Linus Pauling - pionér og fredsaktivist

Publiceret Januar 2001

Her ved sin 100-årsdag, har den afdøde amerikanske kemiker Linus Pauling aktualitet i forbindelse med den forskning, der skal lede til en forståelse af de molekylære mekanismer bag de prion fremkaldte sygdomme hos dyr og mennesker.

Den amerikanske kemiker Linus Pauling, der døde som 93-årig i 1994,  var  i mange henseender en omstridt person i sin levetid. Han erhvervede sig to Nobelpriser. Han blev tildelt én i kemi i 1954, og han fik Nobels fredspris i 1964. Han grundlagde, til en vis grad, den moderne naturmedicin og ernæringslære på den måde, som vi ser den vinder udbredelse idag. I ernæringslæren var Paulings hovedinteresse C-vitaminet. Men når man kigger tilbage på det  20. århundrede må man erkende at hans mange fundamentale bidrag til naturvidenskaben og til forståelse af proteiners arkitektur i kombination med hans humanitære indsats, anbringer ham i klassen af enere som Einstein, Bohr, Freud, Newton og Galilei.

Det har vist sig, at den forskning, som undersøger den tilgrundliggende mekanisme for prionfremkaldte sygdomme som kogalskab og Creutzfeldt-Jakob må gå tilbage til Linus Pauling's opdagelser for 50 år siden og anerkende hans grundlæggende observationer om proteinstruktur. Det proteinmolekyle, som prionet  i virkeligheden er, kan nemlig forefindes i to forskellige strukturelle former, hvoraf den ene indeholder mange såkaldte alfahelixer (det "sunde" molekyle) mens den "syge" form indeholder mange såkaldte foldebladsenheder. De to strukturelementer er standardmoduler i de fleste proteiner. Pauling fandt disse to strukturelementer i andre proteinmolekyler allerede i 1951 og postulerede deres eksistens ud fra sit indgående kendskab til de kræfter, som  får et proteinmolekyle til at indtage en veldefineret og entydig form ud fra et utal af muligheder. Når man taler om prioner, synes et skift mellem en normal og unormal (eller sygdomsfremkaldende) rumlig arkitektur i det samme proteinmolekyle at afgøre, om man er syg eller rask. Studiet af de prionfremkaldte sygdomme betyder således et paradigmeskift i forståelsen af de molekylære mekanismer bag proteinmolekylers arkitekturs betydning for sundhed/sygdom og vil måske indvarsle en ny æra i proteinforskningen, idet der er forsøg, der tyder på, at man i reagensglasset kan omdanne det normale prion (med mange alfahelixmoduler) til til det unormale (med mange foldebladsmoduler) under anvendelse af -en idag -ukendt molekylær mekanisme. Vi står her overfor strukturel omdannelse af et protein, der efter alt at dømme ligger udenfor genernes kontrol, idet det normale prion, som findes hos alle sunde mennesker, under specielle omstændigheder kan omdannes til en sygdomsfremkaldende variant, der blot er omlejret til en anden arkitektur ved en flip/flop mekanisme. Det skal samtidig bemærkes, at der også er beskrevet genetiske varianter dvs mutationer af prioner, som spontant og genetisk determineret fra individets fødsel kun forefindes i den uheldige struktur, der er sygdomsfremkaldende. Disse muterede prioner udgør i øjeblikket et andet forskningsområde indenfor prionforskningen.

Linus Pauling ved tavlen i 1983.
Linus Pauling ved tavlen i 1983.

Prusiner  fik  i 1997 Nobelprisen i medicin, fordi han viste, at  det er det "syge" prionprotein, der er den smitsomme komponent, der overfører ved TSE  (transmissible spongiform encephalopathies) en anden af de prionfremkaldte sygdomme. Navnet for den mest velkendte prionfremkaldte sygdom kogalskab er blevet til BSE (bovine spongiform encephalopathies). Pointen og begrundelsen for Prusiners Nobelpris er, at  at prionet ikke en en virus, der indeholder arvematerialet DNA , men at det er prionmolekylet, dvs proteinmolekylet i sig selv, der er smittebærende, uden tilstedeværelsen af arvemateriale (DNA eller RNA) som vi kender det fra sygdomsfremkaldende vira.

