Home

Dwudzieste stulecie, a zwłaszcza druga jego połowa, należało do genetyki. Większość najciekawszych odkryć dotyczących tego, jaka cząsteczka jest odpowiedzialna za dziedziczenie informacji genetycznej; tego, jak być może jej struktura; czy wreszcie tego, w jaki sposób działa, w jaki sposób się powiela, w jaki sposób wszystkie te procesy są regulowane i jaki mają wpływ na nasze życie i zdrowie, większość z tych odkryć miało miejsce po 1940 roku, z najsłynniejszym opisaniem struktury DNA przez Cricka i Watsona w 1953 r.

W tym natłoku historycznie istotnych wydarzeń łatwo zapomnieć o jednym odkryciu, bez którego żadne z powyższych, Cricka i Watsona włączając, nie miałoby nie tylko znaczenia, ale w ogóle miejsca.

Na ramionach gigantów

Friedrich Miescher /źródło: wiki, domena publiczna

Friedrich Miescher /źródło: wiki, domena publiczna

Okolice połowy XIX wieku były znakomitym momentem do prowadzenia badań naukowych w Tybindze. W owym okresie na jednej z najstarszych niemieckich uczelni, Uniwersytecie Eberharda Karola w Tybindze, wykładały takie naukowe sławy jak Adolf Strecker, znany ze swoich badań nad guaniną i kafeiną, a przede wszystkich z opracowania metody syntezy aminokwasów; Felix Hoppe-Seyler, który jako pierwszy zrozumiał, że wiązanie tlenu przez czerwone krwinki jest efektem działania hemoglobiny; wpływowy zoolog i anatom Franz von Leydig; czy wreszcie Hugo von Mohl, jeden z ojców idei „omnis cellula e cellula” – koneptu tłumaczącego, że nowe komórki nie mogą powstać samoczynnie „z niczego”, a jedynie przez podział już istniejących komórek (jedno z tych odkryć, które dzisiaj wydają się nam oczywiste, ale były niesamowitym przełomem w myśleniu w owym czasie).

Trudno powiedzieć, czy to właśnie ta niesamowita atmosfera, która byłaby inspiracją dla każdego młodego badacza, przyciągnęła do Tybingi Friedricha Mieschera. Dość powiedzieć, że krótko po otrzymaniu tytułu doktora nauk medycznych z uczelni w Bazylei, przeniósł się on do Tybingi właśnie, wiosną 1868 roku. Tutaj rozpoczął badania w grupie Felixa Hoppe-Seylera.

Hoppe-Seyler dał Miescherowi na początek zadanie nie lada: określenie dokładnego chemicznego składu limfocytów. Żeby w ogóle temat ruszyć z miejsca, Miescher musiał opracować metodę rozdziału różnych komórkowych organelli – odłączenia błony komórkowej, oddzielenie jądra od protoplazmy – tak aby móc następnie określić skład każdego z nich z osobna. Izolując potem białka i lipidy w celu ich dalszego rozpoznania i charakteryzacji zauważył, że jedna z wydzielonych substancji zachowuje się w bardzo niespodziewany sposób, ulegając wytrąceniu z roztworu po dodaniu do niego kwasu, a następnie rozpuszczając się w miarę dodawania do próbki roztworu zasadowego.

Miescher postanowił związkowi przyjrzeć się bliżej, i zgrubne obserwacje pozwoliły mu ustalić, że w limfocytach związek ten rezydował przede wszystkim w jądrze komórkowym. Tu dodać trzeba, że w owym czasie rola jądra komórkowego – zaobserwowanego po raz pierwszy na początku XIX w. – była przedmiotem domysłów i kontrowersji. Zaledwie kilka lat wcześniej Ernst Haeckel zasugerował, że jądro bierze udział w przekazywaniu cech dziedzicznych (koncept genu jeszcze wówczas w ogóle nie istniał).

