O zastosowaniu izotopów do badań w biologii

Pierwszy raz, w 1923 roku, zastosował izotopy do badań biologicznych Hevesy, laureat Nobla. Podawał on roślinom izotopy ołowiu, śledził czas i drogi wędrowania tego pierwiastka. Kiedy w roku 1933 Jolliot Curie odkrył sztuczną promieniotwórczość przez wytworzenie sztucznych radioaktywnych pierwiastków, metoda ta uzyskała dalsze możliwości. W Polsce, już w latach 1936 — 1939 w pracowni prof. J. K. Parnasa we Lwowie, wspólnie z obecnym profesorem chemii fizjologicznej we Wrocławiu, T. Baranowskim i innymi pracownikami zakładu przeprowadziliśmy przy zastosowaniu tej metody badania nad przemianą związków fosforowych w mięśniach. Ponieważ izotop promieniotwórczy fosforu (32P) ma dość krótki okres przepołowienia aktywności, wynoszący 14 dni, należało poszczególne serie badań przeprowadzać szybko, aby promieniotwórczość nie spadła poniżej wygodnej do oznaczenia granicy. Preparat fosforu, dostarczany nam pocztą lotniczą przez prof. Hevesy‘ego z Instytutu Fizyki Doświadczalnej Nielsa Bohra w Kopenhadze, podawano zwierzętom i badano w reakcjach enzymatycznych poza organizmem zwierzęcia, po czym szybko wydzielano związki fosforowe, które powstają i rozpadają się w mięśniach i preparaty fosforu, uzyskane z różnych frakcji, natychmiast przesyłano pocztą lotniczą do Kopenhagi dla oznaczenia aktywności. W ostatnich czasach, kiedy przy produkcji materiałów służących do wyrobu bomby atomowej, stwierdzono powstawanie setek nowych odmian izotopowych wszelkich pierwiastków i ilość ich zwiększa Się z miesiąca na miesiąc, zastosowanie izotopów stało się obecnie bardzo rozpowszechnione. Niemal każde zagadnienie biologiczne jest atakowane przy pomocy tej nowej metody. Niektóre z nich dają się rozwiązać tylko przy jej użyciu. Żywe rośliny pobierają wodę i dwutlenek węgla. Przy tym pod wpływem światła powstają związki, które służą roślinie jako budulec, lub jako ciała zapasowe, odżywcze, zarówno dla samej rośliny, jak i dla człowieka, np. skrobia ziemniaków. Jednocześnie z procesem pochłaniania wody i dwutlenku węgla roślina wy-decha tlen. Czy tlen wydychany jest tym tlenem, który przed chwilą był częścią składową wody, czy też jest to tlen, pochodzący od dwutlenku węgla? Przed 25 laty pytanie to było by zupełnie bezsensowne. Nie umielibyśmy w ogóle dać odpowiedzi, nie znając metody znakowania izotopami. Dziś wiemy, że tlen wydychany przez rośliny pochodzi tylko z tlenu pobieranej wody, natomiast pobierany z dwutlenku węgla wchodzi w skład związków, które są pośrednimi etapami do syntezy skrobi. Zastosowanie metody izotopów do zagadnienia asymilacji dwutlenku węgla przez rośliny daje uzasadnione nadzieje, że zagadnienie to może być rozwiązane, tak, że przy pomocy promieni słońca, lub sztucznych pozafiołkowych i kilku składników enzymatycznych można będzie sztucznie, nie tylko w komórce roślinnej, ale w laboratorium, czy fabryce 1 nie tylko w lecie, ale o każdej porze roku produkować sztucznie tę samą skrobię, lub inne związki mogące służyć jako pokarm.

Metoda ta oddała znaczne usługi również medycynie praktycznej i coraz bardziej się rozwija. Zamiast naświetlać promieniami Rentgena chory gruczoł tarczykowy, można choremu podać związki zawierające promieniotwórczy izotop jodu. Ponieważ jod specjalnie gromadzi się w gruczole tarczykowym, tam też promieniotwórczość podanego jodu będzie największa i sprawi, że działanie jego będzie ograniczone przede wszystkim do tej tkanki, którą chcemy wystawić na jego działanie. Promieniotwórczy izotop fosforu jest stosowany zarówno do celów rozpoznawczych (rak sutka) jak do leczenia pewnych chorób krwi.

Żmudne i trudne badania przemian związków organicznych, odbywających się od chwili spożycia jakiegoś pokarmu w ciągu procesu trawienia i potem w wątrobie, w krwi i w innych organach, zostały w wielu punktach stosunkowo łatwo przeprowadzone przy pomocy tej nowej metody. Okazało się przy tym, że wymiana atomów w organizmach żywych jest znacznie szybsza i pełniejsza, niż to mogliśmy sobie wyobrazić. Atomy nawet i tych ciał, które są niejako odłożone, zamagazynowane i znajdują się jakby w nadmiarze w organizmie, również ulegają bardzo intensywnej wymianie. Okazało się, że połowa całej tkanki tłuszczowej organizmu wymienia się na nowe egzemplarze cząsteczek takiego samego tłuszczu w ciągu siedmiu dni; że po okresie głodzenia części składowe świeżo podanego pokarmu nie spalają się bezpośrednio, ale muszą najpierw wymieszać się z resztkami odłożonych zapasów i dopiero potem ulegają spaleniu; że również i białko organizmu wymienia się szybko, bo po trzech dniach połowa azotu białka wymienia się na inny azot. Mało tego. Słabo aktywne rzekomo rusztowanie naszego organizmu — kości wykazują szybką wymianę atomów fosforu i wapnia. Zęby u gryzoniów wykazują to samo. Jedynym organem, którego pewne związki organiczne ulegają stosunkowo powolnej wymianie na nowe, jest mózg.

Jeszcze bardziej złożone zagadnienia zostały zaatakowane przy pomocy tej metody. Przez dodanie do pożywek dla drobnoustrojów związków, zawierających promieniotwórcze izotopy, wytworzono „radioprątki“ gruźlicze. Los ich w zakażonym organizmie, drogi i miejsca postoju mogą być łatwiej śledzone. Uzyskano również „radiowirusa“, choroby mozaikowej tytoniu przez wprowadzenie do jego molekuły promieniotwórczego izotopu fosforu. Nie pozostawiono na boku i penicyliny. Uzyskano jej odmianę różniącą się od naturalnej tylko zawartością promieniotwórczego izotopu siarki. Umożliwi to śledzenie jej dróg i mechanizmu działania.

Zastosowanie izotopów do badań biologicznych wykazało, że w organizmach żywych odbywa się niezwykle szybki ruch, wymiana atomów na coraz to nowe egzemplarze atomów tego samego pierwiastka, wszystko to odbywa się przy pozornej stałości. Wymiana ta odbywa się znacznie szybciej, niż można sobie to było wyobrazić. Mógłby ktoś wyciągnąć wniosek, że chyba atomy „zużywają się“ i dlatego zostają zastąpione przez coraz to nowe. Nic nas oczywiście do podobnego przypuszczenia nie upoważnia. Fakt szybkich przemian jest niezaprzeczonym faktem. Widocznie jest to jedna z nowo odkrytych, a bardzo istotnych cech żywej materii — życia.