I 1939 offentligjorde Pauling lærebogen "The Nature of The Chemical Bond," som revolutionerede den kemiske tankegang på det tidspunkt bogen udkom. Bogen var baseret på den opfattelse, at man kunne beskrive og opfatte molekyler i tre dimensioner og bruge rationel tankegang i beskrivelsen af kemiske bindinger, ligesom man gjorde det i atomkernefysikken, hvor man anvendte kvantemekaniske principper til beskrivelse af atomerne. Han fik Nobelprisen i kemi i 1952 for sit generelle bidrag til den strukturelle kemi. Det var første gang, at Nobelkommiteen gav prisen til en person for hans generelle indsats i et fagområde snarere end for en specifik enkeltstående epokegørende videnskabelig opdagelse.   

Paulings indsats for  proteinforskningen, hvor han var den store pioner i 1930'erne, er baseret på hans teorier om, at man kan lære om forståelsen af proteiners og andre biomolekylers funktion, alene ved at studere deres struktur dvs deres rumlige arkitektur.Han var den første forsker, der påviste en arvelig sygdom, der kan henføres til en enkelt strukturændring i et proteinmolekyle. Ændringen, der er en DNA-bestemt mutation, leder til dannelse af et defekt protein, der er sygdomsfremkaldende.  Ændringen er i hæmoglobin, det rødfarvede protein i blodet, som transporterer ilt fra lungerne ud til vævene. I 1946 opdagede han, at en genetisk variant af dette molekyle fandtes hos seglcellanæmipatienter og var årsagen til denne arvelige sygdom, som har stor udbredelse hos sorte i Afrika. En enkelt punktmutation i hæmoglobin medfører, at dette molekyle får en anden arkitektur og medfører derfor, at de røde blodlegemer bliver deformerede. Seglcelleanæmi er således i modsætning til prionsygdommene nøje kontrolleret af arvemassen og må rubriceres som en entydig arvelig sygdom, der forekommer med en bestemt høj frekvens specielt i Afrika. Denne sygdom forekommer med særlig høj hyppighed i Afrika bl. a. fordi den skaber delvis modstandskraft overfor tropesygdommen malaria. Patienter med seglcellanæmi har ændrede røde blodlegemer, som malariaparasitten har vanskeligt ved at trænge ind i. Af samme årsag lever en malariasmittet  seglcelleanæmipatient  længere end en normal person, der er smittet med malaria. Dette betyder igen, at  den arvelige sygdom seglcelleanæmi har bedre gennemslagskraft, dvs at der er flere overlevende smittede patienter med denne sygdom i områder f. eks. Afrika hvor der er en høj dødelighed på grund af  malaria.

I 1948 beskrev han, at generne i arvemassen indeholder to komplimentære enheder, der holdes sammen af svage kemiske kræfter. Dette blev senere eftervist af Watson og Crick, der postulerede tilstedeværelsen af to strenge i DNA. Pauling var dog med i kapløbet om DNAs struktur til det sidste, i konkurrence med Watson og Crick,  som det lykkedes at opklare DNA dobbelthelixstrukturen i 1954 og vinde kapløbet om opklaringen af arvemassens kemiske struktur. Selvom det blev Watson og Crick, der løste gåden med DNAets tredimensionale struktur, var deres succes baseret på Paulings metodologi. I denne periode, dvs i 1950rne og begyndelsen af 60'erne, viede Pauling imidlertid halvdelen af sin tid til sit fredsarbejde og antiatomvåbenkampagner sammen med sin kone Ava Helen Pauling. De rejste rundt og forelæste i USA i denne periode, da Pauling var blevet overbevist om, at radioaktiv stråling var farlig for arvemassen selv i små mængder og han talte utrætteligt for et stop af atomprøvesprængninger. Den tids politiske klima var præget af den kolde krig og McCartyisme i USA. Han blev udsat for massiv kritik for sin antikrigskampagne fra offentligheden og sine kolleger, og han fik i en periode inddraget sit pas. F.eks. fik han først pas til sin rejse til Stockholm 2 uger før han officielt skulle modtage Nobelprisen i kemi i 1952. Hans mod og vedholdenhed i fredsarbejdet blev belønnet med Nobels fredspris i  1964. Han delte fredsprisen med sin kone Ava Helen og han udtalte senere at han, af sine 2 Nobelpriser, påskønnede fredsprisen mest, fordi den havde gjort hans fredsarbejde mere respektabelt.

