2016-10-05
Autor: nTIMES

Nobel 2016: samopożeranie, topologia i sztuczne mięśnie

nobel-2016-medJapończyk Yoshinori Ōsumi za odkrycia dotyczące mechanizmów autofagii otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie MEDYCYNY I FIZJOLOGII. Dzięki pracom tegorocznego noblisty rozumiemy, w jaki sposób komórka pozbywa się odpadów, dokonując recyklingu białek.

Laureata Nagrody Nobla ogłosił w poniedziałek w Sztokholmie Komitet Noblowski. Do emerytowanego 71-letniego naukowca z Tokio Institute of Technology trafi 8 mln koron szwedzkich (ok. 850 tys. euro).

– Jestem zaskoczony, akurat przebywałem w swoim laboratorium ‒ powiedział Yoshinori Ōsumi, kiedy dowiedział się, że został uhonorowany Noblem. ‒ Zacząłem pracę prawie 27 lat temu. Nadal mamy bardzo wiele pytań. Właściwie teraz jest ich więcej, niż wtedy, kiedy zaczynałem ‒ przyznał naukowiec. W laboratorium japoński naukowiec spędził praktycznie całe życie.

Yoshinori Ōsumi przyszedł na świat w 1945 roku w Fukuoce w Japonii. Wykształcenie zdobywał na Uniwersytecie w Tokio, gdzie w 1974 roku uzyskał doktorat. Po 1974 roku wyjechał na krótko do Stanów Zjednoczonych, gdzie pracował na Uniwersytecie Rockefellera. Aktualnie związany jest z Tokyo Institute of Technology, gdzie jest profesorem. Pomimo tego, że w 2014 roku oficjalnie przeszedł na emeryturę, nadal jest bardzo aktywny, prowadzi wykłady i kontynuuje swoje badania.

Odkrycie komórkowego „serwisu sprzątającego”

Słowo „autofagia” pochodzi z języka greckiego, przy czym „auto”, oznacza „samo”, zaś „phagein” – „jeść”. Tak więc oznacza to „samozjadanie”. Jest to proces kataboliczny, który opiera się na trawieniu przez komórkę obumarłych lub uszkodzonych elementów jej struktury. Proces ten zachodzi zarówno w komórkach, które są zdrowe, jak i w tych, które są patologiczne. Autofagia odgrywa ogromną rolę w utrzymaniu homeostazy komórkowej. Bez autofagii nasze komórki nie są zdolne do przetrwania. Proces ten znacznie nasila się, kiedy komórce zaczyna brakować substancji odżywczych.

nobel-medal-2016Dzięki odkryciom Japończyka zmieniło się rozumienie sposobu, w jaki komórka dokonuje „recyklingu” swojej zwartości. Zaburzenia autofagii mają związek z chorobą Parkinsona, cukrzycą typu 2. i innymi chorobami typowymi dla starszych osób. Wpływające na nią mutacje mogą powodować choroby genetyczne. Także nowotwory mają związek z zaburzoną autofagią. Dlatego właśnie w wielu krajach trwają badania nad lekami działającymi na ten ważny proces.

Komórki naszego organizmu regularnie ulegają uszkodzeniom. Uszkodzone komórki mogą zostać wyeliminowane poprzez proces nazywany PCD ‒ czyli programowaną śmierć komórkową. Proces ten dzieli się na trzy typy: apoptozę, nekrozę ‒ inaczej zwaną martwicą, a także autofagię. Autofagia jest najbardziej imponującym typem procesu, ponieważ w jej wyniku usuwane są zbędne „części” komórki i dzięki temu nie zachodzi potrzeba całkowitego jej „uśmiercania”.

Chociaż zjawisko autofagii zostało rozpoznane już w 1960 roku, sam mechanizm i jego znaczenie fizjologiczne pozostawało bardzo słabo rozumiane przez dziesięciolecia.

