En samtale med John Gurdon / udvikling

dit første papir blev offentliggjort i 1954 og vedrørte ikke embryologi, men entomologi. Hvordan skete det?

nå, det tidlige papir blev offentliggjort i Entomologens månedlige magasin. I hele mit tidlige liv var jeg virkelig interesseret i insekter og plejede at samle sommerfugle og møller. Da jeg var en bachelor, kunne jeg godt lide at tage fri og gå ud til skoven i nærheden af London for at se, hvad jeg kunne finde. Så jeg gik ud en kold forårsdag, og der var ingen sommerfugle om, heller ikke nogen møl, men, ud af ingenting, der var en flue – jeg fangede det, sætte det i min flaske, og havde et kig på det. Den første ting, der var indlysende, var, at det ikke var en flue, det var en hymenopteran, men da jeg forsøgte at identificere det, kunne jeg simpelthen ikke finde ud af, hvad det var. Jeg kan ikke lide at blive besejret, så jeg tog til Hope-afdelingen, og de vidste heller ikke, hvad det var, og derefter til Natural History Museum, hvor en kurator fortalte mig, at det utroligt nok var en art, der aldrig blev registreret i England før! Dette var intenst irriterende for Entomologiafdelingen i Oksford, fordi professoren på det tidspunkt havde en større økologisk undersøgelse af alle insekterne i disse skove, og her var en studerende, der lige havde fanget det første, han kunne finde, og hentede en ny art. Så jeg skrev et par afsnit, der annoncerede opdagelsen, og det var sådan, jeg kom til at have det papir.

og fortsatte du din interesse for insekter?

ikke rigtig på en ordentlig videnskabelig måde, selvom jeg fortsat tænker, at jeg gerne vil vende tilbage til det, hovedsageligt fordi lepidopterans farvemønstre er så bemærkelsesværdige. Vi ved virkelig næsten intet om, hvordan farvemønstre dannes – i nogen art. Du vil ikke have et gen, der sætter en plet på en fløj, det er en mere kompliceret proces, herunder diffusion af molekyler. Jeg tænker fortsat, at når jeg faktisk går på pension, tager jeg det op, men jeg er endnu ikke kommet til det punkt!

for et halvt århundrede siden startede du dine nukleare overførselseksperimenter, og i dag offentliggør dit laboratorium stadig på det. Hvorfor tror du, at et sådant konceptuelt simpelt eksperiment har haft en så bemærkelsesværdig lang holdbarhed?

da jeg lavede de tidlige nukleare overførselseksperimenter – og jeg er permanent taknemmelig for min vejleder, Michael Fischberg, for at sætte mig på det arbejde – var spørgsmålet på det tidspunkt, om alle celler i kroppen har de samme gener. En måde at bestemme dette på var at tage en kerne fra en slags celle, lægge den i ægget og se om den kan udvikle sig. Dette eksperiment blev udtænkt så langt tilbage som i slutningen af det 19. århundrede: der er et papir af en mand ved navn Rauber, der beskriver et eksperiment med at sætte en paddekerne i et frøæg, og siger simpelthen, at han ikke fik et resultat, så det er ikke klart, om han gjorde eksperimentet eller ej!

i 1950 ‘ erne udviklede Briggs og King, to amerikanere, teknikken til at transplantere kernen, og Fischberg besluttede, at vi skulle prøve dette i Ksenopus. Der var flere meget besværlige tekniske vanskeligheder, som vi til sidst overvandt – lige så meget ved held som dygtighed – og slutresultatet var, at du i det væsentlige kan få normal udvikling ved at tage kernen i en specialiseret celle, i dette tilfælde en tarmcelle, og transplantere den til et enukleeret æg. Det sagde klart, at de samme gener er til stede i alle forskellige slags celler.

