MAX LUDWIG HENNING DELBRÜCK

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.

MAX LUDWIG HENNING DELBRÜCK
(1906–1981)

Max Delbrück se narodil 4. září 1906 v Berlíně jako nejmladší ze sedmi dětí historika válečnictví, profesora na Berlínské univerzitě Hanse Delbrücka a jeho ženy Caroliny rozené Thierschové. Strýc Max Delbrück byl vynikajícím průmyslovým chemikem, strýc Adolf von Harnack předním německým teologem. Děd Carl Thiersch prokázal proti Virchowově doktríně epiteliální původ rakoviny, zavedl sterilizaci kyselinou karbolovou a metodiku transplantace obohatil vynálezem „Thierschova štěpu.“ Praděd Justus von Liebig stanovil koloběh hmoty v živé a neživé přírodě, formuloval teorii minerální výživy rostlin, vypracoval metodiku základní analýzy organických látek a položil základy organické chemie.

Rodina žila v berlínském Grünewaldu a malý Delbrück kradl třešně na zahradě tvůrce kvantové teorie Maxe Plancka. Nebylo mu ještě osm, když začala válka, tři roky nato padl v Řecku bratr Waldemar. To už měl gymnazista Max nad postelí podobiznu Johannese Keplera a na balkoně hvězdářský dalekohled. O Keplerovi mluvil i ve slavnostní řeči na rozloučenou s gymnáziem v roce 1924. Zapsal se na Tübingenské univerzitě, nedařilo se mu však zakotvit. Ve druhém semestru už to zkoušel v Berlíně, pak v Bonnu a znovu v Berlíně, než se v roce 1926 zabydlil na Göttingenské univerzitě a rozepsal doktorskou práci o novách. Jenže astronomii mu z mysli vytěsnila teoretická fyzika, kterou tu přednášel Max Born. Delbrück publikoval matematický důkaz teorému kolegy Eugena Paula Wignera (Ergänzung zur Gruppentheorie der Terme. Z Phys 1928; 51: 181–187) a vysloužil si nabídku asistentury od Borna i radu od jeho asistenta Heitlera, aby místo hvězd řešil raději otázku, proč je kovalentní vazba mezi atomy lithia mnohem slabší než mezi atomy vodíku. Delbrück Heitlera poslechl (Quantitatives zur Theorie der Homöopolaren Bindung. Leipzig: J. A. Barth 1930).

V roce 1929 získal grant na studijní pobyt na Bristolské univerzitě u Johna Edwarda Lennarda-Jonese, objevitele Lennard-Jonesova potenciálu pro interakci dvou neutrálních atomů nebo molekul, přesně stanovitelného u netečných plynů, což bylo zadáním i pro Maxovu bristolskou studii (The Interaction of Inert Gases. Proc R Soc Lond 1930; 129: 686–698). Po nezdaru v göttingenské doktorské ústní zkoušce z teoretické fyziky v prosinci 1929 uspěl na druhý pokus o rok později. V létě 1931 využil stipendia Rockefellerovy nadace k půlročnímu pobytu v Ústavu teoretické fyziky Nielse Bohra v Kodani, další půlrok strávil v Curychu u Wolfganga Pauliho, který po objevu „vylučovacího principu“ matematicky předpověděl existenci neutrina. V Kodani řešil Max s teoretickým fyzikem Georgijem Antonovičem Gamovem problém radioaktivního rozpadu (Übergangswahrscheinlichkeiten von angeregten Kernen. Z Phys 1931; 72: 492–499; s Gamovem), načež Georgij (ve světě George Gamow) zamířil k astrofyzice a „velkému třesku“ a Maxovi se život proměnil 15. srpna 1932 v 10 hodin dopoledne na mezinárodním fototerapeutickém kongresu, když Niels Bohr v přednášce „Light and Life“ představil svou teorii komplementarity, podle níž vlnová a kvantová teorie vyjadřují odlišná hlediska fyzikální skutečnosti, a vyjádřil názor, že tento paradox fyziky lze vztahovat i na biologické jevy. Od té chvíle patřil Delbrückův badatelský zájem biologii.

