Christian René de Duve

V roce 1974 získali Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu tři badatelé na poli buněčné biologie – belgicko-americký cytolog a onkolog Albert Claude, v Anglii narozený belgický biochemik a cytolog Christian René de Duve a rumunsko-americký cytolog George Emil Palade.

CHRISTIAN RENÉ DE DUVE

(*1917)

Vpád německé armády do Belgie na začátku první světové války vyhnal odtud mladou manželskou dvojici. Obchodník Alphonse de Duve a jeho žena Madeleine rozená Pungsová se usadili ve vsi Thames Ditton při jihozápadním okraji Londýna a tam se jim 2. října 1917 narodil syn Christian. Po skončení války se rodina v roce 1920 vrátila do vlasti, kde prožil chlapec ve vlámských Antverpách dětství až do maturity na jezuitské koleji. Díky původu rodičů i stěhování mluvil už tehdy plynně čtyřmi jazyky.

V roce 1934 se Chistian zapsal ke studiu na Katolické univerzitě v Lovani. Byl vybaven klasickým humanitním vzděláním a silně přitahován literaturou, přesto však se rozhodl studovat medicínu. Tehdejší výuka dopřávala studentům dost volného času a ti dobří jej zpravidla užívali k práci v laboratořích. De Duve, jehož původním úmyslem bylo stát se praktickým lékařem, vstoupil v roce 1935 do fyziologické laboratoře a připojil se ke skupině zkoumající pod vedením profesora Josepha P. Bouckaerta mechanismy účinku inzulinu na vstřebávání glukózy. Christian si osvojoval profesorovo přísné analytické myšlení a svou budoucnost začal spojovat s výzkumem.

Závěr jeho studií přerušila druhá světová válka. Jako voják se účastnil marného osmnáctidenního odporu belgické armády proti německé přesile a po kapitulaci 28. května 1940 padl do zajetí, využil však všeobecného zmatku k útěku ze zajateckého tábora a vrátil se do Lovaně dostudovat.

Při promoci v roce 1941 už na praktickou medicínu nemyslel. Jedinou jeho ctižádostí bylo objasnit mechanismus působení inzulinu. Hltal odbornou literaturu a nabyl přesvědčení, že tento problém si žádá řešení biochemickými metodami. Výzkumnou činnost však tehdy ochromoval nedostatek prostředků, a tak se Christian rozhodl, že zatím vystuduje chemii. Živil se klinickou prací v onkologickém ústavu, kde mu velkorysý profesor Joseph Maisin s porozuměním vytvářel podmínky pro skromný výzkum i tvrdé studium. Za čtyři roky získal de Duve hodnost „Licencié en Sciences Chimiques.“

Dne 30. září 1943 se oženil s Janine Hermanovou, dcerou lékaře. Narodily se jim pak čtyři děti: Thierry (budoucí profesor teorie moderního umění), Anne, Franćoise a Alain.

V letech 1944–1946 publikoval sérii článků o nových výzkumech působení inzulinu, kde mimo jiné zjištěním, že po injekci supramaximální dávky inzulinu potřebují hepatektomovaní psi k udržení normoglykémie mnohem méně glukózy než intaktní jedinci, prokázal játra jako hlavní cílovou oblast inzulinu (Nouvelles recherches concernant l’action de l’insuline. 2. Action de l’insuline chez l’animal normal, hépatectomisé et éviscéré. Arch Int Pharmacodyn Thér 1945; 70: 78–98; s de Nayerem, van Oostveldtem a Bouckaertem). Doktorská práce o mechanismu působení inzulinu mu v roce 1945 vynesla hodnost „Agrégé de l’Enseignement Supérieur“, několik článků a čtyřsetstránkovou knihu (Glucose, insuline et diabŹte. Bruxelles: Goemaere – Paris: Masson 1945). V zájmu dalších pokroků svého výzkumu pokračoval ve studiu biochemie. V roce 1946 získal za práci o purifikaci penicilinu magisterský titul v chemii (L’adsorption de la pénicilline par les charbons actifs. Bull Soc Chim Biol 1947; 29: 367–369; se Somerem).

Díky širokému rozhledu v literatuře oboru pomyslil v květnu 1944 na látku upadlou po objevu Murlinem a Kimbellem v roce 1923 téměř v zapomnění – glukagon, hyperglykemickou nečistotu držící se v inzulinu i po několik purifikačních kroků, odstranitelnou však krystalizací – a prokázal, že americký Lilly-inzulin je kontaminován glukagonem, kdežto dánský Novo-inzulin nikoliv, což potvrdil pokusem, při němž pouze injekcí Lilly-inzulinu vyvolal u králíka počáteční hyperglykemii (The Action of Insulin. Physiol Rev 1947; 27: 39–71; s Bouckaertem). Společnost Lilly tím přiměl ke zdokonalení purifikace výrobku.

