevil obligátní spojení fosforylace s oxidací pyrohroznové kyseliny v mozku (Pyruvate oxidation in brain: The active form of vitamin B(1) and the role of C(4) dicarboxylic acids. Biochem J 1939; 33(7): 1109–1121 (s Bangou a Petersem)), určil poměr počtu vázaných fosfátů na spotřebovaný atom kyslíku (P : O) kolem 3 : 1, objevil nezbytnost kovových iontů hořčíku nebo manganu pro příjem kyslíku tkáněmi a prokázal, že oxidace je spojena s fosforylací AMP na ATP, následovanou přenosem fosfátu z ATP na sacharid (Pyruvate oxidation in brain: Some dialysable components of the pyruvate oxidation system. Biochem J 1939; 33(12): 1980–1996 (s Bangou a Petersem)).

Vstup do války poznamenal veškerou výzkumnou činnost ve Velké Británii a přiměl Severa Ochou přijmout v roce 1941 pozvání z Washingtonovy univerzity v Saint Louis v americkém státě Missouri. Tamní farmakologický ústav prof. Carla Coriho (1896–1984, NC 1947) získal světovou proslulost díky průkopnické práci přednosty i jeho ženy Gerty Coriové (1896–1957, NC 1947) ve výzkumu metabolismu sacharidů. Ochoa si tu za půldruhého roku (1941–1942) jako výzkumný asistent farmakologie dokonale osvojil metodiku studia enzymů.

V roce 1942 byl přijat jako lékařský výzkumný pracovník na Newyorskou univerzitu (NYU), aniž mohl po dosavadním kočování Evropou i Amerikou tušit, že tu zakotví na 32 let (1942–1974). V Bellevue Psychiatric Hospital se poprvé v životě zapojil do výuky studentů. Byl jmenován mimořádným profesorem biochemie (1945) a řádným profesorem a přednostou ústavu farmakologie (1946). V roce 1948 publikoval sérii tří článků o biosyntéze trikarboxylových kyselin vazbou karbondioxidu (Biosynthesis of Tricarboxylic Acids by Carbon Dioxide Fixation): v prvním (I. Preparation and Properties of Oxalosuccinic Acid. J Biol Chem 1948; 174: 115–122) popsal syntézu šťavelojantarové kyseliny (OSA), izolované precipitací ve formě nerozpustné baryové soli, účinek kovových kationtů na dekarboxylaci OSA a vliv hořčíkových a manganových iontů na její štěpení. Ve druhém článku (II. Oxalosuccinic Carboxylase. J Biol Chem 1948; 174: 123–132 (s Weisz-Taboriovou)) popsal, jak dekarboxylaci OSA podporuje enzym z vepřového myokardu (nazval jej „OSA-karboxyláza“), ale jen v přítomnosti manganových iontů v roztoku. Ve třetím článku (III. Enzymatic Mechanisms. J Biol Chem 1948; 174: 133–172) popsal podmínky pro enzymatickou karboxylaci a dekarboxylaci trikarboxylových kyselin citronové a izocitronové.

V časných 50. letech izoloval trifosfopyridinnukleotid, důležitý pro fotosyntézu. Zkoumal Hansem Adolfem Krebsem (1900–1981, NC 1953) objevený cyklus kyseliny citronové, v němž jsou živiny metabolizovány v adenozintrifosfát (ATP), poskytující buňce energii; zjistil, že spálením molekuly glukózy s kyslíkem vzniká 36 molekul ATP, a objasnil mechanismus Krebsova cyklu, když izoloval enzymy citrátsyntetázu, izocitrátdehydrogenázu a malátdehydrogenázu (Enzymic mechanisms in the citric acid cycle. Advances in enzymology and related subjects of biochemistry 1954; 15: 183–270). V roce 1954 se vzdal vedení farmakologie, když byl jmenován řádným profesorem a přednostou ústavu biochemie Lékařské fakulty NYU. Tehdy obrátil pozornost k výzkumu nukleových kyselin: Už dříve jiní úspěšně syntetizovali nukleotidy, avšak spojit je v makromolekuly nukleových kyselin nedokázali. Ochoa pátral po příslušném enzymu a v roce 1955 s francouzskou Ruskou Marianne Grunberg-Managovou (nar. 1921) objevil, z mikroba Azotobacter vinelandii izoloval a purifikoval polynukleotidfosforylázu, představil ji jako enzym pro syntézu RNA a syntetizoval ve zkumavce RNA s různou skladbou bází, díky čemuž rozluštil tripletový kód pro jedenáct aminokyselin (Enzymatic Synthesis of Nucleic Acidlike Polynucleotides. Science 1955; 122: 907–910 (s Grunberg-Managovou a Ortizovou), Enzymatic Synthesis and Breakdown of Polynucleotides: Polynucleotide Phosphorylase. J Am Chem Soc 1955; 77: 3165–3166 (s Grunberg-Managovou)). Následujícím výzkumníkům tak připravil cestu k rozluštění genetického kódu.

V roce 1956 získali manželé Ochoovi americké občanství a Severo z materiálu RNA vytvořil umělý virus ve zkumavce. Dalšími pracemi potvrdil, že struktura syntetických polymerů je po všech stránkách shodná se strukturou přirozené RNA, a objevil nezbytnost přítomnosti malého množství produktu v reakční směsi jakožto rozbušky ke spuštění syntézy RNA (Studies on Polynucleotides Synthesized by Polynucleotide Phosphorylase: I. Structure of Polynucleotides with One Type of Nucleotide Unit. J Biol Chem 1957; 229: 679–694 (s Heppelem a Ortizovou), II. Structure of Polymers containing a Mixture of Bases. J Biol Chem 1957; 229: 695–711 (s Heppelem a Ortizovou).