og så var der dette hul på 50 år, før Yamanaka udviklede den inducerede pluripotente stamcelleteknik, som virkelig åbnede feltet for nyttigt klinisk potentiale. Frøeksperimenterne (og meget efterfølgende arbejde, herunder genereringen af Dolly fårene i 1990 ‘ erne) sagde, at du kan vende eller forynge en specialiseret kerne helt tilbage til begyndelsen igen, men klinisk oversættelse blev kun en realistisk mulighed hos mennesker, da Yamanaka viste, at du ikke behøvede at få menneskelige æg eller embryoner til at fremstille stamceller. Denne ide om, at du kunne udlede nye celler af en slags, der starter med voksne celler af en helt anden art, chimede naturligvis med vores arbejde fra et halvt århundrede på forhånd, men interessant nok var dette absolut ikke tydeligt, da disse tidlige eksperimenter blev udført. ‘Omprogrammering’ var ikke engang formålet med eksperimenterne. Jeg kan forestille mig, at jeg ikke ville få støtte til at gennemføre disse nukleare overførselseksperimenter i dag, hvis det ikke var for deres relevans for omprogrammering hos mennesker.

så så er spørgsmålet, Hvordan fungerer denne proces? Hvad ligger til grund for ægets evne til at forynge en kerne? Vi var altid interesserede i det spørgsmål, men det blev mere og mere interessant med Yamanakas eksperimenter. Og jeg vil påpege, at folk stadig ikke rigtig ved, hvorfor Yamanaka – proceduren fungerer-selv efter ti år forstår de ikke rigtig mekanismen. Så vi mener, og det er sandt, at ægget gør et ret bedre stykke arbejde med at vende differentiering sammenlignet med overudtrykkende transkriptionsfaktorer, og tror derfor, at hvis du vidste, hvad alle ægkomponenterne er, og vidste, hvordan man får dem til at udveksle med de somatiske, ville du ikke have brug for Yamanaka-faktorerne. Derfor forfølger vi aktivt mekanismen til omprogrammering af ægget ved hjælp af den samme procedure som for 60 år siden, men med en hel masse nye måder at undersøge det på. For mig eksemplificerer dette det interessante princip, at arbejde, der blev udført på et tidspunkt, kan have en efterfølgende, meget større relevans i lyset af senere fremskridt.

vi forfølger aktivt mekanismen til omprogrammering af ægget ved hjælp af den samme procedure som for 60 år siden, men med en hel masse nye måder at undersøge det på

og hvad er din nuværende forståelse af de molekylære mekanismer til omprogrammering af ægget?

det skyldes næsten helt sikkert en høj koncentration i ægget af kromatinkomponenter, især histoner. Der er adskillige varianter af histoner, hvad angår hvordan de ændres, og en hel del af vores nylige arbejde har beskrevet de histonændringer, der pålægges af ægget på en indkommende kerne. Denne kromatinændring er måske den første nøglefase – der er en bestemt histonvariant til stede i æg, hvilket er meget vigtigt, og det er sandsynligt, at udskiftning af voksne kromatinkomponenter med dem, der er til stede i ægget, i sidste ende er det, der hjælper med at forårsage ændringen.

der er to aspekter ved dette problem. Den ene er, hvordan bruger ægget sine komponenter til at erstatte dem i den somatiske kerne, og så forynge det? Det andet er, Hvorfor fungerer ikke omprogrammering perfekt? Jeg kan godt lide at illustrere det sådan: der er en kamp mellem ægget, forsøger at vende alt tilbage til en embryonal tilstand, og den somatiske kerne, som er designet til at være præcis det modsatte – det er meningen ikke at ændre sig. De fleste af vores celler ændrer sig ikke, Og det er ret vigtigt, at cellerne er ekstraordinært stabile. Så ægget forsøger at tilsidesætte kernen, og kernen forsøger at modstå det; det er de to komplementære dele af vores forskningsprojekt i øjeblikket.

for at supplere dette ser vi også på de ændringer, der opstår i en sædkerne, der gør den så bemærkelsesværdig modtagelig for omprogrammering; i sidste ende vil vi gerne konvertere den somatiske kerne til samme tilstand som sædcellerne, og derefter skal omprogrammering fungere meget godt.