V letech 1946–1947 strávil 18 měsíců v Theorellově laboratoři Nobelova lékařského institutu ve Stockholmu, kde dosáhl krystalizace lidského myoglobinu (Human Myoglobin from Heart-Muscle and Urine. Arch Biochem 1947; 12: 113–124; s Theorellem). Potom jako stipendista Rockefellerovy nadace pobyl 6 měsíců na Washingtonově univerzitě v Saint Louisu v americkém státě Missouri u Carla a Gerty Coriových, které v prosinci čekala cesta pro Nobelovu cenu. Sdílel tehdy laboratoř i práci s Earlem Sutherlandem. Všech těchto pět budoucích laureátů Nobelovy ceny oplývalo znamenitou technikou a kritickým myšlením. De Duve se Sutherlandem prokázal tvorbu glukagonu nejen ve slinivce, ale také v žaludeční sliznici i jinde v trávicím traktu, a lokalizoval ji do buněk alfa (Origin and Distribution of the Hyperglycemic-Glycogenolytic Factor of the Pancreas. J Biol Chem 1948; 175: 663–674; se Sutherlandem). Sám později od Sutherlandova synonyma „hyperglykemicko-glykogenolytický faktor“ přešel opět k původnímu názvu „glukagon.“

V prosinci 1947 se vrátil jako lektor fyziologické chemie na lovaňskou lékařskou fakultu. Jeho skupinu v malé výzkumné laboratoři tvořili mladý lékař Henri Gery Hers a skvělí studenti Henri Beaufay, Robert Wattiaux, Pierre Jacques, Pierre Baudhuin a především Jacques Berthet, který byl de Duveovi tím, čím byl Bantingovi Best. Budování lovaňské laboratoře financovala společnost Lilly, nedávno Christianem usvědčená z kontaminace inzulinu glukagonem.

De Duve se nyní specializoval na subcelulární biochemii a cytologii. Pomocí centrifugace a frakcionace buněk studoval distribuci enzymů v jaterních buňkách krysy. V roce 1949 zkoumal se svou skupinou působení inzulinu na jaterní buňky. Pokoušel se v nich lokalizovat glukóza-6-fosfatázu, v buněčných extraktech nacházel její vysokou aktivitu, při pokusech o purifikaci však narážel na nečekaný problém: enzym se dařilo precipitovat, ne však znovu rozpustit. Místo buněčných výtažků se rozhodl pro jemnější metodu frakcionizace buněk diferenciální centrifugací, zavedenou Albertem Claudem před několika lety. Jako kontrolu užil kyselou fosfatázu a byl překvapen, když po diferenciální centrifugaci nalézal pouze 10 % její očekávané enzymatické aktivity. Jednoho dne v roce 1951 (toho roku byl jmenován řádným profesorem lovaňské univerzity) po purifikaci buněčné frakce uložil materiál do ledničky a při návratu k měření o pět dní později byl překvapen opět, tentokrát plnou enzymatickou aktivitou. De Duve tak objevil „enzymovou latenci“ a při hledání uspokojivého strukturálního vysvětlení vyslovil domněnku, že kyselou fosfatázu uvolňuje porušení membrány, až dosud ji neprostupně obklopující jako vak (Tissue Fractionation Studies. 1. The Existence of a Mitochondria-Linked, Enzymatically Inactive Form of Acid Phosphatase in Rat-Liver Tissue. Biochem J 1951; 50: 174–181; s Berthetem). S původním předmětem zkoumání neměl tento nález nic společného, byl ale tak vzrušující, že nejen zvědavého Christiana, ale i většinu jeho spolupracovníků odvedl od zkoumání mechanismu působení inzulinu navždy ke struktuře buňky.

V takto objevené páté buněčné frakci (po čtyřech – jaderné, mitochondriální, mikrozomální a supernatantové – zjištěných Albertem Claudem) nalezl de Duve v roce 1955 pět různých enzymů odbourávajících velké molekuly při kyselém pH a pro zatím hypotetickou, v optickém mikroskopu neviditelnou organelu zavedl termín „lyzozom“ (Tissue Fractionation Studies. VI. Intracellular Distribution Patterns of Enzymes in Rat-Liver Tissue. Biochem J 1955; 60: 604–617; s Pressmanem, Gianettoem, Wattiauxem a Appelmansovou). Ještě téhož roku během 3. mezinárodního biochemického kongresu v Bruselu potvrdil Alexander B. Novikoff elektronovým mikroskopem existenci lyzozomu jako denzní částice obalené membránou (Electron Microscopy of Lysosome-Rich Fractions from Rat Liver. J Biophys Biochem Cytol 1956; 2: 179–184; s Novikoffem a Beaufayem). Dalším studiem bylo objasněno, že lyzozomy slouží k ukládání nejen kyselé fosfatázy, nýbrž také různých typů lytických či dekompozičních enzymů takové rozmanitosti, že mohou rozkládat skoro veškeré makromolekuly živočišných i rostlinných buněk. Později se do středu pozornosti dostala role lyzozomů při mnoha chorobách.

