Kazimierz Funk. Źródło: Wikipedia, domena publiczna.

Witaminy znają wszyscy, ale mało kto wie, że słowo „witamina” zostało stworzone przez urodzonego w Warszawie Kazimierza Funka. On też jako pierwszy wykazał, że otręby ryżowe zawierają substancję, która zapobiega chorobie beri-beri, i zaproponował, że jest to witamina. Czterokrotnie nominowano go za to do Nagrody Nobla. Wśród Polaków, którzy na nią zasługiwali, ale nigdy jej nie dostali, on był chyba najbliżej. Tu kilka słów o nim.

Kazimierz Funk urodził się 23.02.1884 w Warszawie w rodzinie spolonizowanych Żydów. Studiował biologię na Uniwersytecie w Genewie i chemię na uniwersytecie w Bernie, gdzie w 1904 r. uzyskał stopień doktora. Później pracował w Instytucie Pasteura w Paryżu, na Uniwersytecie w Berlinie, w szpitalu w Wiesbaden, a w 1910 r. przeprowadził się do Londynu, gdzie podjął pracę w Instytucie Medycyny Zapobiegawczej Listera w Londynie. I tam zetknął się z problemem beri-beri.

Beri-beri i witaminy

W tym czasie powszechne były choroby spowodowane niedoborami pokarmowymi, takie jak szkorbut, beri-beri, krzywica czy pelagra. Szkorbutowi umiano już zapobiegać za pomocą soku z cytryn i limonek (pisała o tym Agnieszka Szuster-Ciesielska).

Ale beri-beri stanowiła ogromny problem, zwłaszcza w rejonach, gdzie podstawą żywienia był ryż. W chorobie tej ma miejsce osłabienie mięśni, drżenie rąk i nóg, chorobowe zmiany na skórze i powiększenie serca. Nazwa choroby pochodzi od słowa „owca” w języku hindi i odnosi się do niepewnego, chwiejnego sposobu chodzenia, który można zaobserwować u owiec. Uważano, że przyczyną tej choroby są bakterie, których jednak w żaden sposób nie udało się wyizolować. Pewną wskazówkę stanowiły badania Gerrita Gijnsa i Chistiaana Eijkmana z Uniwersytetu w Utrechcie. W 1906 r. zauważyli oni, że beri-beri pojawia się u osób, które żywią się głównie łuskanym (czyli pozbawionym otrąb) ryżem: pełnoziarnisty ryż nie dawał tych objawów. W otrębach ryżowych było więc coś, co przeciwdziałało powstaniu objawów beri-beri, ale Gijns i Eijkman początkowo byli przekonani, że ryż zawiera nieszkodliwy związek przerabiany przez bakterie jelitowe w toksynę wchłanianą do krwiobiegu i uszkadzającą układ nerwowy. Antidotum na tę toksynę miałoby się znajdować w otrębach. Poszukiwanie tej substancji nie przyniosło jednak rezultatów (Ryc. 1).

Ryc. 1. Pacjent z objawami beri-beri z południowo-wschodniej Azji oraz pierwsza strona książki Funka. Źródło: Casimir Funk, Die Vitamine, ihre Bedeutung für die Physiologie und Pathologie: mit besonderer Berücksichtigung der Avitaminosen: Beriberi, Skorbut, Pellagra, Rachitis. Verlag von J. F. Bergmann, Wiesbaden 1914. Domena publiczna.

W 1910 r. do Instytutu Medycyny Zapobiegawczej przyjechał William Braddon, brytyjski lekarz wojskowy zajmujący się chorobami tropikalnymi. Zasugerował on, że przyczyną beri-beri jest obecność w otrębach ryżowych jakiegoś aminokwasu, i to jego niedobór powoduje tę chorobę. Kazimierz Funk podjął się zadania wyizolowania tego związku i zbadania jego aktywności. W tym celu stworzył model badawczy, w którym gołębie karmione wyłącznie łuskanym ryżem zaczynały chorować na polineuropatię, która była ptasim odpowiednikiem beri-beri. Grupę kontrolną stanowiły gołębie karmione pełnoziarnistym ryżem.  Pracując w pojedynkę, wyizolował z kilkuset kilogramów otrąb ryżowych kilka gramów substancji, która w bardzo małym stężeniu przywracała zdrowie ptakom z doświadczalną polineuropatią. Stwierdził, że nie jest to aminokwas (mimo że zawiera grupę aminową), składa się z węgla, wodoru, tlenu i azotu oraz ma charakter zasadowy. Publikacja ukazała się w 1911 r. w Journal of Physiology.