Plakat udgivet af Oregon State University i anledning af 100-året for Linus Paulings fødsel.
Plakat udgivet af Oregon State University i
anledning af 100-året for Linus Paulings fødsel.

Midt i 1960'erne blev Pauling interesseret i vitaminer og et begreb han kaldte ortomolekylær medicinsk behandling. Han definerer selv begrebet på følgende måde: "Det er bedre  at behandle lidelser ved hjælp af stoffer, der normalt forekommer i kroppen end at ty til kraftigt virkende syntetiske lægemidler, der i reglen producerer kraftige bivirkninger.Ved ortomolekylær medicinsk behandling forstår jeg indgivelser af kemiske forbindelser med lav giftighed f.eks. vitamin C og andre vitaminer, som findes i kroppen under normale omstændigheder og som er nødvendige for et godt helbred". Jeg (undertegnede forfatter) var på studieophhold på Massachusetts Institute of Technology (MIT) i Boston USA i denne periode (fra 1970-72) hvor jeg arbejdede i laboratoriet hos en af Paulings elever Alexander Rich på Institut for Biomolekylær Struktur på MIT. Rich havde været på studieophold i Paulings laboratorium  1951. Lige efter udgivelsen i 1970, modtog Rich et eksemplar med posten fra sin forhenværende vejleder af "Vitamin C and The Common Cold". Men bogen faldt ikke i god jord i lægekredse på det tidspunkt. Kemikeren Pauling havde igen vovet sig ind på et kontroversielt område, selvom han havde skrevet en bestseller om C-vitaminet. Den Amerikanske Lægeforening reagerede prompte og ikke særlig positivt. Pauling blev dog ved med sit arbejde på vitamin C, vitamin E og andre antioxidanter. Hans grundide var, at både immunsystemets sundhed og dannelse af nødvendigt bindevæv krævede ekstra C-vitamin. Senere vovede han sig ind på andre emner og koncentrerede sig begyndelsen først om hjernens biokemi for at behandle psykiske sygdomme, og senere forsøgte han sig med forkølelse, influenza, AIDS og kræft. Men han havde det langt fra nemt også i denne periode, idet man i lægelige fagkredse i USA tog afstand fra hans initiativer og efterfølgende har det taget mange år før den bredere  offentlighed og den etablerede lægevidenskab har anerkendt at antioxidanter -så som C-vitaminet taget i kraftigere doser - kan have gavnlig virkning på helbredet. Han blev dog stædigt ved selv at spise en daglige høje doser af vitamin C og var efter sigende i slutningen af sit liv oppe på daglige doser på 18 gram. Et Linus Pauling Institut blev startet på Oregon State Universitetet i USA i august 1996. Instituttets grundide er, at en optimal ernæring er basis for en sund tilværelse. Instituttet har sat sig som mål at studere de molekylære mekanismer og fysiologiske effekter af mikronæringsstoffer, vitaminer og planteekstrakter og at fortsætte Linus Paulings pionerarbejde indenfor ernæring. Instituttets forskningsområder er indtil videre bl. a. hjertesygdomme, kræft samt alderdommens problemer

Som lærer var Pauling inspireret, inspirerende og humoristisk. Han  mente, at de grundlæggende teorier i kemi og molekylstruktur kunne formidles til enhver, der var interesseret, og at de grundlæggende begreber ikke var sværere at forstå, end at jorden er rund. Endvidere mente han, at ethvert menneske burde have en vis videnskabelig indsigt, for at kunne forstå det moderne samfund og den verden, der omgiver os.   

