LAUREÁTI NOBELOVY CENY

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

ARTHUR KORNBERG

(1918–2007)

Narodil se 3. března 1918 v newyorském Brooklynu, kam jeho rodiče Joseph Kornberg a Lena Katzová přišli z rakouské Haliče v roce 1900, čtyři roky před sňatkem. Děd z otcovy strany, původně Queller či Kweller, přijal s příjmením Kornberg totožnost člověka, který si už odbyl vojenskou službu. Otec Joseph, znalý šesti jazyků, pracoval téměř třicet let jako operátor šicích strojů v robotárnách manhattanské Dolní Východní Čtvrti, než si v Brooklynu otevřel železářství, kde pak devítiletý Arthur obsluhoval zákazníky. Malý Kornberg stihl do roku 1933 vychodit v Brooklynu základní školu i Střední školu Abrahama Lincolna, díky stipendiu zahájit v patnácti letech předlékařské studium biologie a chemie na Newyorské městské univerzitě (City College of New York) a v roce 1937 s budoucími laureáty Nobelovy ceny za chemii Herbertem A. Hauptmanem a Jeromem Karlem dosáhnout bakalářského stupně s vyznamenáním. Pak studoval na Lékařské fakultě Rochesterské univerzity, zaujat zejména biochemií enzymů. Když v roce 1939 po rutinní operaci žlučníku zemřela jeho matka na plynatou sněť, stala se předmětem jeho trvalého zájmu také sporulace. Vlastní hyperbilirubinémie ho přivedla k průzkumu výskytu tohoto jevu mezi studenty a k první publikaci (Latent Liver Disease in Persons Recovered from Catarrhal Jaundice and in Otherwise Normal Medical Students as Revealed by the Bilirubin Excretion Test. J Clin Invest 1942; 21: 299–308).

Po dosažení doktorátu lékařství na Rochesterské univerzitě v roce 1941 pracoval jako internista-sekundář v přidružené místní nemocnici (Strong Memorial Hospital). Marně se ucházel o výzkumné granty a za svým neúspěchem cítil antisemitismus. Na počátku 2. světové války vstoupil v roce 1942 do armády a v hodnosti poručíka Pobřežní stráže Spojených států sloužil jako lodní lékař v Karibském moři. A právě tehdy si jeho publikační prvotinu o žloutence přečetl ředitel Státního ústavu zdraví (National Institute of Health) Rolla Eugene Dyer, nabídl mu práci ve výzkumu výživy a zařídil jeho převedení z námořnictva. Ještě téhož roku nastoupil Kornberg jako výzkumník v laboratoři Odboru výživy Státního ústavu zdraví v Bethesdě ve státě Maryland, aby zpočátku krmil krysy zvláštními dietami za účelem hledání nových vitaminů (Mechanism of Production of Vitamin K Deficiency in Rats by Sulfonamides. Journal of Biological Chemistry 1944; 155 (1): 193–200 (s Daftem a Sebrellem)). 21. listopadu 1943 se oženil s biochemičkou Sylvy Ruth Levyovou, budoucí matkou tří synů a spolupracovnicí na řadě studií. Během deseti let práce v Bethesdě prohloubil své vědomosti o tvorbě, izolaci a purifikaci enzymů při třech studijních pobytech: v roce 1946 u prof. Severa Ochoy na Newyorské univerzitě, v roce 1947 u prof. Carla Coriho a jeho ženy Gerty na Washingtonově univerzitě v Saint Louis a v roce 1951 u prof. Horace Alberta Barkera na Kalifornské univerzitě v Berkeley. Po návratu ze Saint Louis, kde se 24. dubna 1947 narodil jeho nejstarší syn Roger, vybudoval a řídil Arthur Kornberg v Bethesdě Enzymové oddělení Státního ústavu zdraví. Krátce nato přišli na svět synové Thomas Bill (1948) a Kenneth Andrew (1950).