Opierając się na znaczeniu tego związku dla życia, zaproponował dla niej nazwę „witamina” (od vita– życie i amine – związek zawierający grupę aminową). Dyrekcja Instytutu Listera była jednak sceptyczna co tego terminu i nie wyrażała zgody na jego używanie w publikacjach afiliowanych przy Instytucie. I tu pojawił się Ludwik Rajchman (kuzyn Ludwika Hirszfelda), kierownik Wydziału Bakteriologicznego w Królewskim Instytucie Zdrowia Publicznego w Londynie. Namówił on Funka na opublikowanie w Journal of State Medicine (którego był jednym z wydawców), co nie wymagało akceptacji Instytutu Listera. Praca ukazała się po angielsku w 1912 r. i po raz pierwszy jest w niej mowa o witaminach (jeszcze w wersji “vitamine” jako substancjach zapobiegających chorobom takim jak szkorbut, beri-beri, pelagra czy krzywica, która w tym czasie występowała u 50% dzieci z miejskich terenów Wielkiej Brytanii. Autor podkreślił w niej rolę zbilansowanej diety w profilaktyce tych chorób. Rozszerzona wersja tej publikacji ukazała się w 1914 r. po niemiecku jako książka „Witamina. Jej znaczenie w fizjologii i patologii, ze szczególnym uwzględnieniem awitaminoz (beri-beri, szkorbut, pelagra, krzywica”. Książka zyskała dużą popularność i była tłumaczona na wiele języków.

Witaminy B₁ i B₃

Co wyizolował Kazimierz Funk z otrąb ryżowych? Nie była to czysta witamina B₁, bo w tych czasach było to jeszcze niemożliwe. Prawdopodobnie była to mieszanina niacyny, czyli kwasu nikotynowego i jego amidu (witamina B₃) z tiaminą (witamina B₁). Oba te związki pełnią ważną rolę w metabolizmie komórki. Niacyna wchodzi w skład przenośnika elektronów NAD, który jest niezbędny do oddychania komórkowego, które sprawia, że produkujemy niezbędne do życia ATP. Niedobór niacyny może powodować pelagrę, której objawy to zmiany skórne (nazwa pochodzi od łacińskiego pellis aegra, czyli chora skóra), osłabienie, biegunka i porażenie kończyn.

Tiamina wchodzi w skład trzech enzymów związanych z metabolizmem (w biochemii mówi się, że jest grupą prostetyczną): dehydrogenazy pirogronowej, dehydrogenazy α-ketoglutaranowej i transketolazy. Z tej trójki najważniejsza jest dehydrogenaza pirogronowa, ponieważ umożliwia przejście od glikolizy, której końcowym produktem jest pirogronian, do cyklu kwasu cytrynowego, który zaczyna się od acetylo-koenzymu A. Jeżeli enzym ten ma obniżoną aktywność, cykl Krebsa nie jest w stanie wytworzyć ATP na większą skalę. I to właśnie dzieje się w przypadku beri-beri: niedobór witaminy B₁ powoduje, że komórki nie mogą wykorzystywać glukozy do produkcji ATP w cyklu Krebsa. Najbardziej narażone są komórki nerwowe, ponieważ jedynym źródłem energii dla nich jest glukoza. Niedobór ATP powoduje ich śmierć, czego skutkiem jest uszkodzenie układu nerwowego, charakterystyczne dla pacjentów chorych na ber-beri. Inne tkanki mogą wykorzystywać tłuszcz (Ryc. 2).