V září 1932 byl Max v berlínském Ústavu císaře Viléma pro chemii přijat do výzkumné skupiny Otto Hahna jako asistent profesorky experimentální jaderné fyziky Lise Meitnerové, která s Hahnem objevila protaktinium. Při práci na knize o struktuře atomových jader (Der Aufbau der Atomkerne, Natürliche und künstliche Kernumwandlungen. Berlin 1935; s Meitnerovou) měl čas i pro genetika Nikolaje Vladimiroviče Timofejeva-Resovského (v neruských publikacích Timoféeff-Ressovsky) a radiologa Karla Güntera Zimmera, k jejichž studii genetických účinků ionizujícího záření na octomilku přispěl jako autor teoretické části o genech jako trvale stabilních molekulách, které se na metabolismu podílejí jen katalyticky (Über die Natur der Genmutation und der Genstruktur. Nachr Ges Wiss Göttingen 1935; 13: 190–245; s Timofejevem-Resovským a Zimmerem). Mezitím se Hitler stal kancléřem, Einstein odešel do USA a Max Born do Anglie. Delbrück napsal v roce 1937 Thomasi Huntu Morganovi, že by u něho v Kalifornském technologickém institutu („Caltech“) v Pasadeně rád studoval genetiku octomilky. Dostal Rockefellerovo stipendium na rok a Hahn s Meitnerovou mu zaručili znovupřijetí po návratu do Berlína.

V Pasadeně pracoval od října s oblíbenou muškou, vadila mu však její složitost. Biolog Emory Leon Ellis ho pak seznámil s bakteriofágy a nadšený Delbrück je nazval „atomy biologie“. S Ellisem vyvinul experimentální metody pro zkoumání bakteriofágů a matematický systém pro analýzu výsledků experimentů. Průkopnická práce srovnávající množení fága v jednotlivých buňkách bakterie Escherichia coli v jednokrokovém růstovém experimentu zahájila novou éru výzkumu virů (The Growth of Bacteriophage. J Gen Physiol. 1939; 22: 365–384; s Ellisem). Rockefellerova nadace zvažovala, přísluší-li teoretickému fyzikovi zkoumat viry, ale Morgan jeho práci pochválil a Max využil další rok v Caltechu ke studiu kinetiky adsorpce fágových částeček k bakterii a úlohy její lýzy v uvolnění fágového potomstva. Zatím v Berlíně objevila Meitnerová štěpení jádra, ale jako poloviční Židovka přišla o místo a emigrovala do Švédska. V červnu 1939 požádal Max raději nadaci o další pomoc a po skončení stipendia žil v Pasadeně tři měsíce z posledních úspor.

Jedinou instituci ochotnou Delbrücka zaměstnat našla nadace ve městě Nashville ve státě Tennessee: Vanderbiltova univerzita mu nabídla místo „instruktora“ fyziky od 2. ledna 1940. Max okamžitě přijal a v prvních letech vyučoval do úmoru, chtěl však také navázat na pasadenskou práci s fágy, a když dostal laboratorní místnost s jedním mikroskopem, Petriho miskami a pipetami (autokláv a inkubátor měli sousedé), konal tam docela sám všechny své nashvillské pokusy. V roce 1941 se na kongresu fyziků ve Filadelfii setkal se Salvadorem Luriou, o šest let mladším Italem zkoumajícím bakteriofágy na Kolumbijské univerzitě v New Yorku, okamžitě si porozuměli a zahájili spolupráci. Dne 2. srpna 1941 se Max oženil se čtyřiadvacetiletou Mary Adeline („Manny“) Bruceovou. Dvě dcery a dva synové přišli na svět v letech 1947–1962.

V přípravě pokusů s interferencí mezi fágy T1 a T2 napadnuvšími tutéž buňku E. coli izoloval Luria T1-rezistentní varianty bakterie expozicí přirozené T1-senzitivní 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. Max vypracoval „fluktuační test“ hypotéz o původu mutací, jímž statisticky potvrdil spontánní původ T1-rezistentních variant a s Luriou 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 Luriou). Touto studií Delbrück s Luriou položili základ bakteriální genetiky a vytvořili standard pro analýzu a prezentaci experimentálních výsledků v genetickém výzkumu.

Tehdy měl v nashvillském univerzitním klubu přednášku o dva roky mladší biochemik Alfred Day Hershey zkoumající bakteriofágy na saintlouiské Washingtonově univerzitě. Zakrátko se vrátil s pozváním pro Maxe a ten 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 E. coli s nečekanou hlavičkou a ocáskem (Electron Microscope Studies of Bacterial Viruses. J Bacteriol 1943; 46: 57–77; s Luriou a Andersonem).