Po Španělu Ramónu y Cajalovi (1906) a Portugalci Monizovi (1949) se Ochoa stal třetím nositelem Nobelovy ceny za některou z věd, narozeným na Pyrenejském poloostrově. On a jeho bývalý postgraduální student Arthur Kornberg se o cenu za rok 1959 podělili rovným dílem „za svůj objev mechanismů biologické syntézy ribonukleové kyseliny a deoxyribonukleové kyseliny”. Na slavnosti ve Stockholmu v úterý 10. prosince 1959 byl mezi laureáty i československý chemik Jaroslav Heyrovský, vynálezce polarografie. Ochou a Kornberga uvedl člen profesorského sboru Královského karolinského institutu Axel Hugo Theodor Theorell (NC 1955). Úsilí vypátrat postup, jakým příroda tvoří složité nukleové kyseliny, označil za hrdinské. Každý z obou vědců dosáhl syntézy jiným způsobem. Ochoa izoloval enzym pro spojování ribonukleotidů v molekuly shodné s molekulami přirozených nukleových kyselin a odhalil význam přítomnosti malého množství produktu pro spuštění syntézy. Theorell vyjádřil přesvědčení, že na Ochoově a Kornbergově díle vyrostou brzy významné objevy v biochemii, virologii, genetice a výzkumu rakoviny.

Dne 11. prosince 1959 hovořil Ochoa v nobelovské přednášce Enzymatic Synthesis of Ribonucleic Acid o rozdílné úloze nukleových kyselin o tom, jak izoloval enzym katalyzující syntézu RNA z nukleosidů totožné s přirozenou, a vylíčil, jak zjistil nezbytnost přísady cílového produktu pro spuštění reakce. Zdůraznil Kornbergovu zásluhu o poznání mechanismu replikace druhé nukleové kyseliny – DNA, což může dospět k syntéze genetického materiálu ve zkumavce. Je-li RNA genetickým materiálem některých virů, může toto dílo „dláždit cestu umělé syntéze biologicky aktivní virové RNA“, tedy pro samotné viry, což může znamenat první kroky v syntéze živé hmoty (Enzymatic Synthesis of Ribonucleic Acid. Les Prix Nobel, Stockholm 1960. Nobel Lectures, Amsterdam 1964).

Brzy nato se ukázalo, že v otázce enzymu se Ochoa mýlil a jeho závěry platí jen in vitro, neboť v přirozeném prostředí naopak polynukleotidfosforyláza katalyzuje štěpení RNA, nikoli její syntézu. Čtyři samostatné skupiny badatelů (Weissova, Hurwitzova, Stevensova a Bonnerova) izolovaly v roce 1960 z Eschierichia coli skutečnou RNA-polymerázu vyžadující rozbušku a ionty hořčíku, užívající jako substrát všechny čtyři nukleosidtrifosfáty a syntetizující produkt o skladbě podobné rozbušce. Všeobecnou vážnost Ochoova díla ani jeho autoritu průkopníka molekulární biologie však poznání dílčího omylu nesnížilo (mnohem později řekl Arthur Kornberg, že zdůvodnění Nobelovy ceny pro Ochou by snad mělo být přeformulováno, avšak „jeho příspěvek biochemii je gigantický“). Uctívaný vědec žil s chotí Carmen ve Forest Hills v newyorském správním obvodu Queens, od 60. let bydleli v 10. podlaží domu na manhattanské 72. ulici s vyhlídkou na East River. Vysoký šedovlasý elegán dvorných způsobů, neustále zahalený v cigaretovém kouři, s oblibou poslouchal Bacha, Mozarta nebo Beethovena a věnoval se barevné fotografii.

V roce 1971 byl jmenován ředitelem Laboratorio de Biología Molecular de la Universidad Autónoma de Madrid, zůstal však v USA. Po rezignaci na funkci přednosty biochemie NYU (1974) odmítl nabídku emeritní profesury a pokračoval ve výzkumu syntézy proteinů a replikace RNA-virů v Roche Institute of Molecular Biology v New Jersey. Jeho 70. narozeninám byla věnována sympozia v Barceloně a Madridu a pod Kornbergovou redakcí vyšel soubor všech jeho prací ve třísvazkových Reflections on Biochemistry (1975). Byl vyznamenán americkou Národní medailí vědy (1979) a dostalo se mu mnoha dalších poct včetně tří desítek čestných doktorátů. Svou celoživotní práci popsal jako „pěstování koníčka“ (The pursuit of a hobby. Ann Rev Biochem 1980; 49: 1–30).

Ve věku 80 let (1985) se vrátil do rodného Španělska jako profesor biologie na Universidad Autónoma de Madrid. Vybudovali tu pro něho Centro de Biología Molecular de Madrid. Triumfální návrat však v květnu 1986 zastínila smrt jeho ženy Carmen, která mu byla po celých 55 let pevnou oporou. Tato ztráta zahalila poslední Ochoova léta těžkým smutkem. V červnu 1993 ještě v jeho přítomnosti představil novinář Mariano Gómez-Santos v Madridu životopisnou knihu La emoción de descubrir (Vzrušení z objevování). Dne 1. listopadu 1993 pak Severo Ochoa zemřel v Madridu na pneumonii.  

MUDr. Pavel Čech

Kabinet dějin lékařství 3. LF UK

Ruská 87, 100 00 Praha 10

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