Ryc. 2. Struktury witaminy B₁ (tiaminy) i witaminy B₃ (niacyny). Źródło: Wikipedia, domena publiczna.

Vitamine czy vitamin?

Zaproponowana przez Funka nazwa „witamina” (po angielsku vitamine) wzbudziła kontrowersje. Wiadomo już było, że tran zawiera substancję przeciwdziałającą kurzej ślepocie (czyli osłabieniu wzroku w ciemności). Była to opisana w 1913 r. mieszanina retinolu, retinalu i kwasu retinowego, później nazwana witaminą A. Substancje te nie są aminami, więc w 1920 r. Jack Drummond z Instytutu Badawczego Szpitala Onkologicznego na Uniwersytecie w Londynie zaproponował, żeby usunąć ostatnią literę z nazwy, i w ten sposób nie sugerować, że każda witamina jest aminą. Drummond zaproponował też, żeby witaminy oznaczać w kolejności odkrycia. Ostatecznie nazwa „vitamin” bez “e” przyjęła się w języku angielskim. W języku polskim mówi się po prostu „witamina”.

Nagroda Nobla 1929 r.

W 1929 r. Nagrodę Nobla z fizjologii i medycyny otrzymał Chistiaan Eijkman z Uniwersytetu w Utrechcie „za odkrycie witaminy hamującej zapalenie nerwów” i Frederick J. Hopkins z Uniwesrytetu w Cambridge „za odkrycie witamin stymulujących wzrost” (chodziło o witaminę A). W obu uzasadnieniach użyto słowa „witamina”, a Göran Liljestrand, szwedzki farmakolog, prezentując obu laureatów, wspomniał o pracach Funka, które przyczyniły się do odkrycia witamin. Również Frederick Hopkins w swoim wykładzie noblowskim powiedział, że zasługi Funka dla badań nad witaminami nie uzyskały wystarczającego uznania. Czy Funk powinien być trzecim laureatem? Moim zdaniem na pewno tak: on pierwszy wyizolował z otrąb ryżowych mieszaninę witaminy B₁ i B₃, wykazał ich dobroczynne działanie, oraz zaproponował, że w żywności znajdują się niskocząsteczkowe związki niezbędne do życia, które nazwał witaminami. Nie udało mu się ustalić struktury witamin, być może z powodu dość spartańskich warunków, w których zmuszony był pracować w Instytucie Listera. Dopiero w 1930 r. Barend Jansen i Willem Donath z Uniwersytetu w Utrechcie uzyskali z kilkuset kilogramów otrąb ryżowych czystą tiaminę i przedstawili jej wzór sumaryczny. W 1936 r. Robert Williams i J. K. Cline z Uniwersytetu w Chicago przeprowadzili totalną syntezę tiaminy i przedstawili jej wzór strukturalny. Ci sami autorzy zaproponowali nazwę “tiamina”, ponieważ związek jest aminą i zawiera pierścień tiazolowy (pięcioczłonowy związek zawierający siarki i azotu w pozycjach 1 i 3).

Angielska Wikipedia w haśle o Chistiaanie Eijkmanie pisze:

 For his contributions to the discovery of antineuritic vitamins, Eijkman won the 1929 Nobel Prize for Medicine, sharing the prize with Sir Frederick Hopkins.  Funk, perhaps unfairly, was never given full credit for his work.

(Za jego udział w odkryciu witamin hamujących zapalenie nerwów, Eijkman dostał Nagrodę Nobla w 1929 r., dzieląc ja z Sir Frederickiem Hopkinsem. Funk, zapewnie niesprawiedliwie, nigdy nie uzyskał pełnego uznania za swoją pracę).