Głodujące drożdże

Już w latach 60. XX w. naukowcy po raz pierwszy zaobserwowali, że komórka może niszczyć swoje własne części składowe – np. uszkodzone białka, a nawet całe organella, w rodzaju mitochondriów. Takie niepotrzebne odpady otaczane są błoną, tworząc podobny do woreczka pęcherzyk (autofagosom), transportowany od „przetwórni odpadów”, czyli lizosomu. Autofagosom zlewa się w jedność z lizosomem, a jego zawartość zostaje rozłożona na prostsze składniki. Uzyskane „surowce wtórne” komórka wykorzystuje, jako budulec i/lub paliwo.

Zjawisko autofagii okazało się trudne do zbadania i niewiele było o nim wiadomo aż do początku lat 90. XX w., kiedy Yoshinori Ōsumi przeprowadził serię błyskotliwych eksperymentów na drożdżach piekarskich. Udało mu się zidentyfikować geny o podstawowym znaczeniu dla autofagii, a następnie wyjaśnić mechanizmy dotyczące autofagii u drożdży. Później wykazał, że podobne procesy zachodzą w komórkach człowieka.

Techniczny problem stanowiły dla Ōsumiego małe rozmiary drożdżowych komórek. Szczegóły ich wewnętrznej budowy trudno rozróżnić pod mikroskopem, dlatego naukowiec nie był pewien, czy u drożdży w ogóle zachodzi zjawisko autofagii. Postanowił więc zakłócić proces degradacji w wakuoli, wychodząc z założenia, że spowoduje to gromadzenie się pełnych komórkowych odpadków autofagosomów wewnątrz wakuoli.

W tym celu hodował zmutowany szczep drożdży, pozbawiony enzymów potrzebnych do rozkładania odpadów. Jednocześnie pobudzał proces autofagii, głodząc komórki drożdży. I rzeczywiście, już po kilku godzinach wypełniające wakuolę pęcherzyki z nieprzetworzonymi odpadami stawały się pod mikroskopem wyraźnie widoczne. W ten pomysłowy sposób Ōsumi potwierdził istnienie autofagii w komórkach drożdży.

juleen-zierath-thumb– Doktor Ōsumi miał odwagę zmierzyć się z problemem, który dla wielu naukowców nawet nie istniał ‒ wyjaśnia Juleen Zierath (kontakt), prof. biologii ze szwedzkiego Instytutu Karolinska. Wiadomo było, że coś takiego, jak proces autofagii istnieje, jednak badacze nie rozumieli, jakie mechanizmy nim kierują. Ōsumi pracował z drożdżami, prostymi, jednokomórkowymi grzybami.

Jak wyjaśnia Zierath, do tej pory naukowcy myśleli, że lizosom jest niepotrzebnym odpadem. Wiedzieli, że znajduje się on w komórce, ale na tym ta wiedza się kończyła ‒ dodaje biolog z Instytutu Karolinska. Ohsumi udowodnił, że lizosom to swego rodzaju „zakład recyklingu”.

Ważniejszym osiągnięciem było jednak stworzenie metody pozwalającej zidentyfikować i scharakteryzować geny, mające kluczowe znaczenie dla tego procesu. Wyłączając przypadkowe geny za pomocą odpowiedniej substancji chemicznej, można było znaleźć te, które odpowiadały za tworzenie autofagosomów.

Kolejne eksperymenty z udziałem tysięcy zmutowanych szczepów drożdży pozwoliły zidentyfikować 15 genów o kluczowym znaczeniu dla procesu autofagii, a także scharakteryzować funkcjonalnie kodowane przez nie białka. Okazało się, że proces autofagii kontrolowany jest przez kaskadę białek i kompleksów białek, z których każde kontroluje określony etap tworzenia się autofagosomu. Publikacja wyników badań Ōsumiego w roku 1992 miała przełomowe znaczenie.