V laboratoři Coriových se Kornberg zabýval objasňováním přítomnosti anorganického pyrofosfátu v jaterní tkáni, přičemž objevil roli koenzymu nikotinamidadenindinukleotidu (NAD) v buněčném dýchání. Hledal enzym pro štěpení NAD a ve výtažku z brambor objevil nukleotidpyrofosfatázu, štěpící NAD i mnoho podobných sloučenin. Pak pátral po enzymu pro reakci opačného směru, objevil NAD-syntetázu a zjistil, že produktem reakce je vedle NAD i pyrofosfát. Studii, v níž pokračoval v Bethesdě s užitím radioaktivních izotopů ke stopování syntézy v buněčných extraktech, publikoval ve čtyřech článcích (mj. Enzymatic Cleavage of Diphosphopyridine Nucleotide with Radioactive Pyrophosphate. J Biol Chem 1951; 191 (2): 535–541 (s Pricerem)) a získal za ni enzymologickou cenu Americké chemické společnosti (Paul Lewis Award) pro rok 1951.

V roce 1953 složil Kornberg funkci lékařského ředitele v Bethesdě, aby se stal profesorem mikrobiologie a přednostou Mikrobiologického ústavu Lékařské fakulty Washingtonovy Univerzity v Saint Louis. Bylo to krátce po Watsonově a Crickově objevu dvojité šroubovice DNA a Kornberg si stanovil cíl vytvořit její makromolekulu uměle. Katalyzátor nalezl v roce 1956, když z bakterie Escherichia coliizoloval a purifikoval enzym pro syntézu DNA a nazval jej DNA-polymeráza (dnes DNA-polymeráza I, někdy také „Kornbergův enzym“). S kolegy pak studoval jeho funkce a v roce 1957 provedl první syntézu DNA, ale nečistoty směsi ve zkumavce překážely v přesné replikaci a syntetizovaná molekula DNA s nesprávnou sekvencí nukleosidů byla biologicky inaktivní. I takto však Kornberg prokázal, že DNA-polymeráza katalyzuje tvorbu kopií DNA, a objevil nezbytnost přítomnosti šablony DNA a přítomnosti deoxytrifosfátů čtyř nukleosidů (dATP, dTTP, dCTP, dGTP) k tvorbě věrných kopií DNA (Reversible Synthesis of Polyribonucleotides with an Enzyme from Escherichia coli. J Biol Chem 1957; 226 (2): 1077–1092 (s Littauerem)). Další dva Kornbergovy články pak po „nesmírně jízlivém dopisu“ objevitele vztahů komplementarity ve struktuře DNA Erwina Chargaffa nechtěla redakce Journal of Biological Chemistry přijmout. Kornberg byl po prudké výměně názorů rozhodnut stáhnout je, když tu převzal redakci časopisu průkopník fyzikální chemie proteinů John Tileston Edsall a hned oba články publikoval (Enzymatic Synthesis of Deoxyribonucleic Acid. I. Preparation of Substrates and Partial Purification of an Enzyme from Escherichia coli. J Biol Chem 1958; 233 (1): 163–170 (s Lehmanem, Bessmanem a Simmsem), II. General Properties of the Reaction. J Biol Chem 1958; 233 (1): 171–177 (s Bessmanem, Lehmanem a Simmsem)).