mens jeg tror, at de fleste læsere vil være bekendt med dine omprogrammeringseksperimenter, vil jeg gerne diskutere noget af dit andet arbejde. I en række papirer i 1970 ‘ erne studerede du oversættelsen af injiceret RNA i frø oocytter: kan du fortælle os lidt om dette arbejde?

eksperimentet, der appellerede enormt til mig på det tidspunkt og stadig gør det, er at injicere messenger RNA (mRNA) i æg. Jeg gjorde dette arbejde, da folk, især Hubert Chantrenne i Belgien, først havde isoleret mRNA. Jeg var en god ven af en vidunderlig mand ved navn Jean Brachet, og fortalte ham, at det, jeg virkelig gerne vil gøre, er at transplantere ikke kerner, men mRNA i æg. Han gav mig en introduktion til Chantrenne, der lavede kanin globin RNA og gav os nogle, takket være Brachet. De ting var kendt for at være ekstremt RNase følsomme, så du var næsten nødt til at tage et bad i kromsyre, før du rørte ved noget! Nu havde jeg foreslået det eksperiment som et tilskud, ville det være blevet afvist, fordi ægget var kendt for at være fuld af ribonukleaser: at sætte følsomt mRNA i et ribonukleinmiljø ville ikke give mening. Ikke desto mindre fungerede det og forbavsende godt – globin-meddelelsen gik i æg, og da æggene var blevet til haletudser, blev der stadig lavet kaninglobin. Næsten helt sikkert er årsagen til succesen, at mikroinjektion ikke åbner lysosomerne, hvor ribonukleaserne er opdelt. Så der er et andet interessant princip: når nogen fortæller dig, at noget ikke fungerer, er det meget bedre at prøve det end at tage deres ord for det. Og mRNA-injektion har vist sig at være en meget nyttig tilgang til alle mulige spørgsmål. Disse RNA-eksperimenter var virkelig et derivat af de teknologiske resultater af nuklear overførsel – hvis det virker for kerner, hvad kan du ellers overføre? Eddy de Robertis og jeg havde endda et papir, der kaldte Ksenopusæget et levende reagensglas.

du var også interesseret i induktionsprocessen og identificerede en ‘fællesskabseffekt’ i induktionen af Ksenopus mesoderm. Hvad er grundlaget for denne effekt?

i mange årtier havde folk transplanteret væv – tag et stykke væv og graft det på en anden vært. Men vævet er naturligvis sammensat af mange celler, som måske ikke alle er ens, og for mig var det altid ønskeligt at lave en enkeltcelletransplantation. Og så gjorde jeg en masse af dem, flytter enkelt stamceller fra en del af embryoet til en anden, men jeg kunne aldrig få det til at fungere – cellerne døde altid. Der må have været en eller anden grund til, at du med succes kan transplantere flere celler, men ikke enkeltceller. Det fik mig til at udføre injektioner af mindre og mindre antal celler. Det viste sig, at transplanterede celler frigiver udskilte molekyler – signalering af proteiner for eksempel – der er nødvendige for, at de kan gøre noget i værten. En enkelt celle har svært ved at gøre meget med det, den udskiller – koncentrationen er for lav – men flere celler vil opbygge en høj nok koncentration til faktisk at fungere. Denne ‘fællesskabseffekt’ er noget analog med kvorumfølelsen identificeret i bakterier.

