Nel 1917, quando il pioniere biochimico Statunitense James Batcheller Sumner ha iniziato la sua ricerca per isolare un enzima, ha dovuto cimentarsi con un’intensa attività didattica e di sicurezza, il tempo per la ricerca. Per rendere le cose ancora più difficili, non aveva molto supporto finanziario o tecnico. E ciò che era ancora più notevole del progetto di ricerca di Sumner era che stava tentando un’impresa che i biochimici più esperti e noti non erano riusciti a raggiungere fino ad allora.
A quel tempo, la parola “enzima” aveva appena cinquant’anni, e mentre gli scienziati avevano familiarità con le fermentazioni catalizzate dagli enzimi, la natura dei fermenti enzimatici rimaneva ancora un mistero. Infatti, si credeva che gli enzimi appartenessero a una categoria ancora sconosciuta di composti chimici e che potesse essere impossibile cristallizzarli effettivamente.
Quando Sumner riuscì finalmente nella sua ricerca nel 1926, era ancora solo un assistente professore alla Cornell University americana. Isolando e cristallizzando con successo l’ureasi-l’enzima che catalizza l’idrolisi dell’urea in anidride carbonica e ammoniaca – ha dimostrato che gli esperti del suo tempo si sbagliavano. Non solo, ha continuato a dimostrare che la maggior parte degli enzimi erano in realtà proteine.
Nel 1946, Sumner ricevette il premio Nobel per la Chimica per aver dimostrato che gli enzimi possono essere cristallizzati. Durante la sua conferenza per il Nobel, spiegando cosa lo aveva spinto a prendere qualcosa che era considerato irraggiungibile per il suo programma di ricerca, disse: “Desideravo realizzare qualcosa di reale importanza. In altre parole, ho deciso di prendere ‘un colpo lungo’. Un certo numero di persone mi ha consigliato che il mio tentativo di isolare un enzima era sciocco, ma questo consiglio mi ha fatto sentire tanto più certo che, in caso di successo, la ricerca sarebbe valsa la pena.”
Primi anni di vita
James Batcheller Sumner nacque a Canton, Massachusetts, il 19 novembre 1887 in una famiglia benestante di produttori tessili di cotone. Mentre era a scuola, le uniche materie che non trovava noiose erano fisica e chimica. Da adolescente, era particolarmente interessato alle armi da fuoco e spesso andava a caccia con i suoi amici. Un pomeriggio, mentre cacciava il gallo cedrone all’età di diciassette anni, il suo compagno gli sparò accidentalmente al braccio sinistro. Di conseguenza, il suo braccio doveva essere amputato vicino al gomito.
Sfortunatamente, Sumner era mancino. Dopo l’incidente, ha coraggiosamente iniziato a imparare a fare le cose con la mano destra. Imperterrito dalla perdita del suo braccio, ha preso parte a sport atletici e anche continuato la caccia, rivelando quanto audace e perseverante era anche in quella giovane età. Più tardi, come ricercatore con un braccio solo, si è addestrato a gestire tutti i tipi di attrezzature di laboratorio da piccole provette a oggetti più grandi con una mano. Eccelleva nel tennis, nello sci e nel pattinaggio e vinse anche il premio Cornell Faculty Tennis Club. Mentre era a Stoccolma per ricevere il suo premio Nobel, ebbe l’opportunità di incontrare re Gustavo. Quando il re gli chiese come fosse riuscito a gestire sia la palla che la racchetta mentre prestava servizio in una partita di tennis, gli diede prontamente una dimostrazione.
Sumner ha conseguito la laurea in chimica nel 1910 presso l’Harvard College. Dopo un breve periodo presso la fabbrica di maglieria di cotone di suo zio e un anno di insegnamento di chimica al Worcester Polytechnic Institute, tornò ad Harvard per perseguire il suo dottorato di ricerca, studiando biochimica con il professor Otto Folin. Quando Folin intervistò Sumner, gli aveva consigliato di prendere legge invece, perché “un uomo con un braccio solo non potrebbe mai farlo in chimica”. Ma, fedele al carattere, Sumner ha preso questa osservazione come una sfida e ha continuato a lavorare sulla sua tesi con Folin. Infine, ha conseguito il dottorato nel 1914 per la sua tesi su “La formazione di urea nel corpo animale”, e l’ammirazione di Folin pure.
Nell’estate del 1914, accettò un’offerta come assistente professore di Biochimica presso la Cornell Medical School, a Ithaca, New York.
Dalla dura opposizione all’ampio consenso per la ricerca rivoluzionaria
Nel 1917, Sumner iniziò la sua ricerca sugli enzimi alla Cornell, scegliendo di lavorare con jack bean (Canavalia ensiformis) che sembrava essere straordinariamente ricco di ureasi. Pensava che isolare l’enzima nella forma pura da questo fagiolo non sarebbe stato difficile. In definitiva, gli ci sono voluti nove anni per riuscire in questo compito.
