Osamu Shimomura: Il chimico che ha estratto la luce dalle meduse

Nell'estate del 1961, sulle acque di Friday Harbor, Washington, un chimico giapponese e il suo mentore americano hanno raccolto da duemila a tremila meduse al giorno nel Puget Sound e hanno continuato fino a quando non ne hanno passate circa cinquantamila sul loro banco di lavoro. "Il nostro laboratorio sembrava una fabbrica ed era pieno di odore di medusa", ricordava Shimomura. Ha ripetuto una versione di quel rituale per diciannove estati, portando a riva centinaia di migliaia di esemplari. Ciò che ha infine estratto da quella poltiglia ha dato alla biologia la sua lampada più utile.

Un bagliore su Nagasaki

Era figlio di un ufficiale dell'Esercito imperiale giapponese, nato il 27 agosto 1928 a Fukuchiyama, Kyoto, e spostato in base agli incarichi del padre — Manchukuo, poi Osaka — prima che la famiglia si stabilisse a Isahaya, nella prefettura di Nagasaki. Aveva sedici anni nell'agosto 1945 quando la guerra arrivò dal cielo. A venticinque chilometri dall'epicentro, sentì il bombardiere Bockscar prima della detonazione; il bagliore lo rese cieco per circa trenta secondi e, in seguito, la pioggia nera radioattiva cadde su di lui. La sua istruzione era già stata distrutta dalla guerra. Sua nonna, che lo crebbe con nozioni di onore e fortezza tipiche dei samurai, gli fornì il temperamento che l'aula scolastica non gli aveva dato.

Il college che lo accettò senza diploma

Nel 1948 il Nagasaki Pharmacy College lo ammise senza diploma di scuola superiore, un atto di misericordia istituzionale che decise il resto della sua vita. Conseguì una laurea in farmacia nel 1951 presso quella che oggi è la Scuola di Scienze Farmaceutiche dell'Università di Nagasaki e vi rimase come assistente di laboratorio fino al 1955, un lavoro senza un soffitto evidente. Ciò che cambiò le cose fu una presentazione a Yoshimasa Hirata all'Università di Nagoya, che lo prese con sé e gli affidò un problema che aveva sconfitto chimici con credenziali migliori: perché i resti frantumati ed essiccati della lucciola di mare Vargula hilgendorfii brillano di blu quando li si bagna.

Dieci mesi, un cristallo

L'incarico doveva occuparlo. Lo occupò per dieci mesi, al termine dei quali ottenne la luciferina cristallina pura — la molecola stessa emittente luce, isolata nel 1957 da un estratto notoriamente instabile che si ossidava nel momento in cui veniva maneggiato. L'articolo, "Crystalline Cypridina luciferin" nel Bulletin of the Chemical Society of Japan, fu un'impresa tecnica che circolò ben oltre il Giappone. Nagoya gli conferì un master in chimica organica nel 1958 e, nel 1960, un dottorato per una tesi sulla struttura della luciferina della lucciola di mare. Era entrato in un'università senza un certificato di scuola superiore e l'aveva lasciata con un dottorato e una reputazione internazionale per aver fatto l'impossibile a mano.

La fabbrica di meduse

Frank Johnson a Princeton lesse l'articolo sulla luciferina e lo reclutò; Shimomura arrivò nel 1960 con una borsa Fulbright. Johnson lo mise al lavoro su Aequorea victoria, la medusa di cristallo, di cui nessuno riusciva a spiegare il bordo luminoso. Gli animali dovevano essere catturati in natura, quindi il lavoro si spostava ogni estate presso i Friday Harbor Laboratories dell'Università di Washington. La scala era industriale e la chimica era miserabile: il materiale che produceva luce si degradava velocemente e le rese erano infinitamente piccole.

Nel 1962 il lavoro fu ripagato due volte. Shimomura isolò l'aequorina, una proteina che emette luce blu quando il calcio vi si lega, e accanto ad essa una seconda proteina minore che presentava fluorescenza verde. Quella verde fu, per anni, un ripensamento — una curiosità notata mentre si inseguiva quella blu. Era la proteina fluorescente verde.

