Kontrowersyjny twórca metody PCR, który zrewolucjonizował naukę

https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1993/mullis/facts/

Kary Banks Mullis przyczynił się do stworzenia nowych możliwości laboratoryjnych, a za swe osiągnięcie został uhonorowany Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii w 1993 roku, współdzieląc ją wraz z Michaelem Smithem. Jest to niewątpliwie człowiek, któremu można zawdzięczać rozwój nauki w obszarze genetyki. Dokonał przełomu w medycynie: to właśnie on jest twórcą łańcuchowej reakcji polimerazy (ang. polymerase chain reaction, PCR). Metoda ta ma swe zastosowanie między innymi w diagnostyce infekcji, onkologii molekularnej, kryminalistyce, służy do ustalenia pokrewieństwa, wskazuje, czy istnieją predyspozycje genetyczne do pewnych chorób. Stworzyło to naukowcom możliwość badania DNA zamrożonego mamuta sprzed 40 000 lat, a także pomogło śledczym pobrać niewielkie ilości DNA w celu zidentyfikowania lub oczyszczenia osób podejrzanych o popełnienie przestępstwa. Jako doskonały przykład, można przytoczyć historię pewnego Amerykanina, Garyego Dotson’a, który skazany został na podstawie relacji świadków za gwałt i porwanie. W 1989 roku, po kilkunastu latach spędzonych w więziennej celi, dzięki zastosowaniu metody PCR, oczyszczono go z zarzutów i uniewinniono.[11] Co ciekawe, odkrycie reakcji PCR zainspirowało twórców filmu „Jurassic Park” do „sklonowania” dinozaurów na podstawie DNA ze skamieniałości. [1]

Ten amerykański naukowiec urodził się 28 grudnia 1944 roku w Lenoir, a zmarł 7 sierpnia 2019 roku w Newport Beach. Uzyskał stopień Bachelor of Science (licencjat) z chemii na Georgia Tech, jak również doktorat z biochemii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley w 1973 roku. Próbował swych sił na wielu uniwersyteckich stanowiskach badawczych, jednakże na dłużej osiadł w 1979 roku w firmie Cetus Corporation – kalifornijskim gigancie biotechnologiczym. Podjął tam pracę dzięki znajomości z biochemikiem Thomasem White’em, z którym to poznał się wcześniej na studiach podyplomowych. Cetus to jedna z pierwszych firm biotechnologicznych na świecie, a praca Mullisa w tym miejscu polegała na tworzeniu małych odcinków materiału genetycznego, które to następnie inni naukowcy w firmie wykorzystywali w swych eksperymentach.

Wiele o Mullisie miał do przekazania Paul Rabinow, antropolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, będący autorem książki “Making PCR: A Story of Biotechnology”. Opisał w niej między innymi, że Mullis był znany ze swych ekscentrycznych pomysłów oraz szczególnego sposobu bycia. Jego wysokie ego zwykle działało drażniąco na współpracowników, jednak był przez nich tolerowany. Sceptycznie podchodzono do jego idei, ponieważ, według współpracowników, wiele pomysłów zawierało podstawowe błędy biologiczne.

Nie inaczej było i tym razem, bowiem początkowo nie przykładano wiele uwagi do nowego projektu Mullisa. Jedynie White wierzył, że ten wynalazek może coś zmienić. Dał mu szansę.

Jak zrodził się pomysł PCR?

Zanim pojawiła się możliwość wykonywania testów PCR, badanie DNA nie należało do łatwych. Wyodrębnienie dokładnie tego konkretnego, potrzebnego, malutkiego fragmentu informacji genetycznej do zbadania było niezwykle trudne. Jeżeli już się udało, to materiał był w ilości niewystarczającej, by przeprowadzić eksperyment – zadanie trzeba było powtarzać.

Początkowo, naukowcy poszli w kierunku klonowania DNA przy pomocy genomów bakterii, jednakże tego rodzaju proces okazał się niebywale czasochłonny. [2]

Mullis nie krył się z tym, że jego pomysł na opracowanie PCR był nadzwyczajny, wręcz genialny, dlatego też zawzięcie nad nim pracował, by już w kolejnym roku przedstawić pewne dane eksperymentalne, które wskazywały jednoznacznie, że PCR działa.

W swoim pamiętniku “Dancing Naked in the Mind Field” z 1998 roku, określił początkowo swój wynalazek w ten sposób: ta prosta technika pozwoliłaby wykonać ilość kopii, jaką tylko potrzebuje, dowolnej wybranej sekwencji DNA, a każdy na Ziemi, komu zależałoby na DNA, chciałby tej metody użyć. [2]

Uważał się za geniusza idącego w pojedynkę, który samodzielnie stworzy narzędzie, które zapoczątkuje nowy etap na kartach nauki. Ta idea, według naukowca, zrodziła się nagle w maju 1983 roku, kiedy to wymyślił sposób na wskazanie konkretnego odcinka DNA i zsyntetyzowanie dużej ilości kopii. Zsyntetyzował kilka oligonukleotydów (patrz przypis 1), zmieszał je z niewielką ilością matrycowego DNA i dodał enzym polimerazę (patrz przypis 2) oraz kilka innych odczynników. Po serii inkubacji, polimeraza wielokrotnie kopiowała szablon w reakcji łańcuchowej[8] [5]. Wystarczy zaledwie około 30 cykli PCR, aby wytworzyć ponad miliard kopii oryginalnej sekwencji DNA[4]

