JUBILEUMS E S S Ä E R
Den tidiga nukleinsyreforskningen vid KI
Arne Engström, Essäist och Wilhelm Engström, Essäistpublicist
Den tidiga nukleinsyreforskningen vid KI
En essä om Einar Hammarsten, av Arne Engström (1920-1996) Einar Hammarsten - biografi Einar Hammarsten föddes den 4 januari 1889, blev student 1907, med. kand. 1912, med. lic. 1917 samt med. dr. 1924, allt vid Karolinska Institutet. Efter förordnanden som amanuens vid institutet i kemi (2 år) och fysiologi (1 år) var han kortare tider förordnad att uppehålla professurerna i farmakologi (2 månader), respektive kemi och farmaci (1½ år) därstädes. När sistnämnda professur omändrades till laboratorstjänst, uppehöll Hammarsten densamma (fr.o.m. 1 januari 1919) och blev fr.o.m. 16 maj 1919 ordinarie innehavare av befattningen. Han kallades sedermera (1928) till innehavare av den återstående professuren i kemi och farmaci vid Karolinska Institutet. Utöver sin vid Karolinska Institutet erhållna utbildning har Hammarsten ytterligare förskaffat sig kemisk skolning genom långvarig vistelse å Carlsbergs-laboratoriet i Köpenhamn hos professor S.P.L. Sörensen (1912, 1914, 1920) samt hos F. Pregl i Graz. Publicerade 1916 en omfattande studie över nya aminosyror Efter några smärre arbeten, som falla utom kemiens område, publicerade Hammarsten (1916), som resultat av sin studievistelse hos Sörensen, en omfattande undersökning över några nya aminosyror, vilka äro av intresse som möjliga mellan-
led i den intermediära ämnesomsättningen. Tre dylika derivat av a-amino-n-valeriansyra syntetiserades sålunda, nämligen a-amino-g-d-dioxivaleriansyra, g-oxiprolin och a-d-diamino-g-oxi-valeriansyra. Han forskade kring nukleinsyrorna och vissa hormon Hammarstens forskning har sedermera väsentligen koncentrerats till tvenne områden av stor betydelse. Det ena av dessa gäller nukleinsyrornas kemiska och fysikaliska egenskaper, det andra vissa hormon, nämligen sekretin och den antiperniciösa principen i lever och magsäck. Nukleinsyrorna spelar en fundamental roll vid cellens delning Då nukleinsyrorna i bindning med äggvita regelbundet förekomma i cellkärnan, vilken spelar en fundamental roll vid cellens delning, ha de ur biologisk synpunkt ett mycket stort intresse. Nukleinsyrorna innehålla fosforsyra, socker samt en eller flera purin- eller pyrimidin-baser. I de enklaste (mononukleotider) förekommer blott en puringrupp, som fallet är med den av Bang ur pankreas framställda guanylsyran. Den inom djurorganismen vanligaste nukleinsyran (thymonukleinsyra) innehåller emellertid icke mindre än 4 purin- och pyrimidin-grupper (guanin, adenin, thymin och cytosin) samt betecknas följaktligen som tetranukleotid. Han kunde nu ur pankreas framställa en än mer komplicerad nukleinsyra Hammarsten kunde nu ur pankreas framställa en än mer komplicerad nukleinsyra, ur vilken vid hydrolys guanin, adenin, cytosin och pentos kunde påvisas, medan förekomsten av thymin var tvivelaktig. Relationen guanin: adenin var ungefär 3, vilket talade för en hexanukleotid. När
Hammarstens arbete (1920) utkom i tryck, förelåg redan en publikation av Feulgen (1919) med liknande resultat. Beträffande självständigheten i Hammarstens insats lämnar emellertid den omständigheten besked, att arbetet redan före 15 januari 1919 inlämnats till tävlan om Alvarengapriset i Svenska Läkaresällskapet, som också tilldelade honom priset. I vissa hänseenden förelåg emellertid en betydelsefull skillnad gentemot Feulgen. Enligt denne var det fråga om en pentanukleotid, som spjälkades i guanylsyra och thymonukleinsyra, medan, som nämnts, Hammarsten antog en hexanukleotid och icke ansåg det säkert, att thymonukleinsyra ingick i denna. Undersökningen fortsattes dels av Hammarsten och Jorpes gemensamt, dels av den senare ensam och visade klart, att thymonukleinsyra icke ingick i den nya nukleinsyran utan i stället en typ, som tidigare blott var känd ur växtriket. Nukleinsyrorna - som regulatorer för osmotiska trycket i cellerna Hammarsten har i fortsättningen ingående sysslat med nukleinsyrornas och deras föreningars fysikaliskt-kemiska egenskaper och därvid vunnit resultat av stor betydelse. På lösningar av thymonukleinsyra bestämdes dissociationskonstanter, osmotiskt tryck och viskositet. Det framgick därvid, att thymonukleinsyra och dess salter i osmotiskt hänseende - liksom man tidigare funnit för Kongorött - förhålla sig abnormt. Osmotiska trycket för thymonukleinsyran eller dess natriumsalt, bestämt såväl med kolldiummembran som genom fryspunktsdepression visade sig vara blott 70-80% av det för det odissocierade tillståndet beräknade. Detta undantag från Arrhenius’ dissociationsteori orsakas enligt Hammarsten därav, att vid mycket stora skillnader mellan de positiva och negativa jonerna de små jonerna kvarhållas inom de stora