Odkrycie niedoceniane

Mogę już chyba otwarcie powiedzieć to, czego zapewne wszyscy czytelnicy i tak się już domyślili: w 1869 roku Friedrich Miescher po raz pierwszy zaobserwował i opisał kwasy nukleinowe. Wkrótce, jeszcze w 1869 roku, przeniósł się na uczelnię w Lipsku, pomimo bowiem swojego, jak się później okazało, wiekopomnego odkrycia, nie był w stanie do pracy w tybindzkiej grupie podchodzić z takim entuzjazmem jak jego koledzy. Po przenosinach wykończył jednak jeszcze pracę na temat nowego odkrytego związku i jeszcze przed Bożym Narodzeniem wysłał manuskrypt do Hoppe-Seylera do zatwierdzenia przed złożeniem do publikacji.

I tu napotkał pierwszą przeszkodę: Hoppe-Seyler był widać badaczem starej daty i ufał tylko wynikom, które udało mu się uzyskać samemu (też tak mam). Do wyników Mieschera podszedł ze sceptycyzmem (którego nie należy mylić z niewiarą) i chciał sam powtórzyć eksperymenty i sprawdzić, czy otrzyma ten sam rezultat. Trudno jednak go winić: doświadczenia przeprowadzone przez Mieschera były niełatwe, często bardzo nowatorskie, a do tego podatne na błędy. Dla przykładu, jedną z obaw Hoppe-Seylera było to, że pepsyna – jeden z enzymów użytych w doświadczeniach do trawienia białek – mogła zanieczyścić próbkę nowej zawierającej fosfor substancji i doprowadzić do nietypowych pomiarów zawartości tego pierwiastka oraz azotu w próbce Mieschera.

Drugim czynnikiem, który znacząco spowolnił publikację wyników Mieschera, była wojna francusko-pruska 1870-71, w wyniku której większość wysiłków skierowane było na wszystko inne oprócz badań naukowych. Niemniej jednak w 1871 udało się wreszcie opublikować pracę pod dźwięcznym tytułem „O chemicznym składzie komórek ropy” (bo dodać tu trzeba, że źródłem limfocytów była właśnie ropa). Pojawiła się ona jako pierwsza publikacja w piśmie Medicinische-chemische Untersuchungen, wydawanym przez samego Hoppe-Seylera1. Towarzyszyły jej dwie kolejne prace napisane przez studenta Hoppe-Seylera oraz samego Hoppe-Seylera: pierwsza dotyczyła obecności kwasów nukleinowych w posiadających jądra komórkowe erytrocytach ptaków i węży, ale nie w bezjądrowych krowich czerwonych krwinkach; druga zaś opisywała wysiłki Hoppe-Seylera potwierdzające odkrycie Mieschera.

Home sweet home not so sweet

Po kolejnych niecałych dwóch latach w Lipsku Miescherowi zaoferowano profesurę w rodzinnej Bazylei. Po powrocie złożył habilitację i otrzymał stanowisko Kierownika (Katedry) Fizjologii – funkcję tę w przeszłości pełnili zarówno jego ojciec, Friedrich Miescher-His, jak i jego wuj, Wilhelm His. Miescher jednak na stanowisko ciężko zapracował, o czym świadczą pochwalne rekomendacje zarówno od Hoppe-Seylera, jak i Ludwiga (szefa grupy w Lipsku). Jednak pomimo wyraźnych dokonań Mieschera na polu biologii, w Bazylei łatwego życia nie miał. Z całą pewnością nie pomagało mu posiadanie wybitnych uczonych w rodzinie – i jego koledzy na Uniwersytecie w Bazylei uważali, że stanowisko profesorskie to nepotyczna synekura, którą Miescherowi udało się otrzymać tylko i wyłączne dzięki koneksjom rodzinnym.

Niezrażony tym Miescher oddał się z zapałem dalszej pracy nad badaniem kwasów nukleinowych. Zaowocowało to kolejnymi publikacjami we wczesnych latach 70. XIX w. Izolując kwasy nukleinowe z plemników łososia, Miescher następnie wykazał, że kwasy nukleinowe nie zawierają siarki, że fosforan stanowi 22.5% całkowitej masy kwasów nukleinowych (w rzeczywistości jest to 22.9%, czyli całkiem blisko), a także że cały fosfor obecny w kwasach nukleinowych był w formie kwasu fosforowego (czyli grup fosforanowych). Wreszcie zademonstrował Miescher, że kwasy nukleinowe obecne są także w jądrach wielu innych kręgowców: karpia, żab, kurczaków czy byków.