Když v roce 1945 Erwin Schrödinger v podnětné knize What is Life? připomněl zapomenutý Timofejevův, Zimmerův a Delbrückův článek o povaze a struktuře genů, vstoupil Max, od února „assistant professor“ Vanderbiltovy univerzity, do povědomí mezinárodní vědecké obce. V srpnu vedl první z letních fágových kurzů v Cold Spring Harboru na Long Islandu ve státě New York. V roce 1945 se také stal občanem Spojených států amerických a postupně se dovídal o utrpení rodiny v Německu (berlínský dům v troskách, dva švagři popraveni nacisty, dva švagři zabiti Rusy, bratr Justus vězněn nacisty a zemřel v sovětském lágru). Současně s Hersheyem a nezávisle na něm (spolu nepublikovali jediný článek) v roce 1946 Delbrück objevil genetickou rekombinaci u bakteriofága (Induced Mutations in Bacterial Viruses. Cold Spring Harbor Symp Quant Biol 1946; 11: 33–37; s Baileyem).

Trvalá nouze o prostor i prostředky nutily Delbrücka k úvahám o odchodu z Vanderbiltu do Carnegieova ústavu ve Washingtonu nebo do anglického Manchesteru, blíže zbylým příbuzným v Německu. Koncem roku 1946 však neočekávaně dostal od George Beadlea nabídku profesury biologie v Pasadeně, přijal ji a v roce 1947 byl jmenován. Jako charizmatický intelektuální vůdce vnášející fyzikální a chemické pohledy do biologického studia pozvedl Caltech na světové středisko výzkumu virů. Vedení fágového kurzu předal po třech letech Marku Adamsovi z Newyorské univerzity, nadále pak vedl „fágovou skupinu,“ na jejíž první oficiální schůzce v březnu 1947 se sešlo osm členů k formulaci základních úkolů. V roce 1949 byl zvolen do Národní akademie věd.

Že geny sestávají z DNA, potvrdili Alfred Hershey a Martha Chaseová v roce 1952. Když počátkem následujícího roku James Watson v dopise Maxovi jako prvnímu svěřil podrobnosti struktury dvojité šroubovice DNA, rozloučil se Delbrück s hledáním výkladu genové replikace na principu komplementarity a obrátil pozornost k neurofyziologii, zejména k mechanismu, jímž smyslové receptorové buňky přeměňují podráždění viditelným světlem v chemické a elektrické signály. Hledal jednoduchý pokusný organismus a zvolil fototropní houbu Phycomyces. Vytvořil „fykomycetovou skupinu,“ scházející se každé léto v Cold Spring Harboru. Houba se v následujícím čtvrtstoletí stala prakticky jediným objektem jeho prací (např. Photoreactions in Phycomyces: Growth and Tropic Responses to the Stimulation of Narrow Test Areas. J Gen Physiol 1959; 42: 677–695; s Cohenem), které přinesly důležité poznatky o mechanismu fototropismu, k pochopení přeměny světla v elektrické signály však nepřispěly, neboť fykomyceta je složitý organismus (ideálním „fágem smyslového převodu“ se ukázal být fotoreceptor obratlovců, specializovaný na jedinou funkci).

V rodném Německu stále ještě živořily některé vědní obory, mezi nimi i genetika. Delbrück se přičinil o zřízení a jako hostující profesor v letech 1961–1963 i budování ústavu genetiky na univerzitě v Kolíně nad Rýnem. V roce 1969 přispěl k založení přírodovědecké fakulty nové univerzity v Kostnici (Konstanz) a vracel se tam potom pravidelně jako hostující profesor.

Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu dostala v roce 1969 „za své objevy týkající se mechanismu replikace a genetické struktury virů“ trojice zakladatelů „fágové skupiny“. 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. Max Delbrück měl pak nobelovskou přednášku s názvem odkazujícím na vlastní článek z roku 1949 o biologii z pohledu fyzika (A Physicist’s Renewed Look at Biology – Twenty Years Later. Science 1970; 168: 1312–1315).

V roce 1975 mu zjistili pokročilou koronární nemoc, téhož roku podstoupil operaci pro odchlípení sítnice. Od roku 1977 pokračoval v Caltechu ve studiu fykomycety jako „professor emeritus.“ Závěr vědecké dráhy věnoval shrnutí svých základních filozofických myšlenek (Mind from Matter? American Scholar 1978; 47: 339–353). Rutinní rentgen před plánovaným bypassem odhalil v dubnu 1978 mnohočetný myelom. Během vyčerpávající léčby však Delbrück našel ještě sílu pro poslední publikace o fykomycetě. Objednanou přednášku o osmé Duinské elegii Rainera Marie Rilkeho už v newyorském Středisku poezie nepřednesl. Zemřel v Pasadeně 10. března 1981 uprostřed práce na autobiografii.

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