Hvad er dit perspektiv på, hvor udviklingsbiologi som Felt er i dag? Hvad er hullerne i vores forståelse, og hvad skal vi gøre for at udfylde hullerne?

mit eget syn på udvikling er, at man skal forsøge at indsnævre tingene til enkelte enheder, hvad enten det er en celle eller en kerne eller et molekyle, og jeg bliver ofte latterliggjort, fordi jeg altid spørger folk, hvilken koncentration deres molekyle er på, og de vil sige, at det ikke betyder noget.

jeg vil sige, at koncentration og tid er de to kritiske ting i udviklingen. Du skal kende koncentrationen, og du skal vide, hvor længe den skal være der for at gøre en forskel – for for celler er en bestemt koncentration af et molekyle i et par sekunder muligvis ikke den samme som koncentrationen i 10 minutter. Så jeg vil være af den opfattelse, at det, vi virkelig mangler i udviklingsbiologi i øjeblikket, er enhver evne til at bestemme koncentrationen af proteiner, analogt med måling af nukleinsyrer ved hjælp af PCR.

i min egen erfaring blev jeg involveret i forsøg på et protein kaldet Activin, et TGF-Kurt molekyle. Temmelig forbløffende – og jeg kan stadig lide dette eksperiment-du kan tage blastula-celler, adskille dem fuldstændigt i suspension og derefter tilføje Activin i en kendt koncentration i en kendt tid. Derefter vasker du cellerne og lader dem reaggregere og spørge, hvordan de adskiller sig. Det viste sig, at resultatet – om disse celler lavede ectoderm, mesoderm eller endoderm – afhang ikke kun af mængden af Activin, men også af den tid, du badede cellerne i den. Det var et interessant princip, at koncentration og tid kan have helt forskellige effekter afhængigt af hvilken du ændrer, og hvor meget.

men for virkelig at forstå fantastiske fænomener som dette in vivo, vil det virkelig være vigtigt at kende koncentrationen af proteiner, og jeg tror, at vi helt mangler det i øjeblikket. I fremtiden vil vi gradvist arbejde med enkeltceller, kendte koncentrationer, kendte mængder tid, og så kan vi få en forståelse af, hvad der foregår i disse differentieringshændelser.

koncentration og tid er de to kritiske ting i udvikling

dit arbejde vil sandsynligvis være mest klinisk indflydelsesrig inden for celleudskiftning – hvad synes du om de aktuelle udfordringer og udsigter?

jeg tror, at udsigterne til celleudskiftning er meget gode, men videnskabelige fremskridt kan blive forhindret af andre ting. Det eksempel, jeg ofte bruger, er aldersrelateret makuladegeneration, hvor fotoreceptorerne dør, og så bliver du blind. Disse fotoreceptorer understøttes af nethindepigmenterede epitelceller, og forskere i London og andre steder kan bruge Yamanaka-proceduren til at fremstille tynde lag af epitelcellerne og derefter indsætte dem i øjet ved en proces, der ikke er mere kompliceret end udskiftning af linser. Hver gang jeg taler om dette, folk kommer op til mig og spørger, hvornår de kan få det gjort. Svaret er, at de ikke har lov til det, og grunden efter min mening går i sidste ende tilbage til juridiske spørgsmål. Hvis noget går galt, vil advokaterne kæmpe for enorme erstatningsbeløb. Hvis du udfører proceduren hundrede gange, og det går galt en gang – nioghalvfems mennesker vil vinde enormt ved ikke at blive blinde, men man får en så massiv økonomisk pris, at det medicinske erhverv vil vige væk fra det. Jeg mener, at dette er en reel udfordring for området – lægefagets modstand på grund af potentielle juridiske og økonomiske konsekvenser.

du har tidligere talt om vigtigheden af vejledningen din ph.d. – vejleder, Michael Fischberg, og mange af dine mentees har talt om dig som en stor mentor. Hvad er Gurdon-stilen for lederskab?