Na zasedání Společnosti obecných fyziologů ve Woods Hole ve státě Massachusetts v roce 1958 de Duve navrhl schéma biologické funkce lyzozomů. Latenčními vlastnostmi lyzozomálních enzymů jasně vyložil, jak se buňka oddělením enzymů membránami od zbytku svého těla chrání před samotrávením (Lysosomes: A New Group of Cytoplasmic Particles. Society of General Physiologists Symposium 1958: 128–159).

V roce 1960 dostal Francquiho cenu, pro vědce nejvýznamnější belgickou poctu. Dva roky nato byl jmenován profesorem biochemické cytologie Rockefellerova ústavu v New Yorku, přičemž lovaňský ústav řídil nadále. V novém působišti vytvořil svou druhou výzkumnou skupinu s vlastním programem, úzce však s lovaňskou spolupracující a v mnoha ohledech se s ní doplňující.

Škálu purifikace lyzozomů rozšířili v roce 1962 Wattiaux, Wibo a Baudhuin zavedením nové techniky: intravenózní injekcí detergentu Triton WR-1339 snížili denzitu jaterních lyzozomů, čímž usnadnili jejich separaci diferenciální centrifugací. De Duve si všiml, že detergentem způsobený posun lyzozomální denzity odhalil další částice, dosud maskované stejnou denzitou jako lyzozomy detergentem neovlivněné. Touto metodou tak objevil peroxizomy, buněčné organely obsahující oxidoredukční enzymy k oxidaci organických molekul za vzniku peroxidu vodíku, oxidujícího toxické látky, čímž se peroxizomy podílejí na čištění buňky. Z peroxizomálních enzymů studoval de Duve urátoxidázu, katalyzující oxidaci kyseliny močové u většiny savců (Peroxisomes and Related Particles (Microbodies). Physiol Rev 1966; 46: 323–357; s Baudhuinem. The Large-Scale Separation of Peroxisomes, Mitochondria, and Lysosomes from the Livers of Rats Injected with Triton WR-1339. Improved Isolation Procedures, Automated Analysis, Biochemical and Morphological Properties of Fractions. J Cell Biol 1968; 37: 482–513; s Leightonem, Poolem, Beaufayem, Baudhuinem, Coffeyem a Fowlerem).

V roce 1974 de Duve založil Mezinárodní ústav buněčné a molekulární patologie v Bruselu při lovaňské lékařské fakultě. Posláním ústavu je integrace základního a aplikovaného výzkumu v buněčné a molekulární biologii.

Nobelovu cenu za fyziologii nebo lékařství dostali v roce 1974 lovaňský cytolog a onkolog Albert Claude, Christian de Duve a buněčný biolog George Palade z Yaleovy univerzity „za své objevy týkající se strukturální a funkční organizace buňky“. Na slavnosti ve Stockholmu 10. prosince 1974 je králi Carlu XVI. Gustavovi za švédskou Královskou akademii věd představil genetik Jan-Erik Edström z Karolinského ústavu. Zdůraznil, že dílo tří laureátů umožnilo osvětlit buněčné funkce k prospěchu biologie i klinické medicíny, připomněl de Duveův objev lyzozomu a jeho význam pro fyziologii i medicínu. 12. prosince 1974 měl Christian de Duve nobelovskou přednášku (Exploring Cells with a Centrifuge. Nobel Lecture. Science 1975; 189: 186–194).

V roce 1976 pronesl v New Yorku sérii čtyř vánočních přednášek pro 550 vybraných středoškoláků. Sérii přepracoval v bohatě ilustrovaného průvodce živou buňkou (A Guided Tour of the Living Cell. New York: Scientific American Books, Inc. 1984). Jako professor emeritus opustil vedení ústavů v Lovani (1985) a pak i v New Yorku (1988). Belgickým králem byl v roce 1989 povýšen na vikomta. Zhuštěnou verzi předešlé knihy (Blueprint for a Cell. Burlington, NC: Neil Patterson Publishers, Carolina Biological Supply Company 1991) vydal v roce, kdy složil úřad prezidenta ústavu v Bruselu, zůstal však členem jeho rady jako zakladatel-administrátor. Řadu úspěšných publikací završil knihou o životě jako kosmickém imperativu (Vital Dust: Life as a Cosmic Imperative. New York: Basic Books 1995). V roce 1997 byl bruselský ústav s 270 badateli a techniky plnícími úkoly základního i aplikovaného výzkumu přejmenován na „Christian de Duve Institute of Cellular Pathology.“

Dosud neuzavřené dílo tohoto laureáta Nobelovy ceny je příspěvkem k převládající shodě o správnosti endosymbiotické teorie, podle níž mitochondrie, chloroplasty a možná i jiné organely eukaryotických buněk vznikly jako adoptovaní prokaryotičtí endosymbionti (The Origin of Eukaryotes: A Reappraisal. Nat Rev Genet 2007; 8: 395–403). Léta sklonku života věnuje Christian de Duve dalšímu zkoumání, co – pokud vůbec – nám naše rostoucí poznání může říci o podstatě vesmíru a o smyslu života.

MUDr. Pavel Čech

Kabinet dějin lékařství 3. LF UK

Ruská 87, 100 00 Praha 10

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