Ото Хайнрих Варбург (Otto Heinrich Warburg)
8 октомври 1883 г. – 1 август 1970 г.
Нобелова награда за физиология или медицина, 1931 г.
(За изследванията му върху цитохромите и механизма на клетъчното дишане.)
Немският биохимик Ото Хайнрих Варбург е роден във Фрайбург и е единственият син от четирите деца на Ото и Емилия Варбург. Бащата, професор по физика и талантлив музикант, е потомък на еврейски банкер от ХVI в. От рода Варбург произлизат известни учители, учени, бизнесмени, артисти, банкери и филантропи. Майката на Варбург е християнка, чиито предци са администратори, съдии и военни. Когато момчето става на дванадесет години, семейството се премества в Берлин, където баща му е назначен за професор по физика в местния университет. Младият Варбург получава начално образование в гимназията "Фридрих Вердер". В дома на семейство Варбург често идват музиканти, артисти и колеги на бащата, сред които Макс Планк, Алберт Айнщайн, Валтер Нернст, химикът-органик Емил Фишер и физиологът Теодор Енгелман.
През 1901 г. Варбург става студент по химия във Фрайбургския университет, а две години по-късно се премества в лабораторията на Фишер в Берлинския университет. През 1906 г. получава степента доктор по химия в Берлинския университет, като защитава дисертация за оптическата активност на пептидите и тяхната ферментативна хидролиза. С надежда да направи открития, които могат да доведат до лечение на рака, той започва да учи медицина в Хайделбергския университет, работейки в лабораторията на Рудолф фон Крел, известен терапевт. Заедно с него сътрудничат биохимикът Ото Майерхоф и биологът Джулиан Хъксли. В първото самостоятелно изследване на Варбург, публикувано през 1908 г., се доказва, че употребата на кислород от яйцата на морския таралеж след оплождането се увеличава шест пъти. През 1911 г. Варбург получава медицинска степен от Хайделбергския университет.
През следващите три години Варбург провежда изследвания в този университет и в зоологическата станция в Неапол (Италия) - международен център за биологически изследвания. През 1913 г. е избран за член на дружеството "Кайзер Вилхелм", най-известното научно дружество в Германия, и е назначен за ръководител на отдел и на лабораторията към Института по биология "Кайзер Вилхелм" в Берлин. Тези постове му дават пълна независимост в избора на тема за научни изследвания; административните указания само биха пречили на работата му.
През 1914 г., когато започва Първата световна война, Варбург се записва доброволец в армията и в продължение на четири години служи в кавалерията; получава званието старши лейтенант, ранен е на руския фронт и награден с Железен кръст. На Варбург му харесва военната служба и той си намира в армията приятели за цял живот. През 1918 г. Айнщайн му пише писмо, настоявайки да се върне и да се занимава с наука: "Вие сте един от най-обещаващите млади физиолози в Германия... Вашият живот постоянно виси на косъм... Не е ли това безумие? Нима няма кой да Ви замести?" Като се вслушва в съвета на Айнщайн и се убеждава, че Германия вече излиза от войната, Варбург се връща в берлинската лаборатория като професор. Но от военното време запазва своята любов към ездата и всяка сутрин преди работа в продължение на много години се разхожда, яздейки.
Лабораторните фондове Варбург използва основно за набавяне на оборудване за физически и химически изследвания. Щатът на лабораторията се състои от няколко сътрудници изследователи, повечето от които са квалифицирани техници, обучени от Варбург. Когато по-късно го питат защо не желае да подготвя бъдещи учени, Варбург възразява: "Майерхоф, Теорел и Кребс бяха мои ученици. Нима това не ви говори, че съм направил достатъчно за следващото поколение?" За петдесет години научна дейност Варбург провежда изследвания в три направления: изучаване на фотосинтезата, рака и ферментите на клетъчните окислителни реакции. Той разработва аналитични методи, включващи манометрията, използвана за измерване на налягането на газовете, например при клетъчното дишане и ферментационните реакции; спектрофотометрията, иначе казано - използването на монохромната светлина за измерване на скоростта на реакциите и количеството на метаболитите; методите на тъканните срезове за определяне на употребата на кислород без механично разрушаване на клетките.
През 1913 г., като изучава употребата на кислород от клетките на черния дроб, Варбург открива субклетъчни частици, които нарича гранули; както се оказва по-късно, това са митохондриите. Той предполага, че окислителните ферменти за реакциите, при които крайните продукти от разпадането на глюкозата се окисляват по-нататък до въглероден двуокис и вода, са свързани с тези гранули. Опитвайки е да открие биохимичните промени, протичащи в процеса на превръщане на нормалните клетки в ракови, Варбург измерва скоростта на употребата на кислород, използвайки тъканни срезове. Той открива, че макар нормалните и раковите клетки да използват еквивалентни количества кислород, раковите клетки в присъствието на кислород изработват ненормално голямо количество млечна киселина. (Глюкозата в присъствието на кислород се разпада в повечето от тъканите на млечна киселина.) Варбург прави извода, че раковите клетки използват по-често анаеробен път за метаболизма на глюкозата и че в действителност нормалните клетки се трансформират в злокачествени поради недостатък на кислород.