Zgodnie z tym, co przekazał Rabinow, doktor Mullis podczas przedstawienia idei metody PCR swym współpracownikom opisał proces jako niewymagający. Badacze, którzy byli również zaangażowani w rozwój metody PCR, twierdzili natomiast, że droga była długa i trudna, wręcz wyboista, a sam Mullis nie zdołał dostarczyć danych eksperymentalnych, które mogłyby przekonać nawet średnio sceptycznych krytyków, że PCR działa. W projekt finalnie zaangażowało się wiele osób. [9]

White prosił Mullisa, by ten skupił się szczególnie na uruchomieniu PCR. Pod koniec 1984 roku nadal jednak nie było wymaganych konkretów i dowodów wystarczających, by potwierdzić z całą pewnością słuszność PCR, więc firma poszerzała systematycznie grono zaangażowanych w projekcie osób o kolejnych naukowców. Wykwalifikowana praca wielu osób, a w szczególności Stephena Scharfa, Freda Faloony i Randalla Saiki [9], dostarczyła finalnie takiej liczby powtarzalnych danych, aby uznać PCR za sukces. Niełatwo było jednak dowieść, kto tak na prawdę za nim stoi. Dochodziło do ciągłych sporów, a nawet spraw na drodze sądowej. W 1989 roku, amerykańska firma chemiczna DuPont, złożyła pozew przeciw Cetus, dążąc do unieważnienia patentów na podstawie swoich prac, które rzekomo przewidywały odkrycie PCR. Sąd orzekł jednak na korzyść Cetus, podtrzymując patenty po stronie korporacji.[12]

Na pewnym etapie prac, uzyskanie publikacji, a także patentu, stało się priorytetem, lecz Mullis odkładał napisanie artykułu. Po wielu naciskach ostatecznie to zrobił, jednak najbardziej prestiżowe czasopisma naukowe, czyli Science oraz Nature, odrzuciły jego materiał. Ostatecznie artykuł został opublikowany w Methods in Enzymology w 1987 roku. White twierdził, że dlatego, iż ludzie wątpili w Mullisa, swoim zachowaniem mścił się, aż w końcu opuścił firmę. Na rozstanie zapłacono mu największą kwotę, jaką Cetus kiedykolwiek przyznał naukowcowi za wynalazek. Firma uzyskała prawa do technologii, a wkład Mullisa w rozwój PCR polegał już jedynie na popularyzowaniu metody oraz siebie samego podczas wielu spotkań.

Kontrowersyjna postać

Mullis kwestionował między innymi wpływ człowieka na zmiany klimatyczne, podważał istnienie globalnego ocieplenia czy dziury ozonowej. Otwarcie mówił, że nie ma wystarczających dowodów, by twierdzić, że AIDS jest wywoływany przez wirusa HIV. Na swoich wykładach wyświetlał slajdy przedstawiające zdjęcia nagich kobiet, a także wygłaszał niestosowne uwagi w kierunku dziennikarzy. W rozmowie z chemikiem Albertem Hofmannem przyznał, że odkrycie PCR było mu dane, ponieważ zażywał LSD. [10] W jednym z wywiadów opisywał to jako doświadczenie otwierające umysł. Co ciekawe, był też założycielem firmy, która sprzedawała biżuterię z DNA znanych osób. Jego pasją było surfowanie, niezmiernie interesował się również astrologią[6]. Wiele ze swych kontrowersji zawarł w swym pamiętniku.

Obecnie PCR jest na ustach wielu ludzi na całym świecie za sprawą pandemii SARS-CoV-2.

Te trzy litery trafiły do publicznej świadomości, ponieważ metoda łańcuchowej reakcji polimerazy jest podstawą testów wykrywających zakażenie koronawirusem jednak nie do końca, bowiem w tym przypadku wykorzystuje się metodę łańcuchowej reakcji polimerazy z odwrotną transkrypcją (ang. reverse transcriptase, RT-PCR). Katalizuje ona syntezę DNA przy użyciu RNA jako matrycy. Produktem końcowym jest komplementarne DNA (cDNA).[13]

Przypisy:

Fragmenty kwasów nukleinowych o długości od kilkunastu do kilkudziesięciu nukleotydów.
Enzym katalizujący syntezę DNA w czasie replikacji bądź naprawy DNA.

Źródła:

Kontrowersyjny twórca metody PCR, który zrewolucjonizował naukę

Przeczytaj również

Leki dostępne wyłącznie
po diagnostyce farmakogenetycznej

Jak farmakogenomika może wpłynąć na optymalizację leczenia w onkologii dziecięcej?

Podejście onkoagnostyczne

Kontrowersyjny twórca metody PCR, który zrewolucjonizował naukę

Przeczytaj również

Leki dostępne wyłącznie po diagnostyce farmakogenetycznej

Jak farmakogenomika może wpłynąć na optymalizację leczenia w onkologii dziecięcej?

Podejście onkoagnostyczne

Leki dostępne wyłącznie
po diagnostyce farmakogenetycznej