Hans Krebs : La chimie du maintien de la vie

En mars 1937, dans un laboratoire de Sheffield, Hans Krebs et un collègue ont haché le muscle pectoral d'un pigeon fraîchement tué, l'ont mis en suspension dans une solution et ont observé la baisse de son taux métabolique au cours de la demi-heure suivante. Ils ont ensuite ajouté des sels d'acide citrique, et le tissu a continué à respirer environ trois fois plus longtemps. L'article expliquant pourquoi a été rejeté par Nature. Seize ans plus tard, il a remporté le prix Nobel.

Le fils du chirurgien

Krebs est né le 25 août 1900 à Hildesheim, en Allemagne, de Georg Krebs, chirurgien ORL, et d'Alma Davidson. Il a fréquenté le Gymnasium Andreanum de sa ville natale, puis a étudié la médecine de 1918 à 1923 dans trois universités — Göttingen, Fribourg-en-Brisgau et Berlin — obtenant son doctorat en médecine à l'Université de Hambourg en 1925. Il a ensuite passé une année supplémentaire à Berlin à étudier la chimie, une décision qui a transformé un médecin en biochimiste.

Apprenti d'Otto Warburg

De 1926 à 1930, Krebs a travaillé comme assistant d'Otto Warburg à l'Institut de biologie Kaiser Wilhelm à Berlin. Warburg était l'expérimentateur le plus redoutable de la biochimie allemande, et cet apprentissage a donné à Krebs la technique qui définirait sa carrière : l'étude quantitative de tranches de tissus en respiration, où la chimie d'une préparation vivante pouvait être mesurée alors qu'elle était encore en activité. Krebs a ensuite occupé des postes hospitaliers à Altona et à Fribourg sous la direction des professeurs Lichtwitz et Thannhauser.

Le premier cycle

À Fribourg, en travaillant avec un étudiant chercheur nommé Kurt Henseleit, Krebs a résolu le problème de la manière dont les mammifères éliminent l'ammoniac. La réponse, publiée en 1932, était que l'ammoniac est converti dans le foie en urée — un composé beaucoup moins toxique, excrété dans l'urine et une source majeure de l'acide aminé arginine. Le mécanisme importait moins que sa forme. C'était une boucle : une séquence de réactions qui consommait ses intrants, libérait son produit et régénérait son propre matériau de départ, prêt à fonctionner à nouveau. C'était la première voie métabolique cyclique jamais découverte, et Frederick Gowland Hopkins a présenté les travaux à la Royal Society à l'hiver 1932.

Renvoi, 1933

En avril 1933, le gouvernement nazi l'a renvoyé de son poste à la clinique médicale de l'Université de Fribourg ; sa nomination a été officiellement terminée en juin. Hopkins, qui avait suivi les travaux sur l'urée dans la littérature allemande, l'a invité à Cambridge. Krebs est arrivé en juillet 1933 en tant que boursier Rockefeller, puis en tant que démonstrateur au Département de biochimie, poste qu'il a occupé jusqu'en 1935. La perte pour l'Allemagne était totale et permanente : l'homme qui expliquerait comment chaque cellule du corps extrait l'énergie de la nourriture a passé le reste de sa vie professionnelle en Angleterre.

L'expérience du muscle de pigeon

En 1935, Krebs a déménagé à l'Université de Sheffield en tant que maître de conférences en pharmacologie. Là, avec William Johnson, il a mené les expériences sur le muscle de pigeon qui ont produit son deuxième et plus grand cycle. L'observation selon laquelle le citrate prolongeait la respiration par trois pointait vers quelque chose de contre-intuitif : l'acide citrique n'était pas consommé comme carburant, mais agissait de manière catalytique au sein d'une boucle fermée qui consommait les produits de dégradation du sucre, libérait du dioxyde de carbone et se régénérait elle-même.