La proteina che trasportava la sua lampada

L'intuizione decisiva arrivò più tardi, quando Shimomura comprese la chimica piuttosto che la semplice esistenza della GFP, mappando la struttura delle proteine nel 1972. Dimostrò che il cromoforo emittente luce della GFP è integrato nella sua stessa catena peptidica — la proteina fabbrica la propria lampada, senza richiedere substrati esterni, cofattori o molecole prese in prestito. Quel singolo fatto strutturale è ciò che ha reso possibile tutto il resto. Poiché l'apparato luminoso era codificato nella sequenza proteica, il gene poteva essere clonato e inserito in qualsiasi organismo, dove avrebbe brillato da solo. Martin Chalfie dimostrò la GFP come un'etichetta vivente; Roger Tsien progettò la tavolozza di colori che l'ha trasformata in uno strumento generale. Nel 2008 i tre hanno condiviso il Premio Nobel per la chimica, del valore di circa 1,4 milioni di dollari, "per la scoperta e lo sviluppo della proteina fluorescente verde, GFP".

Shimomura ha anche donato il suo materiale, ottenuto con tanta fatica. Prima che l'ingegneria genetica rendesse la GFP riproducibile, ha distribuito le sue scorte di proteine raccolte faticosamente ai laboratori di tutto il mondo gratuitamente.

Il professore più assente di Boston

Ha trascorso la maggior parte della sua carriera come scienziato senior presso il Marine Biological Laboratory a Woods Hole, con una cattedra di fisiologia presso la Boston University School of Medicine che trattava come una formalità: secondo l'università stessa, ha messo piede nel campus tre volte tra il 1982 e il 2001, e gli amministratori hanno scoperto che era andato in pensione solo quando l'annuncio del Nobel ha forzato la questione. Ha continuato a lavorare sulla bioluminescenza molto tempo dopo che il campo era passato agli strumenti che lui aveva reso possibili, e ha scritto la monografia standard, Bioluminescence: Chemical Principles and Methods, insieme a un libro di memorie giapponese, Learning from Jellyfish: The Path to the Nobel Prize. Sua moglie Akemi, una chimica organica conosciuta a Nagasaki, è stata la sua partner di ricerca per decenni. Il loro figlio Tsutomu è diventato uno specialista in sicurezza informatica noto per aver aiutato a catturare l'hacker Kevin Mitnick; la loro figlia Sachi è medievista presso la Virginia Commonwealth University.

Perché Osamu è chiamato un genio

La qualità in mostra qui non sono fuochi d'artificio concettuali. È una capacità quasi patologica di purificazione — l'abilità di estrarre una molecola fragile e autodistruttiva da un oceano di fango biologico, e di farlo ripetutamente, su larga scala, quando il materiale di tutti gli altri era già ossidato. Cristallizzare la luciferina di Cypridina in dieci mesi, dopo che altri avevano fallito per anni, è un risultato artigianale prima e intellettuale poi, e Shimomura sarebbe stato il primo a dirlo. La sua spiegazione della carriera era la pura perseveranza: "Ho imparato che ogni problema difficile può essere risolto con un grande sforzo".

La pretesa intellettuale poggia su una sola cosa, ed è grande. Riconoscere che la GFP contiene il proprio cromoforo all'interno della sua catena peptidica — che non è necessaria nessun'altra molecola — è stato il passo concettuale che nessun altro aveva compiuto riguardo a nessuna proteina, ed è la ragione per cui il gene poteva in seguito essere clonato e utilizzato come reporter universale. Tutto ciò che il mondo delle biotecnologie fa con le etichette fluorescenti deriva da quell'osservazione.

Il controargomento onesto è che Shimomura ha fatto tutto da solo. Ha sottolineato ripetutamente che "non aveva tentato né inteso scoprire" un marcatore biologico, e ha usato il suo stesso Nobel per sostenere il valore della ricerca di base senza scopi pratici. Non ha costruito lo strumento; lo hanno fatto Chalfie e Tsien. I colleghi hanno descritto un uomo umile e dai modi gentili che pensava che la serendipità e la resistenza spiegassero più della genialità. Chiamatelo genio delle mani e di un'attenzione incessante, non della teoria.

Eredità

La GFP è ormai così comune nei laboratori che la sua storia di origine è sbiadita: ogni neurone brillante, cellula tumorale e saggio di espressione genica risale a secchi di meduse su un molo di Washington. Shimomura ha ricevuto onorificenze tardi — il Pearse Prize nel 2004, il premio Asahi nel 2006, l'Ordine della Cultura del Giappone nel 2008, il premio Golden Goose nel 2012, l'elezione alla U.S. National Academy of Sciences nel 2013. È morto di cancro il 19 ottobre 2018 a Nagasaki, all'età di 90 anni, nella città la cui distruzione aveva osservato da bambino.