Варбург наблюдава, че нормалното аеробно дишане се инхибира от вещества като цианида. Той смята, че подобни околни вещества са вторична причина за рака и затова настоява за отглеждане на собствени хранителни продукти без използване на изкуствени торове или пестициди. За да избегне допълнителното избелване, използвано в обществените пекарни, той си пече хляб вкъщи. Макар че по-нататък учените стигат до извода, че основна причина за рака са измененията на генетично равнище, до 1967 г. Варбург е на мнение, че ракът се появява в резултат от нарушаване на енергетичния метаболизъм.
За работата му върху метаболизма на раковите клетки Нобеловият комитет разглежда през 1926 г. въпроса за награждаването му с Нобелова награда по физиология и медицина, но през тази година е решено наградата да се присъди на датския изследовател и лекар Йоханес Фибигер.
В края на 20-те години Варбург открива дихателния фермент цитохромоксидаза, катализиращ окислителните реакции на повърхността на гранулите (митохондриите - "енергетичните станции" на клетката). Използвайки метода на радиационната физика, при който разтвор от комплекса фермент-кофермент се осветява с монохромна светлина и получилият се образец от абсорбцията се анализира, Варбург установява, че активен кофермент на цитохромоксидазата е молекулата на порфирина с атом желязо, действащ като преносител на кислород. Това е първата идентификация на активна група на фермент.
В началото на 30-те години Варбург, назначен през 1931 г. за директор на новосъздадения Институт по физиология на клетката "Кайзер Вилхелм" (по-късно "Макс Планк"), отделя и кристализира девет фермента за анаеробен метаболизъм на глюкозата. Разработеният от него спектрофотометричен метод е необходим за пречистване на ферментите. Заедно с колегата си Уолтър Христиан той изолира също така два кофермента: флавинадениндинуклеотид (ФАД) и никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ), които участват в пренасянето на водород и електрони при окислителни реакции, катализирани от флавопротеини. Откриването на НАДФ, който съдържа никотинова киселина, разкрива функцията на витамините като коферменти.
Занимавайки се с фотосинтезата, Варбург се опитва да определи доколко ефективно растенията превръщат въглеродния двуокис и водата в глюкоза и кислород. Използвайки количествени методи, разработени в лабораторията на баща му, а също и с помощта на свои нови методи, Варбург разкрива корелацията между интензивността на светлината при фотохимическите реакции и скоростта на фотосинтезата. Той открива, че поглъщането на четири светлинни кванта довежда до създаването на една молекула кислород и че ефективността на трансформацията на електромагнитната енергия в химическа е около 65%. В неотдавна получени изследвания е доказано, че е необходимо десет пъти повече кванти светлина за получаване на една молекула кислород. Изучавайки възстановяването на нитратите в зелените растения, Варбург открива също така преносителя на електрони, наречен феродоксин.
По време на Втората световна война Варбург остава в Германия въпреки еврейския си произход, има възможност да продължи изследванията си по етиология на рака, от който Хитлер се страхува болезнено. Макар че не му разрешават да преподава, Варбург се занимава с изследвания в Института по физиология на клетката до 1943 г., докато бомбардировките на съюзниците не го принудили да премести лабораторията в имение, разположено на 30 мили северно от Берлин. В края на войната библиотеката и лабораторното оборудване на Варбург са конфискувани от съветските окупационни власти. Той продължава изследванията си в Берлин след четири години. Предишните ограничения са снети за него и той може да публикува около пет статии ежегодно за резултатите от проучванията на фотосинтезата и рака.
Варбург никога не се е женил; от 1919 г. до края на живота си дружи с Якоб Хейс, който е неизменен негов спътник и води домашните му дела, а по-късно става неофициален секретар и мениджър на института. Язденето остава любимо развлечение на Варбург, докато на 85 година не пада по стълбите, като си счупва бедрото. Две години по-късно развива тромбоза на вените и умира от емболия на белите дробове.
Варбург се увлича от история и литература. Освен че се интересува от своята работа, той слуша с голямо удоволствие музика, особено обича произведенията на Бетовен и Шопен. Излиза извън себе си, когато му пречат да работи. Веднъж казва на един настойчив журналист: "Не можете да интервюирате професор Варбург: той умря". Приятелите и колегите на Варбург го смятат за много обаятелен човек, внимателен към хората.
Многобройните почетни награди на Варбург включват наградата на Лондонското
кралско дружество, почетната степен на Оксфордския университет и ордена
"За заслуги" на правителството на ФРГ.
Превод от руски: Павел Б. Николов