Ce que le cycle de l'acide citrique explique, c'est la transaction centrale de la vie animale. Les sucres, les graisses et les composants des protéines y sont introduits et convertis en dioxyde de carbone, en eau et en énergie, les électrons libérés étant utilisés pour construire des liaisons phosphate à haute énergie sous forme d'adénosine triphosphate — le réservoir d'énergie chimique de la cellule. L'évaluation de Britannica est que le cycle est « central pour presque toutes les réactions métaboliques et la source des deux tiers de l'énergie dérivée de la nourriture chez les organismes supérieurs ». Nature, en 1937, a refusé de le publier.

Sheffield et Oxford

Krebs est devenu professeur à Sheffield en 1945 et, en 1954, a déménagé à Oxford en tant que professeur Whitley de biochimie, où il est resté membre de la faculté jusqu'en 1967. Il a continué à trouver des boucles : en travaillant avec H. L. Kornberg, il a décrit le cycle du glyoxylate chez les plantes et les micro-organismes, et en 1957, les deux ont publié un compte rendu des transformations énergétiques dans la matière vivante. Il avait été élu membre de la Royal Society en 1947, a reçu la médaille royale en 1954, a été anobli en 1958 et a reçu la médaille Copley de la Royal Society en 1961. En 1953, il a partagé le prix Nobel de physiologie ou médecine avec Fritz Lipmann, la citation se lisant simplement « pour sa découverte du cycle de l'acide citrique ».

Il avait épousé Margaret Cicely Fieldhouse en 1938 ; ils ont eu deux fils, Paul et John, et une fille, Helen. Il est décédé à Oxford le 22 novembre 1981, à l'âge de quatre-vingt-un ans.

Pourquoi Hans est qualifié de génie

La faculté distinctive ici n'est pas la puissance mathématique ou l'audace théorique, mais un type particulier de reconnaissance de formes : la capacité de regarder une liste d'intermédiaires chimiques et de voir un cercle là où tout le monde voyait une ligne. Le métabolisme avait été imaginé comme une chaîne allant de la nourriture aux déchets. Krebs a découvert, à deux reprises, qu'il fonctionne en boucles — qu'une molécule peut être un catalyseur pour sa propre régénération à l'intérieur d'une cellule vivante. Le cycle de l'urée a été la première voie de ce type jamais identifiée, et le cycle de l'acide citrique s'est avéré être la salle des machines de la vie aérobie. C'est un mouvement conceptuel de premier ordre, et il a été gagné non par la spéculation, mais par une mesure quantitative incessante de tissus encore vivants.

Le contre-argument honnête mérite d'être énoncé. La technique qui l'a rendu possible — l'étude manométrique de préparations de tissus en respiration — il l'a héritée d'Otto Warburg plutôt que de l'inventer. Les deux cycles ont été trouvés en collaboration, avec Henseleit et avec Johnson, et le prix Nobel a été partagé. Et le rejet de Nature est instructif : pour les experts contemporains en 1937, le travail n'a pas été lu comme révolutionnaire, car il a été assemblé à partir d'incréments plutôt qu'annoncé comme une révélation. Aucune loi ou équation ne porte le nom de Krebs ; une voie métabolique, si. Sa réussite est empirique et cumulative plutôt que singulière, ce qui explique précisément pourquoi elle n'a jamais eu besoin d'être révisée.

Héritage

Le cycle de Krebs est maintenant enseigné à chaque étudiant en biologie sur terre, généralement sous la forme d'un diagramme sur une seule page, ce qui dissimule à quel point il était difficile à voir. Sa découverte a transformé la biochimie d'une science descriptive en une science mécaniste et a fourni le cadre sur lequel repose encore la compréhension moderne de l'énergie cellulaire, et une grande partie de la compréhension médicale des maladies métaboliques. Un réfugié renvoyé par son propre pays en 1933 a expliqué, depuis un laboratoire anglais provincial, comment les êtres vivants restent en vie.