Geny, elektrody a neúcta k literárním údajům

Nedávno jsem byl požádán redakcí Encyclopedia of Analytical Science, abych napsal článek o elektrochemické analýze nukleových kyselin. A tak jsem si vzpomněl, jak to všechno začalo. Roku 1955, půl roku před ukončením svých studií biochemie na brněnské Přírodovědecké fakultě, jsem nastoupil jako asistent na Biofyzikální ústav ČSAV, založený v té době prof. MUDr. et RNDr. Ferdinandem Herčíkem, DrSc. Dostal jsem tam za úkol zabývat se radiačním poškozením genetického materiálu – DNA. Naštěstí, podobně jako většina mých spolužáků, jsem nevěřil triviálním poučkám o reakčním „mendelizmu-morganizmu“, jimiž překypovala naše výuka marxizmu, a chtěl jsem se s chutí pustit do práce. Naneštěstí jsem ale z odborných předmětů o DNA (kyselině deoxyribonukleové) prakticky nic nevěděl.

Na novém ústavu však byla k dispozici dobrá literatura a několik mladých svobodymyslných vědců s lékařským vzděláním, kteří DNA s velkým zájmem a nadšením studovali. Když moje vědomosti dosáhly toho stupně, kdy jsem si myslel, že snad vím, co bych měl dělat, poznal jsem hořkou pravdu – že to totiž dělat nejde, neboť v laboratoři chybí potřebná výbava, přístroji počínaje a speciálními chemikáliemi konče. Návrhy, že mám hodnotit zákal ve zkumavce pohledem proti oknu, jsem drze odmítl a rozhodl se řešit takto vzniklé dilema s využitím všech dosavadních, byť minimálních odborných zkušeností. Během své diplomové práce u prof. RNDr. Vladimíra Morávka jsem se naučil polarografovat bílkoviny. Proč tedy nepolarografovat nukleové kyseliny? Literární rešerše však zchladila mé prvotní nadšení, neboť jsem se dočetl (Chargaff – Davidson 1955, 119-120), že ze složek nukleových kyselin se na rtuťové elektrodě redukuje pouze adenin (v silně kyselém prostředí, nevhodném pro práci s DNA) a že polymerní nukleové kyseliny jsou elektrochemicky inaktivní. Navzdory těmto údajům a přesto, že v naší laboratoři nebyl k dispozici potřebný přístroj, pustil jsem se (samozřejmě až po pracovní době) ve své mladické nerozvážnosti do experimentální práce i s využitím polarografu, který byl na Přírodovědecké fakultě u prof. Morávka. Pan profesor mě tehdy na svém ústavu laskavě přijal a díky pochopení a zájmu asistenta dr. Zdeňka Pechana, mého někdejšího spolužáka, jsem tam mohl nerušeně pracovat.

První výsledky napověděly, že můj přístup není zcela beznadějný. Za pár měsíců jsem měl dostatek materiálu k tomu, abych mohl sepsat „soukromé sdělení“ a předložit je profesoru Herčíkovi. Tím se moje situace změnila. Bylo mi dovoleno polarografovat na Biofyzikálním ústavu, na přístroji vypůjčeném z Vojenské technické akademie. Samozřejmě po splnění mých asistentských úkolů. Potom už šlo vše jako na drátkách. Každý den jsem vyjímal sleziny a jiné orgány zabitým krysám, homogenizoval, extrahoval atd. a potom odpoledne jsem s nadšením polarografoval.

Moje práce ukázala, že všechny báze vyskytující se v DNA jsou elektrochemicky aktivní a že signály nejméně dvou z nich je možno sledovat i v polymerní DNA, u níž lze polarograficky rozpoznat nativní (dvoušroubovicovou) formu od denaturované (jednořetězcové) DNA. Výsledky jsem uveřejnil v několika sděleních a moje práce publikovaná v časopise Nature vyvolala zájem pracovníků na třech amerických univerzitách (Brandeis, Harvard a Princeton), kteří mi nabídli jednoleté až dvouleté pobyty ve svých laboratořích. Přijal jsem pozvání Juliuse Marmura z Harvardské univerzity, jenž v té době publikoval metodickou práci zásadního významu, která otevřela cestu ke snadné izolaci DNA, a spolu s Paulem Dotym objevil renaturaci DNA. Trvalo to dva roky, než mi bylo našimi úřady dovoleno, abych do Spojených států odcestoval. Mezitím J. Marmur přijal profesuru na Graduate Department of Biochemistry Brandeisovy univerzity (sídlící, podobně jako Harvardská univerzita, na předměstí Bostonu ve státu Massachussetts), kam jsem koncem listopadu 1962 přijel.

Svůj oscilografický polarograf jsem, ještě před svým odjezdem, dobře zabalil a poslal letecky do Spojených států. Zásilka však bohužel nedošla. Nezbylo mi nic jiného, než se pustit do práce, pro niž jsem nebyl vyškolen. Práce se zabývala otázkou syntézy mediátorové (messenger) RNA u Bacillus subtilis infikovaných bakteriofágem SP8. Ukázali jsme, že pouze jeden řetězec fágové DNA funguje jako matrice pro syntézu této RNA (kyseliny ribonukleové) (Marmur et al. 1963). Bohužel bez použití polarografie. Teprve někdy v červnu se zčistajasna objevila bedna s přístrojem, který byl však poškozen a nefungoval. V laboratoři převládl názor, že se stal předmětem zájmu kontrašpionáže na obou stranách Železné opony. Vynechám popis potíží s opravou přístroje a řeknu jen, že se nakonec podařila, takže jsem v závěru svého pobytu poměřil sérii vzorků bakteriálních DNA rodu Bacillus a své výsledky později publikoval.

Elektrochemickou analýzou nukleových kyselin jsem se zabýval i po svém návratu do Brna. Spolu s dalšími spolupracovníky se nám pak podařilo původní metody zlepšit a jejich pomocí přispět k objevu předdenaturačních změn DNA (premelting) a navrhnout novou koncepci polymorfní dvoušroubovicové struktury DNA v době, kdy se všeobecně soudilo, že struktura DNA je zcela pravidelná a nezávislá na sekvenci nukleotidů. Teprve pozdější výsledky rentgenostrukturální analýzy krystalů DNA a důkaz existence levotočivé Z-DNA přinesly změnu v nazírání na strukturu DNA. Ve druhé polovině osmdesátých let se již představa polymorfní dvojité šroubovice DNA stala samozřejmostí. Bohužel, ve stejné době význam elektrochemických metod analýzy DNA značně poklesl, neboť se objevila řada postupů, které svou citlivostí elektrochemické metody předčily. Také naše laboratoř je v osmdesátých letech postupně opustila a věnovala se výzkumu chemické reaktivity DNA a navrhla chemické sondy, které umožňují výzkum struktury superhelikálních DNA nejen v roztoku, ale též přímo v buňce. To je už ale jiná historie.

Za zmínku snad stojí, že v posledních několika letech se opětovně vracíme k elektrochemii. Podařilo se nám posléze jednoduše zakotvit DNA na elektrodě (DNA-modified electrodes) a zvýšit citlivost stanovení o několik řádů. Kromě toho tyto elektrody modifikované DNA poskytují nové možnosti, o kterých se nám dříve ani nesnilo, a slibují, že se stanou cenným nástrojem výzkumu a interakcí genů. ¹⁾