Příznivý obrat vedl k tomu, že už v roce 1959 získal Kornberg „za svůj objev mechanismů v biologické syntéze deoxyribonukleové kyseliny“ polovinu Nobelovy ceny, stejně jako jeho newyorský školitel Severo Ochoa za obdobné zásluhy na poli syntézy RNA. V úvodním projevu na stockholmské slavnosti 10. prosince 1959, kde byl mezi laureáty i československý chemik Jaroslav Heyrovský, zdůraznil člen profesorského sboru Královského karolinského institutu a nositel Nobelovy ceny Axel Hugo Theorell, že Kornbergův výzkum „objasnil mnohé otázky regenerace a kontinuity života.“ V nobelovské přednášce následujícího dne přirovnal Kornberg DNA k „pásce se záznamem sdělení zvláštních instrukcí, co má být vykonáno,“ z něhož „mohou být vytvořeny přesné kopie, … takže tato informace může být použita znova a jinde v čase i prostoru“ (The Biologic Synthesis of Deoxyribonucleic Acid. Science 1960; 131 (3412): 1503–1508). Objev DNA-polymerázy a syntéza DNA prohloubily pochopení biochemického základu genetiky, podnítily rozvoj technik genetického inženýrství a tvorbu mnoha léků proti nádorům, autoimunitním chorobám, AIDS a jiným virovým infekcím. Podle Kornberga to přesvědčivě dokazuje význam základního výzkumu pro praktický pokrok lékařství.

Čerstvý laureát začal budovat biochemický ústav lékařské fakulty v novém kampusu Stanfordovy univerzity v kalifornském Palo Alto, kam byl téhož roku povolán jako profesor biochemie. S rodinou bydlel na Golden Oak Drive v Portola Valley nad Palo Alto a Sanfranciskou zátokou. Pod jeho vedením a s ideální, po čtyřicet let soudržnou sestavou spolupracovníků (Robert Baldwin, Paul Berg, David Hogness, Dale Kaiser, Robert Lehman) vyrostl ústav v jedno z nejpřednějších biochemických pracovišť v USA. V roce 1961 vynalezl Kornberg s doktorandem Johnem Jossem metodu stanovení frekvence sousedství jednotlivých nukleotidů v šabloně i v produktu pomocí radioaktivního značkování a touto „metodou nejbližšího souseda“ potvrdil, že řetězce DNA v dvojšroubovici běží vzájemně opačným směrem (Enzymatic Synthesis of Deoxyribonucleic Acid. VIII. Frequencies of Nearest Neighbor Base Sequences in Deoxyribonucleic Acid. J Biol Chem 1961; 236 (3): 864–875 (s Jossem a Kaiserem)).

S chicagským biochemikem a bývalým stanfordským doktorandem Mehranem Goulianem překonával Kornberg překážky syntézy aktivní DNA: vyčistili DNA-polymerázu od kontaminujících nukleáz poškozujících rostoucí řetězec DNA, biofyzik Robert Sinsheimer z Kalifornského institutu technologie jim našel nekomplikovanou šablonu v genomu viru Phi X174, napadajícího bakterii Escherichia coli. Zbývala potíž se strukturou genomu: Jednoduchý kruhový řetězec DNA je třeba otevřít, aby sloužil jako šablona, a po syntéze opět uzavřít, aby mohl infikovat bakterii. I tato překážka padla, když v roce 1966 Kornberg s kolegy objevil ligázu – enzym uzavírající kruhový řetězec DNA. Z materiálu složeného ze šablony, čtyř nukleotidových podjednotek DNA, DNA-polymerázy a ligázy pak syntetizoval účinný umělý genom viru Phi X174 a přidal jej ke kultuře escherichie: Infikované bakterie ihned zastavily normální syntetickou aktivitu a začaly tvořit kopie DNA bakteriofága. Tak v roce 1967 Kornberg s Goulianem syntetizoval biologicky aktivní DNA ve zkumavce (Enzymatic Synthesis of DNA. XXIII. Synthesis of Circular Replicative Form of Phage [Phi] X174 DNA. Proc Natl Acad Sci USA 1967; 58: 1723–1730 (s Goulianem), XXIV. Synthesis of Infectious Phage [Phi] X174 DNA. Proc Natl Acad Sci USA 1967; 58: 2321–2328 (s Goulianem a Sinsheimerem)). Světový tisk psal o „stvoření života ve zkumavce.“

