Kereső toggle

Sejtekre hangolva

Nobel-díjak a vezikuláktól a Higgs-bozonig

Továbbítás emailben
Cikk nyomtatása

Randy W. Schekman németországi útjának fáradalmait pihente ki éppen, amikor felesége örömkiáltása ugrasztotta ki az ágyból. A Berkeley University of California 65 éves professzorát és két másik egyetemen hasonló fajsúlyú munkássággal rendelkező kollégáját, James E. Rothmant és Thomas C. Südhofot tisztelte meg idén a Svéd Királyi Tudományos Akadémia az orvosi vagy élettani Nobel-díjjal. Összeállításunkban a fizikai és a kémiai területen díjazott tudósokat és munkájukat mutatjuk be.

„Teljesen egyértelmű volt, hogy el fogják nyerni! – fejezte ki örömét Bill Wickner, aki mindhárom friss orvosi Nobel-díjassal szoros munkatársi és baráti kapcsolatban áll. – Három különböző egyéniségről van szó, akikben közös a rendkívüli intelligencia, a céltudatosság és a munkájuk iránti szenvedély. Mindegyikőjüket nagyon szeretem. Humoros emberek, akik szeretnek a munkájukról beszélni, jó előadók, ahogy kivételes megfigyelők is.” A vezikuláris transzport mechanizmus kutatásában elért eredményeikért kapott Nobel-díjhoz vezető útjaik azonban eltérnek egymástól.

Hogy is van ez a vezikulákkal?

Randy W. Schekman 1948-ban született az Amerikai Egyesült Államokban, a minnesotai St. Paulban. Egyetemi éveit a Los Angeles-i University of Californian és a Stanford Univesityn töltötte, az utóbbi intézményben PhD-hallgatóként annak az Arthur Kornbergnek a tevékenységét szemlélhette közelről, aki 1959-ben a DNS-szintézis kutatásában elért eredményeiért részesült orvosi Nobel-díjban. Schekman 1976 óta dolgozik a Berkeley University of California Molekuláris- és Sejtbiológiai Intézetében, azóta már professzorként. Schekman, akit mindig is lenyűgöztek a sejtekben zajló akkurátus szállító folyamatok, az 1970-es évek elején kezdte el feltérképezni ennek a bonyolult, sejten belüli folyamatnak a genetikai hátterét. Vizsgálataihoz a biológus körökben közkedvelt élesztőt használta.

A normális sejtekben a transzportfolyamatok nagyrésze úgynevezett vezikulák segítségével zajlik. Ezek a sejt belsejében elhelyezkedő, legtöbb esetben membránnal határolt, leginkább buborékokhoz hasonlítható képződmények azon molekulák szállításáért felelnek, melyek nem képesek a sejtet körülvevő sejthártyán keresztül önállóan átjutni. A vezikulák a sejtmembránnal egybeolvadva a sejtek közötti térbe juttatják a tartalmukat. Schekman eleinte abnormális sejtekkel foglalkozott. Első lépésként olyan élesztősejteket azonosított, melyekben a transzport nem működött megfelelően. Ezekben a vezikulák a sejt bizonyos pontjain felhalmozódtak. Sikerült megállapítania, hogy a probléma hátterében genetikai okok állnak, és a továbbiakban a mutálódott gének azonosításán fáradozott. Az erőfeszítései végül meghozták gyümölcsüket. Három olyan géncsoportot fedezett fel, melyek termékei a sejt különböző területein felelnek a vezikuláris szállítási mechanizmusok szabályozásáért. Ezek mutációja vezet a vezikulák transzportjának rendellenességeihez.