Dalsza działalność

Po odejściu z Instytutu Listera, Funk wyjechał do USA, gdzie pracował w kilku laboratoriach, zajmując się m.in. syntezą leków przeciwbólowych i leków zwalczających kiłę (udało mu się ulepszyć salwarsan, pierwszy skuteczny lek przeciw tej chorobie). Do Polski wrócił w 1923 r., obejmując za namową Ludwika Rajchmana stanowisko kierownika Zakładu Biochemii w Państwowym Zakładzie Higieny (PZH). Jego faktycznym dyrektorem był wtedy rówieśnik Funka, Ludwik Hirszfeld.

Zajmował się tam badaniem witamin i enzymów trawiennych. Zapoczątkował produkcję insuliny, odkrytej dwa lata wcześniej przez Fredericka Bantinga i Charlesa Besta z Uniwersytetu w Toronto. Uzyskiwano ją z trzustek bydlęcych, produkcję udało się znacznie zwiększyć i rozpocząć nowatorskie wówczas leczenie cukrzycy za pomocą insuliny. Kazimierz Funk był więc pionierem leczenia cukrzycy w Polsce, ale chroniczne niedofinansowanie PZH uniemożliwiało dalszą rozbudowę laboratorium. Funk próbował sam zbierać fundusze, ale w końcu w 1927 r. zniechęcony wyjechał z Polski i nigdy już nie wrócił.

Osiadł w Paryżu, gdzie dzięki grantom stworzył prywatne laboratorium „Casa Biochemica”. Zajmował się tam m.in. badaniem hormonów płciowych, ale najważniejszym odkryciem było stwierdzenie, że czynnik przeciwdziałający anemii złośliwej znajduje się nie tylko w wątrobie (co było wówczas powszechnie przyjętą prawdą), ale również w drożdżach. Dziś wiemy, że była to kobalamina (witamina B₁₂), która wchodzi w skład kilku enzymów katalizujących m.in. przeniesienie grup metylowych z jednego związku na inny (np. przy syntezie metioniny). Witamina B₁₂ jest produkowana wyłącznie przez niektóre bakterie i archeony. Wszystkie zwierzęta muszą ją przyjmować z pokarmem, a wątroba jest głównym organem, który ją gromadzi. Odkryta przez Funka obecność witaminy B₁₂ w ekstrakcie drożdżowym wynikała z aktywności bakterii towarzyszącym drożdżom. Dalsze badania Funka nad tą witaminą przerwała II wojna światowa.

Nagrodę Nobla za wykazanie skuteczności leczenia anemii złośliwej za pomocą ekstraktów wątroby otrzymali w 1934 r. William Murphy i George Minot z Uniwersytetu Harvarda oraz George Whipple z Uniwersytetu w Rochester. Struktura witaminy B₁₂ została określona w 1956 r. przez Alexandra Todda i Dorothy Hodkin (oboje z Uniwersytetu w Cambridge). Dostali za to Nagrody Nobla z chemii w 1957 r. i 1964 r. (Ryc. 3).

Ryc. 3. Struktura witaminy B₁₂ (kobalaminy). Źródło: Wikipedia, domena publiczna.

Po wybuchu wojny Kazimierz Funk z rodziną wyjechał do USA, gdzie pracował w wielu laboratoriach, wciąż zajmując się przede wszystkim witaminami. Zmarł 19.11.1967 r. w Albany, NY, w wieku 83 lat.

Literatura dodatkowa

Pierwsza publikacja Funka z 1911 r. wykazująca, że ekstrakt w otrębów ryżowych leczy polineuropatię u ptaków

https://physoc.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1113/jphysiol.1911.sp001481?sid=nlm%3Apubmed

Książka „Die Vitamine” (1914 r.)

https://wellcomecollection.org/works/q42hs6rm/items

Kazimierz Funk po raz pierwszy o witaminach

https://pdfs.semanticscholar.org/fd38/43836639dddb3c380cdf50c70069b88d330d.pdf

Biografie Kazimierza Funka

https://kosmos.ptpk.org/index.php/Kosmos/article/view/1706

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022316622012317?via%3Dihub

https://karger.com/anm/article-abstract/57/2/85/41738/Casimir-Funk-His-Discovery-of-the-Vitamins-and?redirectedFrom=fulltext