I primi tentativi di Sumner incontrarono un fallimento. Ma, né la delusione del fallimento né lo scoraggiamento dei suoi colleghi, che pensavano che stesse tentando l’impossibile, potevano impedirgli di continuare con il suo lavoro. Era sicuro di essere sulla strada giusta. Nel 1921, dopo aver ottenuto una borsa di studio americano-belga, decise di andare a Bruxelles per lavorare con Jean Effront, autore di numerosi libri sugli enzimi. Ma, con il biochimico belga considerando l’idea stessa di isolare l’ureasi come assurda, Sumner ha dovuto rinunciare ai suoi piani di lavorare con lui. Riprese il suo lavoro a Itaca con ancora più determinazione, e finalmente ci riuscì nel 1926. Riferendosi a quel momento emozionante della sua vita, Sumner ha scritto in una nota autobiografica, ” Sono andato al telefono e ho detto a mia moglie che avevo cristallizzato il primo enzima.”
Tuttavia, la maggior parte dei biochimici ha rifiutato di prendere nota del suo successo. Molti non credettero alla sua affermazione di aver isolato e cristallizzato l’ureasi. Sumner ha fornito ampie prove sperimentali per dimostrare che la globulina che aveva isolato dalla farina di jack bean era identica all’enzima ureasi e che l’enzima era una proteina. Ma i documenti di ricerca che ha pubblicato sono stati respinti o ignorati dagli esperti di enzimi, con molti insistendo sul fatto che la proteina che aveva cristallizzato era il vettore per l’enzima e non l’enzima puro.
I critici più forti di Sumner includevano il principale chimico enzimatico del tempo, Richard Willstätter, e i suoi studenti in Germania che, anche dopo diversi anni di intensa ricerca, non erano riusciti a isolare un enzima puro e quindi conclusero che gli enzimi puri non potevano essere proteine. Ma lo scetticismo dei biochimici europei ha solo rafforzato la determinazione di Sumner a difendere le sue scoperte. Ha risposto alle loro reazioni negative pubblicando altri dieci documenti e offrendo ulteriori dati nei prossimi cinque anni. Nel 1936, aveva venti articoli di ricerca pubblicati su ureasi al suo nome.
Fortunatamente per Sumner, nonostante l’opposizione di importanti biochimici, il suo lavoro di ricerca fu apprezzato alla Cornell e gli fu offerta una cattedra completa all’Università nel 1929.
Nel 1930, ancora una volta fu dimostrato che Willstätter aveva torto e Sumner aveva ragione quando John H. Northrop del Rockefeller Institute mostrò anche che gli enzimi erano proteine e riferì la cristallizzazione della pepsina e di altri enzimi. Nel 1937 Sumner riuscì ad isolare e cristallizzare un secondo enzima, la catalasi, presente nel sangue. Nello stesso anno, più riconoscimento del suo lavoro è venuto attraverso un Guggenheim Fellowship di essere assegnato a lui, dopo di che ha trascorso cinque mesi in Svezia a lavorare con il famoso Professor Theodor Svedberg. Poco dopo, gli è stato assegnato il Premio Scheele a Stoccolma.
Una vita dedicata alla chimica enzimatica
Ormai era riconosciuto che Sumner aveva sviluppato un metodo generale di cristallizzazione per gli enzimi. Ma il riconoscimento coronamento è stato scelto come uno dei destinatari del Premio Nobel per la Chimica nel 1946 “per la sua scoperta che gli enzimi possono essere cristallizzati”. Gli altri co-vincitori del premio Nobel per la chimica quell’anno furono Northrop e Wendell M. Stanley, che lo vinsero “per la loro preparazione di enzimi e proteine virali in forma pura”.
Nel 1948, Sumner fu eletto all’Accademia Nazionale delle Scienze (USA). Nel 1949 fu eletto membro dell’Accademia Americana delle Arti e delle Scienze.
Sumner ha trascorso tutta la sua carriera alla Cornell di Itaca, e ha continuato a diventare un pioniere in biochimica lì. Nel 1947, un anno dopo aver ottenuto il premio Nobel, fu nominato direttore del laboratorio di chimica enzimatica presso il College of Agriculture dell’Università.
Poco dopo il suo ritiro dalla Cornell nel luglio 1955, Sumner stava progettando di recarsi in Brasile per organizzare un programma di ricerca sugli enzimi presso l’Università di Minas Gerais, quando improvvisamente si ammalò. Gli fu diagnosticato un cancro e morì solo un mese dopo, il 12 agosto 1955, in un ospedale di Buffalo, NY.
Il lavoro pionieristico di James Sumner ha aperto la strada a ulteriori ricerche sulla struttura chimica degli enzimi puri e ha portato allo studio degli enzimi che svolgono un ruolo chiave nella ricerca nella biochimica moderna.