James E. Rothman, aki két évvel fiatalabb Schekmannál, szintén az Egyesült Államokban látta meg a napvilágot. A massachusettsi Haverhillből származó kutató a Harvardon szerzett PhD-t 1976-ban, és szintén dolgozott Arhur Kornberg keze alatt. Számos más egyetemen is tevékenykedett, többek között a Princeton és a Columbia Universityn, jelenleg pedig a New Havenben található Yale University Biológiai Intézetének professzora és elnöke. Rothman a nyolcvanas és kilencvenes évek során emlős sejtek vezikuláris transzportjának vizsgálata közben fedezett fel egy olyan fehérje komplexet, mely a szóban forgó membránnal határolt sejtalkotók sejthártyához való kapcsolódását és az azzal történő „összeolvadást” segítik elő. A komplikált művelet során a sejthártyában vagy a sejtmembránnal határolt sejtszervecskékben és a vezikulák hártyájában elhelyezkedő fehérjék úgy kapcsolódnak egymáshoz, mint a cipzár két oldala. A kötődést követően a vezikula összeolvad a sejt hártyájával, aminek következtében a szállított anyag a rendeltetési helyére kerül. A további kutatások újabb, egymáshoz specifikus módon kötődő fehérjekomplexum felfedezéséhez vezettek. Ezeknek az egyedi és kizárólagos kötődéseknek köszönhető, hogy normális körülmények között minden vezikula a megfelelő helyen üríti ki a tartalmát.

Kiderült, hogy a Schekman által élesztőkben felfedezett gének által meghatározott fehérjék és a Rothman által leírt, emlős sejtekből származó fehérjék közül több is megegyezik. A vezikula szállítómechanizmusa tehát gyakorlatilag megegyezik az élővilágban, bizonyítva azt, hogy mennyire tökéletesre sikerült a rendszer szabályozása és működése.

Thomas C. Südhof, aki hármuk közül a legfiatalabb, 1955-ben született a németországi Göttingenben. Az orvosi diplomáját 1982-ben szerezte meg a Georg-August-Universitäten és ugyanebben az évben kapta kézhez neurokémiai doktorátusát. A dallasi University of Texas Southwestern Medical Centerben posztdoktori ösztöndíjasként együtt dolgozott Joseph Goldsteinnel, aki 1985-ben részesült orvosi Nobel-díjban. 2008 óta a Stanford University Molekuláris- és Biológiai Élettan professzora. Thomas Südhof az agyban található idegsejtek közötti kommunikációval foglalkozik. A neuronok által termelt ingerületátvivő anyagok vezikulák segítségével ürülnek a Rothman és Schekman által felfedezett mechanizmus elve alapján. A fent említett anyagok az ingerület idegsejteken való továbbterjedésében játszanak fontos szerepet, ezért elengedhetetlen, hogy tökéletes időben történjen ezek kibocsátása és felvétele. A kalciumion szerepe már az 1990-es években ismert volt, azonban a pontos hatásmechanizmust még homály fedte. Südhof volt az, aki felfedezte azokat a kalciumszint által szabályozott, úgynevezett kalciumfüggő fehérjéket, melyek az ionok sejtbe történő beáramlásának következményeképpen aktiválnak bizonyos fehérjéket, melyek a vezikulákat megkötik és azok sejthártyával való összeolvadását elősegítik.

A sejtekben óraműpontossággal zajló transzportfolyamatok nélkül kaotikus állapotok uralkodnának nem csak a sejtek, de a szervek, szervrendszerek és magának a szervezetnek a szintjén is, ebből kifolyólag ezeknek a folyamatoknak a megismerése alapvető fontosságú az orvostudomány fejlődéséhez. A jövőben a gyógyszeres kezelések akár célzott módon is megvalósíthatóak lesznek a vezikula szállítómechanizmusban résztvevő fehérjék közötti specifikus kapcsolatoknak köszönhetően.

Nobel-díj ebédre

Higgs-mező és Higgs-bozon – két olyan fizikai fogalom, melyek idén Nobel-díjat értek felfedezőjüknek, Peter Higgsnek. Az angol fizikus ötven évet várt a neves kitüntetésre, melyet idén ítéltek neki, megosztva egyik tudóstársával, miután a CERN tavaly végleg igazolta Higgs több mint fél évszázados elméletét.

Az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet tavaly júliusban jelentette be, hogy hosszú kísérletek sorozatával igazolni tudták Peter Higgs elméletét egy olyan részecskéről, amely az atomok tömegét adja. Higgs erről szóló munkáját még 1964-ben vetette papírra, amit azonban akkor még csak egy légből kapott ötletnek tartottak. Időközben azonban néhány fizikus felfigyelt az angol tudós munkásságára, és elméletét további részletekkel gazdagították. Ezen tudósok egyike volt Francois Englert, akivel Higgs idén közösen kapta a díjat. Érdekesség, hogy életükben először tavaly találkoztak, mikor bejelentették a nagy hírt. Később Higgs hangsúlyozta, hogy bár a díjon csak ketten osztoztak, a két éve elhunyt Robert Brout is legalább akkora szerepet játszott a teória finomításában, mint ők maguk.