Paulings forskning er et skoleeksempel på, at grundforskning kan betale sig for et samfund, selvom der ikke umiddelbart synes at være et praktiske afkast af resultaterne, som det er muligt at udnytte kommercielt. Selvom han var uddannet som kemiker, var hans forskning, i udpræget grad tværdisciplinær således, at den har fået stor medicinsk betydning uden måske egentlig at ville have det det fra starten. Han  havde selv en stor viden i kemi, fysik og matematik og kunne så kombinere disse discipliner således, at han med sin intuition kunne komme med et kvalificeret gæt på en løsning af et problem,  måske først flere år efter at han havde formuleret problemstillingen.

Linus Pauling som studerende ved Oregon Agricultural College ca. 1920.
Linus Pauling som studerende ved
Oregon Agricultural College ca. 1920.

Betydningen af hans opdagelse, for 50 år siden af alfahelix/foldebladsstrukturerene i proteiner, synes nu at få fornyet betydning gennem prionforskningen dvs hvorledes en arkitektonisk omlejring i det normal prionmolekyle kan lede til BSE. Det er dog uvist, hvorledes sammenhængen er mellem disse omlejrede strukturer i prionmolekylerne og de alvorlige vævsændringer i nervevæv, der leder kogalskab eller Creutzfeldt-Jakob. Kun fremtidig forskning på området vil kunne afsløre sammenhængen mellem det molekylære mønster i prionproteinerne og det kliniske billede. Grundlæggende er BSE dog en sygdom, som man spiser sig til. Det er fejlernæring med mad, der indeholder prioner i den skadelige form. Ca. 200000 engelske køer har f.eks. spist sig til BSE gennem et kosttilskud af ikke-varmebehandlet benmel. Frygten for at dette også skal ramme  resten af Europa, og BSE er en europæisk sygdom, har fået EU til at forbyde brug af al kød og benmel i hele Europa i en 6-måneders periode. En beslutning med enorme økonomiske konsekvenser for fødevareindustrien og dermed for samfundet.

Det er naturligvis  kun få forskere beskåret at opnå de samme store resultater og anerkendelse i deres arbejde som Linus Pauling. Han var et geni og et visionært menneske, havde heldet med sig og, ikke mindst, havde han sin virke i det 20. århundrede, hvor de biologiske/kemiske problemstillinger måske var mere jomfruelige, end de er det idag. Men forskning er heldigvis så mangesidig en foreteelse, at det det er muligt for de fleste andre at være med, også idag. Selvom forskningssituationen er anderledes -og måske vanskeligere i år 2000 end den var for 50 år siden, så repræsenterer naturvidenskab og den frie grundforskning stadigvæk et af de vigtigste vækstlag i samfundet og det er en rolle den vil have i lang tid fremover. Et samfund, der ikke vil indse dette har efter min mening skudt sig selv i foden.

I februar 2001 er det 100-året for Linus Paulings fødsel og begivenheden vil blive markeret behørigt på flere måder, bl. a. som det fremgår af nedenstående web-adresser.

Kilder:

Force of Nature, The Life of Linus Pauling; Thomas Hager, 1995, Simon & Schuster, New York

Linus Pauling and the Twentieth Century: An Exhibition; Besøg websiden: http://www.paulingexhibit.org/

Oregon State University Linus Pauling Centenary Celebration: http://pauling.library.orst.edu/

The Prion Diseases James A. Mastrianni, M.D., Ph.D. and Raymond P.Roos, M.D. Sem Neurology 20(3):337-352, 2000.Thieme Medical Publishers, Inc. eller http://www.cfs.inform.dk/Toxicology/priondis00.html