jonernas attraktionsområde. I litteraturen stundom betecknad som Hammarsteneffekten I överensstämmelse härmed kunde H. Hammarsten i ett under sin broder Einar Hammarstens ledning utfört arbete visa, att för glykochol- och taurochol-syrorna och deras natriumsalter med stigande molekylvolym avvikelserna från de efter dissociationsteorien beräknade osmotiska trycken tilltogo med molekylvolymen, och själv fann E. Hammarsten, att man genom ökning av den negativa jonens storlek (trimetyl-, trietyl- och tripro-pylamin) kunde minska diskrepansen gentemot de beräknade tryckvärdena. Denna volyms effekt (i litteraturen stundom betecknad som Hammarsteneffekten) torde vara av stor betydelse för de levande cellernas osmotiska tryck därigenom. Att kolloider såsom neukleinsyror vid behov kunna upptaga eller avgiva små joner, utan att därigenom någon väsentlig ändring av osmotiska trycket inträder. Enligt Hammarstens uppfattning skulle följaktligen nukleinsyrorna verka som regulatorer för osmotiska trycket i cellerna. Hammarsten fann ytterligare, att thymonukleinsyrans natriumsalt vid neutral reaktion företer en stark Donnaneffekt. Närvaron av föreningar mellan nukleinsyra och katjoner i cellkärnan ger därför andra egenskaper åt denna än åt protoplasman. Även ifråga om viskositeten visade thyminukleinsyrans natriumsalt en utomordentlig känslighet för små förändringar i jonmiljön, så att t.o.m. gelatinering lätt kan åstadkommas. Sannolikt spelar detta en roll för strukturförändringar i cellkärnan. Kromosomerna äro bildade av intill varandra liggande skivor, som omväxlande utgöras av äggvita och nukleinsyra Då nukleinsyrorna förekomma i cellerna
bundna till äggvita, var det helt naturligt, att Hammarsten efter att ha klarlagt nukleinsyrornas egenskaper vände sig till deras äggviteföreningar. Till att börja med fastställdes in vitro, hur dylika föreningar förhålla sig till ändringar i jonmiljön, vissa färgämnen, digestionsenzym, o.s.v., och därefter anpassades de vunna erfarenheterna till cellkärnorna själva. Sålunda befanns, att starkt sur salicylsyrebuffer fällde äggvita samt äggvita och nukleinsyra, om de finnas i blandning, men däremot ej nukleinsyra vid frånvaro av äggvita, medan en svagt sur lanthannitratbuffer fällde nukleinsyra samt nukleinsyra och äggvita i blandning men ej äggvita, om nukleinsyra ej fanns närvarande.
”Investigations of Einar Hammarsten” De här i största korthet refererade undersökningarna över nukleinsyrans fysikaliskt-kemiska egenskaper äro utan tvivel av grundläggande betydelse för förståendet av cellkärnans roll och samspelet med protoplasman. Att de rönt stort beaktande, framgår dels därav, att Hammarsten år 1934 av Faraday Society inbjöds att föreläsa över sina undersökningar på detta område, dels också därav, att Levene och Bass i sin monografi över ”Nucleic acids” (1931) ägna ett särskilt, mycket erkännande kapitel åt ”colloidal behavior”, vilket försetts med underrubriken ”Investigations of Einar Hammarsten”. Studiet av nukleinsyrornas fysikaliskt-kemiska förhållanden ledde Hammarsten i samarbete med Jorpes till en undersökning över den roll, de kunna tänkas ha för pankreas’ sekretion av alkali. Härvid använde man sig av sekretin, det i tunntarmen förekommande pankreasstimulerande enzymet, för att ernå sekretion.
BILD: Arne Engström (till vänster) tillsamans med professor Caspersson (till höger) i gamla KI:s källarlaboratorier.
Med tillhjälp av dessa rön påvisades förändringar i cellkärnans sammansättning vid uppträdandet av celldelning. Iakttagelserna i fråga bilda utgångspunkten för ett närmare studium av kromosomerna, vilka ju enligt Morgan äro ärftlighetens bärare. I samarbete med Caspersson, som funnit, att nukleinsyra inom vissa våglängdsområden i ultraviolett ägde en så stark ljusabsorption, att man kunde försumma äggvitans, fastställdes, att kromosomerna äro bildade av intill varandra liggande skivor, som omväxlande utgöras av äggvita och nukleinsyra. Detta har sedermera ytterligare utvecklats av Caspersson.