V roce 1969 se Kornberg vzdal vedení stanfordského ústavu biochemie, aniž přestal pracovat jako profesor. Věhlasu světově proslulého vědce užíval k prosazování nadosobních cílů. V roce 1975 vystoupil před sněmovním podvýborem pro zdravotnictví a životní prostředí proti rozpočtovým škrtům na úkor dlouhodobého základního výzkumu ve Státních ústavech zdraví (NIH, Alma Mater. The Pharos, (July 1975): 98–101), téhož roku byl mezi 33 laureáty Nobelovy ceny, žádajícími předsedu prezidia Nejvyššího sovětu SSSR Nikolaje Podgorného, aby Andrej Sacharov směl ve Stockholmu převzít Nobelovu cenu za fyziku. V roce 1986 zemřela po dlouhé nemoci jeho žena a spolupracovnice Sylvy, dva roky nato se Kornberg oženil s Charlene Walsh Leveringovou. Na Stanfordu působil od roku 1988 nadále jako aktivní „professor emeritus“ až do konce života. Pevné přesvědčení, že k racionální medicíně lze dospět jen hlubokým pochopením biochemie, zvláště pak podrobným poznáním enzymů, odráží jeho autobiografie (For the Love of Enzymes: The Odyssey of a Biochemist. Cambridge, MA: Harvard University Press 1989s).

Od roku 1991 obracel pozornost od replikace DNA k anorganickému polyfosfátu, reliktu prebiotického vývoje nalézanému v každé bakteriální, rostlinné i živočišné buňce a přehlíženému jako nezajímavá fosilie. Kornberg, který objevil řadu významných funkcí anorganického polyfosfátu v odpovědi na zátěž, v motilitě a virulenci u některých významných patogenů, trpce nesl, že při všeobecné honbě za granty v éře úsporných rozpočtů není nikdo ochoten dělat něco tak smělého a tvořivého. Sám věnoval polyfosfátu dlouhou řadu publikací, počínaje článkem A Soluble Exopolyphosphatase of Saccharomyces cerevisiae. Purification and Characterization. J Biol Chem 1994; 269 (15): 10996–11001 (s Wurstem) a konče článkem A Polyphosphate Kinase 1 (ppk1) Mutant of Pseudomonas aeruginosa Exhibits Multiple Structural and Functional Defects. Proc Natl Acad Sci USA 2007; 104 (9): 3526–3531 (s Fraleyem et al.).

V roce 1995 zemřela jeho druhá manželka Charlene a po třech letech se osmdesátník oženil potřetí s Carolyn Frey Dixonovou. Enzymologii replikace DNA věnoval článek stylizovaný podle starozákonního Desatera včetně archaického „Thou shalt…“ (Ten Commandments: Lessons from the Enzymology of DNA Replication. J Bacteriol 2000; 182 (13): 3613–3618). K blížícímu se jubileu Journal of Biological Chemistry přispěl memoárovým článkem (Remembering Our Teachers (Reflections: A Paper in a Series Commissioned to Celebrate the Centenary of the JBC in 2005). J Biol Chem 2001; 276 (1): 3–11). Když v roce 2006 získal profesor strukturální biologie na Stanfordu Roger David Kornberg „za své studie molekulárního základu eukaryotické transkripce“ Nobelovu cenu za chemii, stal se Arthur Kornberg šestým laureátem, jehož syn této pocty rovněž dosáhl. Druhý syn Thomas Bill, profesor biochemie a biofyziky na Kalifornské univerzitě v San Francisku, objevil v roce 1970 DNA-polymerázy II a III, třetí syn Kenneth Andrew je architektem biomedicínských a biotechnologických laboratoří.

Na svém univerzitním pracovišti zkoumal Arthur Kornberg anorganický polyfosfát ještě několik dní před smrtí. Zemřel ve věku 89 let 26. října 2007 ve Stanfordské nemocnici na respirační selhání.

MUDr. Pavel Čech

Kabinet dějin lékařství 3. LF UK

Ruská 87, 100 00 Praha 10

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