Nå, jeg ville være meget selvkritisk her-jeg sætter mig ikke sammen med alle i en time om ugen for at gennemgå deres resultater, jeg venter bare, indtil jeg ser dem over kaffe og spørger, hvordan det går. Så jeg må være en frygtelig dårlig mentor i den forstand, at jeg ikke rigtig foretager en regelmæssig og metodisk kontrol af tingene. Men jeg kan godt lide at tro, at folk får noget lige fra almindelig samtale. En som Doug Melton var en rigtig fantastisk kollega, men det var alt sammen gennem hans egen evne – Jeg kan ikke tænke, hvad han fik fra mig! Jeg prøver simpelthen at overtale folk, der kommer ind på mit laboratorium, til at arbejde på et værdifuldt projekt, og så lade dem nyde det.

jeg skal bare kommentere, at Michael Fischberg virkelig var en bemærkelsesværdig og generøs mentor. Han satte mig på dette nukleare overførselsarbejde og fortalte mig, at jeg skulle prøve alt, hvad jeg ville, og var yderst støttende. Det allerførste papir om nuklear overførsel – han gjorde ikke eksperimenterne, men han var forfatter til det, og med rette. Men efter det, næsten til min forlegenhed, sagde han’du tager endodermcellerne, jeg tager resten’. Og så var han ikke forfatter på de yderligere papirer – det var bemærkelsesværdigt generøst, virkelig.

jeg havde planlagt at spørge, om du stadig er tilsluttet laboratoriebænken, men jeg fik mit svar, da jeg ankom til dit kontor i dag, da du skiftede medierne til et parti Ksenopusæg. Er det vigtigt for dig at opretholde denne forbindelse?

jeg har altid opretholdt mit laboratoriearbejde, selv når jeg også gjorde andre ting, og underviser stadig i nuklear overførsel til mine kolleger. Denne forbindelse til bænken er naturligvis ikke realistisk for alle, men jeg kan godt lide at tro, at du ved at gøre det nogle gange opdager ting, der måske ikke er indlysende. Der er ingen mening i, at jeg bruger PCR-maskiner eller den slags ting, og en af mine kolleger kører i øjeblikket en vestlig plet for mig. Men det laboratoriearbejde, jeg laver nu, er mere afhængigt af at forsøge at finde måder at få disse celler til at gøre, hvad jeg vil have dem til at gøre – og det er noget, jeg ved godt.

har Nobelprisen ændret dit liv mærkbart?

Nå ja, i den forstand, at jeg får en latterlig mængde invitationer, der kører nu på omkring 200 om året. Du kan ikke begynde at håndtere det – jeg rejser mindre end jeg plejede, og jeg er ret selektiv med hensyn til, hvad jeg accepterer. Jeg får en masse invitationer ikke til mit videnskabelige bidrag, men snarere til min skolerapport, hvor min biologimester skrev, at jeg ikke ville have nogen chance for at lykkes som videnskabsmand, og som er indrammet over mit skrivebord. Den historie gjorde selvfølgelig også et stort indtryk.

der er også anerkendelse af offentligheden. Meget kort efter Nobelprisen blev gjort kendt, var jeg tilfældigvis i Sydkorea. Gå langs gaden, nogen stoppede mig og spurgte, om jeg var Dr. Gurdon, og fortalte mig, at mit fotografi var i avisen. Det var virkelig bemærkelsesværdigt, den dækning, som prisen fik. Det er også åbenlyst rart for folk at sætte pris på mit arbejde og Yamanakas, og at folk talte om omprogrammering.

er der noget, som Udviklingslæsere ville blive overrasket over at finde ud af om dig?

jeg er af den opfattelse, at det er vigtigt at holde rimeligt fit og sund. Jeg har altid været interesseret i forskellige sportsaktiviteter, især skiløb, skøjteløb og Pitch, som var mine store aktiviteter, selvom jeg i de senere år har vendt mig til tennis fra Pitch.

men jeg formoder, hvad der kan overraske læsere er, at jeg er en komplet ikke-intellektuel. Jeg læser bare ikke bøger, jeg hader at læse, og jeg går heller ikke i teatret. Hvis jeg bliver spurgt, hvorfor jeg ikke kan lide at læse, Vil jeg sige, at det tager lang tid, det er meget lettere at tale med nogen, der har læst bogen og bede om bundlinjen! Jeg er ikke interesseret i fiktion, det er bare ikke for mig. Så jeg er virkelig den ultimative ikke-intellektuelle.