Obserwując dyfuzję kwasów nukleinowych w poprzek papieru (a raczej jej brak) Miescher doszedł do wniosku, że kwasy nukleinowe muszą być bardzo dużymi cząsteczkami, aczkolwiek ustalona przez niego masa atomowa 500-600 a.u. na cząsteczkę jest zasadniczo błędna, podobnie jak ich skład – trudno jednak oczekiwać, żeby w czasach, gdy techniki analizy związków chemicznych były wciąż bardzo ograniczone, ktokolwiek dał radę temu wyzwaniu. I bez tego jednak odkrycia Mieschera były i nadal są imponujące.

Ale po co to?

Miescher nad kwasami nukleinowymi pracował przez ćwierć wieku – trudno więc wyobrazić sobie, żeby w tym czasie nie próbował przynajmniej zgadywać, jakaż mogła być ich funkcja. Jego badania padły na bardzo podatny grunt: lata 70. XIX w. to okres, w którym do głosu zaczynało dochodzić coraz więcej związanych z zapłodnieniem i dziedziczeniem teorii. Sam Miescher w jednej ze swoich publikacji napisał, że jeśli poszukiwalibyśmy jednego związku odpowiedzialnego za zapłodnienie, to w pierwszej kolejności powinniśmy uwzględnić właśnie kwasy nukleinowe.

Większość jego teorii dotyczących roli kwasów nukleinowych w zapłodnieniu zwłaszcza, było na granicy spekulacji. Prawda jest po prostu taka, że zbyt niewiele wiedziano zarówno na temat procesów biologicznych, o których mowa, jak i na temat samych kwasów nukleinowych, by móc powiedzieć cokolwiek więcej z jakąkolwiek dozą pewności. Niektóre z jego pomysłów były jednak wizjonerskie – i nie odbiegają znacząco od tego, co dzisiaj wiemy o biologii zapłodnienia oraz o dziedziczeniu. Dla przykładu: Miescher zasugerował, że komórki jajowe oraz plemniki rozwijają się w taki sposób, że żadne z nich nie zawiera kompletnej informacji niezbędnej do dalszego rozwoju organizmu (chociaż nie operował chyba pojęciem informacji w tym zakresie, a jedynie „tego czegoś, co jest do rozwoju potrzebne”). Coś Wam to przypomina? Bo z pewnością powinno.

A reszta jest historią

Miescher jest dzisiaj badaczem trochę zapomnianym. Gdy mówimy o DNA, na usta cisną nam się zawsze i szybko nazwiska Watsona, Cricka, Wilkinsa i Franklin. Chemikom być może pociśnie się także Pauling, biologom, genetykom zwłaszcza, do głowy wpadnie jeszcze kilka innych nazwisk. O Friedrichu Miescherze nie pamiętamy – co więcej, już jemu współcześni mieli tendencję do niedoceniania ogromnej pracy, którą wykonał, pomimo jej monumentalnego znaczenia.

Zwróćmy zatem cesarzowi co cesarskie: Miescher był pierwszą osobą, która opisała kwasy nukleinowe, a także wielokrotnie zwracała uwagę (bardzo celnie) na jej potencjalną funkcję. Doceńmy to tym bardziej, że gros odkryć potwierdzających niektóre jego hipotezy miało miejsce dopiero 70 lat później, gdy i warunki i możliwości były zupełnie inne.

Przypisy:

1. Przypomina się tutaj niedawna historia genomu Wielkiej Stopy. Ale oczywiście pamiętać musimy, że wydawnicze realia XIX i XXI wieku są zupełnie inne.

2. Discovering DNA: Friedrich Miescher and the early years of nucleic acid research (2008), R. Dahm, Hum Genet 122:565-581

Autor: Rafał Marszałek, nicprostszego.pl

Reklamy

One thought on “Pierwsze kroki

  1. Pingback: Podwójna helisa, czyli #DNADay 2018 – nic prostszego

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj /  Zmień )

w

Connecting to %s