Sekretinet är det klassiska exemplet på ett hormon, ett begrepp från 1902 Härigenom kom Hammarstens intresse att riktas på sekretinet självt, och ett utomordentligt omfattande arbete vidtog i syfte att klargöra dess natur. Ehuru sekretinet är det klassiska exemplet på ett hormon det var upptäckten därav, som föranledde Bayliss och Starling att 1902 uppställa begreppet hormon -, hade de talrika försök, som sedan gjorts i syfte att renframställa det, varit utan framgång. Hammarsten angrep problemet på bred bas, och tillsammans med flera medarbetare lyckades han efter sju års arbete renframställa det i
kristallinisk form. Härvid använde man sig av en biologisk prövning på katt, där den med pankreassaften avgivna alkalimängden begagnades som mått på sekretinverkan. Den slutliga reningen av sekretinet ernåddes (1933) Den slutliga reningen ernåddes (1933) genom en skicklig kombination av lösnings- och fällningsreaktioner samt elektrodialys. Det befanns, att sekretinet är en basisk polypeptid med en molekylvikt av omkring 5000. Redan en mängd av 0.004 mg av det kristalliniska preparatet utlöste pankreassekretion hos en katt. Dessa undersökningar, som sedermera fortsatts av Hammarstens lärjunge Ågren, har lett till att sekretinet nu utan risk kan insprutas på människa. Redan föreligger härom ett antal intressanta meddelanden, som synas visa, att man kan begagna sekretinet som ett medel att pröva bukspottkörtelns funktion. I samarbete med Eisler och H Theorell har han (1936) medelst katafores påvisat två principer i aktiva leverpreparat Erfarenheterna från sekretinets framställning föranledde Hammarsten att, sedan målet där var nått, vända sin uppmärksamhet till den genom Minots, Murphys och Castles arbeten upptäckta princip i lever och magsäck, som motverkar den perniciösa anämien. Trots utomordentliga ansträngningar på olika håll har man ännu ej kommit till klarhet om arten av det verksamma ämnet. Hammarsten har här först utbildat en metod, som tillåter djur-experimentell prövning och standardisering, och han har sedermera framställt utomordentligt verksamma extrakt. Den ena vandrar till positiva sidan och ger ensamt ökning av de vita blodkropparna och röda blodkroppar med kärnrester, men ej ökning av erytrocyternas totalantal, den andra substansen går till negativa polen och är enbart för sig utan verkan.
MF’s ordf., 1929-30, Professor Hugo Theorell under 100-årsjubileet 1977
Båda tillsamman ge stark ökning av antalet röda blodkroppar. Den förstnämnda substansen synes kunna ersättas av tymonukleinsyrans natriumsalt. Hammarsten största betydelse var att leda och stimulera yngre forskare t ex Theorell, Jorpes, Caspersson m fl Bilden av Einar Hammarsten skulle vara mycket ofullständig, om man underlät att framhålla den viktiga insats, han åstadkommit genom att leda och stimulera yngre forskare. En rad framstående förmågor ha således hos honom fått sin vetenskapliga uppfostran. Av hans lärjungar ha följande redan nått en erkänd ställning, nämligen professor H. Theorell, laborator E. Jorpes, t.f. laborator T. Theorell, docenterna B. Josephson, G. Ågren och T. Caspersson samt lektor H. Hammarsten. Till dem sälla sig ytterligare ett stort antal yngre medicinare, (inkl Arne Engström själv). Copyright © 2007 KI 200 År, Karolinska Institutet
Till vänster: Arne Engström far och Essäist Till höger: Wilhelm Engström, son och Essäistpublicist Våren 2006 kontaktades jag av Wilhelm Engström, (till höger), professor i patologi vid Sveriges lantbruksuniversitet, men med ett förflutet som student, ordförande i Medicinska föreningen och forskare vid Karolinska Institutet (KI). Han hade funnit en sammanfattning - kanske ett utlåtande av något slag - över Einar Hammarstens (1889-1957), professor i medicinsk kemi vid KI under åren 1928-1957, forskningsinsatser bland handlingar som hans far Arne Engström (till vänster), (19201996), professor först i fysikalisk cellforskning sedermera i medicinsk fysik vid KI mellan 1952-1986, lämnat efter sig och undrade om vi var intresserade av att inkludera den i vår essäserie.
I samarbete med Eisler och Theorell har han (Hammarsten) nyligen (1936) medelst...”. Den bör därför ha varit skriven under denna tidsperiod, det vill säga långt innan Arne Engström hade kommit i kontakt med Einar Hammarsten, vilket skedde i samband med kursen i medicinsk kemi 1941 (det var Einar Hammarsten som övertygade honom att hålla ut och avsluta medicinstudierna), än mindre disputerat (1946) eller blivit utnämnd till professor (1952). Förmodligen har Arne Engström använt skrivelsen som underlag i samband med att han bedömt Hammarstens forskningsinsatser i något senare sammanhang.
Mot bakgrund av Hammarstens insatser inom nukleinsyreforskningen (se även Ulf Lagerkvists essä ”Människofiskaren Einar Hammarsten”), som då befann sig i sin linda, bedömdes detta vara av visst intresse även om skrivelsen vare sig är daterad eller signerad. I artikeln sägs ”...
Texten är ordagrant citerad men redaktionen har fört in rubriker, tagna ur texten, för att göra den mer lättläst. Stockholm i september 2006 Jan Lindsten, Professor emeritus