Sokan azt gondolnák, hogy a Nobel-díj kiosztása előtti pillanatokban a legesélyesebbek a híreket figyelve várják az eredményt. Peter Higgs azonban még az eredményhirdetés utáni órákban sem tudta, hogy milyen megtiszteltetésben részesült, ugyanis éppen ebédelt, amikor a ceremónia történt. Hazafele ment, amikor szembetalálkozott egyik régi szomszédjával, aki gratulált a hírhez, Higgsnek azonban fogalma sem volt róla, hogy miről is beszél az illető, aki felvilágosította, hogy neki ítélték a rangos díjat. Kisebb riadalom támadt, mikor a tudóst napokig nem találták az esemény után, és még telefonon sem lehetett elérni. Egyedül az Edinburgh-i Egyetem adott ki egy rövid nyilatkozatot, melyben közölték, hogy Higgs boldog és örül. A tudós híres arról, hogy kerüli a reflektorfényt, az örömhírt is szűk körben ünnepelte, pár üveg pezsgő kíséretében.

Peter Higgs, mint elmondta, a következő őt érintő problémára még nem tudja a választ, vagyis hogy mihez fog kezdeni a díjjal járó 8 millió svéd korona (272 millió forint) őt illető részével. Az azonban bizonyos, hogy eddigi munkásságának eredményeként olyan nevek közé írta fel a nevét, mint Marie Curie vagy Albert Einstein.

Enzimek a számítógépben

Egy új tudományág, a számítógépes modellezés megalkotóinak ítélte a kémiai Nobel-díjat a Nobel-Bizottság ebben az évben. Martin Karplus a Harvard, Michael Levitt a Stanford és Arieh Warshel a Southern California egyetem kutatói még a hetvenes években kezdtek el számítógépes modellezéssel foglalkozni, amelynek során a fehérjék röntgenkrisztallográfiás szerkezetéből kiindulva kvantumkémiai és klasszikus mechanikai számítások segítségével modellezték a fehérjék működését. A trió munkássága több alkalommal keresztezte egymást. A Sde Nahum nevű kibucban és a Weizmann Intézetben doktorált Ariehl Warshel a hetvenes évek elején csatlakozott Karplus kutatócsoportjához, aki kvantumkémiai számításokat használt a fehérjeműködés modellezéséhez. Az együttműködés tökéletes volt, Warshel és Levitt ugyanis ezt megelőzően a Weizmann Intézet Gólemnek nevezett, akkoriban nagy teljesítményűnek számító komputerén a klasszikus fizika elveit alkalmazva értek el áttörést a molekula modellezésben. A Karplus által művelt kvantumkémiai alapú, valamint a Warshel-féle klasszikus fizikai modellezés kombinálása gyors sikerhez vezetett, Karplus és Warshel modellezni tudták egy retinafehérje működését. Szoftverük egyetlen komoly hiányossága volt, hogy csak szimmetrikus molekulákon működött.

Két év harvardi kutatómunka után Warshel újra Levittel fogott közös munkába, ezúttal Cambridge-ben, ahol nem mást tűztek ki célul, mint az enzimműködés számítógépes modellezését. Az első sikereiket 1976-ban, egy kisméretű – ezért a modellezésre alkalmas – fehérjén, a lizozimon érték el, amelynek esetében sikerült megállapítani, hogy az enzim hogyan „vág” el egy glikozid láncot. Warshel és Levitt komputerprogramja már megbirkózott a nagyobb molekulákkal is. Ez pedig nemcsak az enzimek működésének megértésében jelentett óriási áttörést, hanem új utat nyitott a gyógyszerfejlesztésben is, amelynek során a tervezett gyógyszert először számítógépen „próbálják” ki.

Ez a hatalmas siker persze nem lett volna lehetséges a számítógépek nélkül. „Amikor elkezdtük, senki nem tudta, hogy ilyen erős számítógépek lesznek. A számítógépek teljesítményének hihetetlen növekedése mindenkit meglepett, és azt gondolom, ezért vált a mi területünk ennyire fontossá”– nyilatkozta Michael Levitt a BBC-nek.

Olvasson tovább: