ハンス・クレブス：生命維持の化学

1937年3月、シェフィールドの研究所で、ハンス・クレブス（Hans Krebs）と同僚は、屠殺したばかりのハトの胸筋を細かく刻み、溶液に懸濁させて、その後の30分間で代謝率が低下していく様子を観察した。次にクエン酸塩を加えると、組織は約3倍長く呼吸を続けた。その理由を説明した論文は『ネイチャー』誌に拒絶された。16年後、彼はノーベル賞を受賞した。

外科医の息子

クレブスは1900年8月25日、ドイツのヒルデスハイムで、耳鼻咽喉科医のゲオルク・クレブス（Georg Krebs）とアルマ・ダヴィッドソン（Alma Davidson）の間に生まれた。故郷のギムナジウム・アンドレアヌムに通い、1918年から1923年までゲッティンゲン、フライブルク、ベルリンの3つの大学で医学を学び、1925年にハンブルク大学で医学博士号を取得した。その後、ベルリンでさらに1年間化学を学び、医師から生化学者へと転身した。

オットー・ワールブルクの弟子

1926年から1930年まで、クレブスはベルリンのカイザー・ヴィルヘルム生物学研究所でオットー・ワールブルク（Otto Warburg）の助手として働いた。ワールブルクはドイツ生化学界で最も手ごわい実験家であり、この徒弟期間を通じて、クレブスは彼のキャリアを決定づける技術を習得した。それは、呼吸する組織切片の定量的研究であり、生きている標本の化学反応を、それが機能している間に測定する手法であった。その後、クレブスはリヒトヴィッツ教授とタンハウザー教授の下で、アルトナとフライブルクの病院に勤務した。

最初のサイクル

フライブルクで、クルト・ヘンゼライト（Kurt Henseleit）という研究学生と共に、クレブスは哺乳類がどのようにアンモニアを処理するかという問題を解決した。1932年に発表されたその答えは、アンモニアが肝臓で尿素に変換されるというものだった。尿素ははるかに毒性が低く、尿中に排泄され、アミノ酸であるアルギニンの主要な供給源となる。メカニズムそのものよりも、その形が重要だった。それはループ状であり、入力を消費し、生成物を放出し、出発物質を再生して再び機能する準備を整える一連の反応だった。これはこれまでに発見された最初の代謝サイクルであり、1932年の冬、フレデリック・ガウランド・ホプキンス（Frederick Gowland Hopkins）が王立協会にこの研究を発表した。

1933年の解雇

1933年4月、ナチス政権はフライブルク大学医学クリニックでの彼の職を解雇した。彼の任命は同年6月に正式に終了した。ドイツの文献で尿素の研究を追っていたホプキンスは、彼をケンブリッジに招待した。クレブスは1933年7月にロックフェラー奨学生として到着し、その後生化学科のデモンストレーターとして1935年まで勤務した。ドイツにとっての損失は完全かつ永続的なものとなった。体内のあらゆる細胞が食物からエネルギーを抽出する仕組みを解明したこの男は、その後の職業人生をイギリスで過ごすことになった。

ハトの胸筋実験

1935年、クレブスはシェフィールド大学の薬理学講師として移籍した。そこでウィリアム・ジョンソン（William Johnson）と共に、彼の2番目でより大きなサイクルを生み出すハトの筋肉実験を行った。クエン酸が呼吸を3倍に延長するという観察は、直感に反する何かを示唆していた。クエン酸は燃料として消費されるのではなく、糖の分解産物を消費し、二酸化炭素を放出し、自らを再生する閉じたループの中で触媒として作用していたのである。

クエン酸回路が説明するのは、動物の生命における中心的な取引である。糖、脂肪、タンパク質の成分が回路に供給され、二酸化炭素、水、エネルギーに変換される。放出された電子は、細胞の化学エネルギー貯蔵庫であるアデノシン三リン酸の形で、高エネルギーリン酸結合を構築するために使用される。ブリタニカ百科事典の評価では、このサイクルは「ほぼすべての代謝反応の中心であり、高等生物における食物由来エネルギーの3分の2の源である」とされている。1937年、『ネイチャー』誌は掲載を拒否した。

シェフィールドとオックスフォード

クレブスは1945年にシェフィールドの教授となり、1954年にはオックスフォード大学のホイットリー生化学教授に就任し、1967年まで教鞭をとった。彼はその後もループを発見し続けた。H.L.コーンバーグ（H. L. Kornberg）と共に植物や微生物におけるグリオキシル酸回路を記述し、1957年には両者で生体物質におけるエネルギー変換に関する報告を発表した。1947年に王立協会フェローに選出され、1954年にロイヤル・メダルを受賞、1958年にナイトに叙され、1961年に王立協会のコプリ・メダルを授与された。1953年、フリッツ・リップマン（Fritz Lipmann）と共にノーベル生理学・医学賞を共同受賞し、授賞理由は「クエン酸回路の発見」という簡潔なものだった。

彼は1938年にマーガレット・シセリー・フィールドハウス（Margaret Cicely Fieldhouse）と結婚し、2人の息子ポールとジョン、娘のヘレンをもうけた。1981年11月22日、オックスフォードで81歳で死去した。

なぜハンスは天才と呼ばれるのか

ここでの際立った能力は、数学的な力や理論的な大胆さではなく、特定の種類のパターン認識である。化学中間体のリストを見て、誰もが線だと思っていたところに円を見出す能力である。代謝は食物から廃棄物へと流れる鎖として想像されていた。クレブスは、それがループ状に流れていること、つまり分子が生きている細胞内で自らを再生するための触媒になり得ることを2度も発見した。尿素回路は同定された最初のそのような経路であり、クエン酸回路は好気性生命のエンジンルームであることが判明した。これは第一級の概念的な飛躍であり、推測ではなく、まだ生きている組織の絶え間ない定量的測定によって勝ち取られたものである。

正直な反論を述べる価値はある。それを可能にした技術（呼吸する組織標本の検圧測定）は、彼が発明したのではなく、オットー・ワールブルクから受け継いだものである。両方のサイクルはヘンゼライトやジョンソンとの共同研究で発見され、ノーベル賞も共有された。『ネイチャー』誌の拒絶は教訓的である。1937年の専門家たちにとって、その研究は革命的とは読めなかった。なぜなら、それは啓示として発表されたのではなく、漸進的な積み重ねから組み立てられたものだったからである。クレブスの名を冠した法則や方程式はないが、代謝経路には彼の名が冠されている。彼の業績は単一の発見というよりは経験的かつ累積的なものであり、それこそが、彼の業績が決して修正を必要としなかった理由である。

遺産

クレブス回路は現在、地球上のすべての生物学の学生に教えられており、通常は1ページの図として示されるが、それがいかに見抜くのが困難であったかは隠されている。その発見は生化学を記述的な科学から機械論的な科学へと変え、細胞エネルギーの現代的な理解と、代謝疾患に対する医学の理解の大部分が依拠する枠組みを提供した。1933年に自国から追放された難民が、イギリスの地方の研究所から、生き物がどのようにして生き続けるのかを説明したのである。