Wkrótce okazało się, że niemal identyczne mechanizmy funkcjonują również w ludzkich komórkach. Autofagia kontroluje ważne funkcje fizjologiczne, związane z usuwaniem i recyklingiem. Dzięki autofagii komórka może w razie potrzeby uzyskać materiał budulcowy i energię z odpadów. Jest to niezbędne szczególnie w warunkach niedoboru i stresu. Podczas infekcji komórka może wyeliminować bakterie czy wirusy ‒ a ich substancje budulcowe wykorzystać na własne potrzeby. Bez autofagii nie jest możliwy rozwój zarodka i różnicowanie komórek. Działając jak kontrola jakości, pozwala pozbyć się „wybrakowanych” białek i organelli, co zapobiega skutkom starzenia.

Korzyści z odkrycia

Odkrycie biologa ma ogromne znaczenie dla badań nad ludzką fizjologią i chorobami. Obserwacje i badania doktora Ōsumiego mogą przyczynić się do lepszego rozumienia chorób takich jak rak piersi i rak jajnika. A co za tym idzie, do skuteczniejszego ich leczenia i wykrywania.

Jeśli w organizmie dochodzi do nadmiernych procesów autofagii, może oznaczać to nowotwór. Alarmująca jest także zbyt mała ilość tych procesów.

Badania naukowca są także ważne dla rozumienia autosomalnych recesywnych chorób człowieka, w których występuje zaburzenie autofagii. Chodzi tu między innymi o wrodzone wady mózgu, opóźnienie rozwoju, niepełnosprawność intelektualną, padaczki, zaburzenia czynności ruchowych i chorób neurodegeneracyjnych, czyli tych dotykających układ nerwowy.

Rozumienie mechanizmu autofagii jest ważne także w kontekście chorób mocno związanych ze starzeniem się organizmu, takich jak Alzheimer czy Parkinson.

W opinii Komitetu Noblowskiego odkrycie utorowało jednak przede wszystkim drogę do zrozumienia „wielu procesów fizjologicznych, takich jak przystosowanie do głodówki czy reakcja na infekcje”.

W dalszej przyszłości naukowcy mają nadzieję na to, że zaawansowane badania nad autofagią, pomogą w opracowaniu metody, w wyniku której komórki nowotworowe będą niszczyć same siebie.

polska-nauka-thumbJak ocenili w rozmowie z PAP eksperci, odkrycie mechanizmów autofagii z całą pewnością może być wykorzystane w leczeniu wielu chorób, w tym nowotworów. Tego zdania jest [1] prof. Magdalena M. Rost-Roszkowska (kontakt) z Katedry Histologii i Embriologii Zwierząt Uniwersytetu Śląskiego. Zdaniem [2] prof. Tomasza Motyla (kontakt) z SGGW wykorzystanie autofagii razem z chemioterapeutykami czy radioterapią mogłoby usprawnić likwidowanie komórek nowotworowych. Duży potencjał aplikacyjny badań noblisty ‒ zarówno w medycynie, jak i w diagnostyce ‒ zauważyła [3] prof. Lucyna Woźniak (kontakt) z Uniwersytetu Medycznego w Łodzi. Z kolei [4] prof. Bożena Kamińska (kontakt) z Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego w Warszawie zwróciła uwagę, że prace noblisty stały się podstawą, na której budowano kolejne badania.

Źródło: PAP, Interia (Katarzyna Krawczyk), TVP Info

Video-Info

12

O Autorze

 > John Lennon „Imagine”: Imagine there’s no Countries... Imagine no Possession... Nothing to Kill or Die For... And no Religion too... No Need for Greed or Hunger... A Brotherhood of Man... (Niestety, John, dziś żyjemy w innym świecie. Twoje idee, lepsze czy gorsze, zostały wypaczone). Mahatma Gandhi: Na początku cię ignorują. Potem śmieją się z ciebie. Następnie z tobą walczą. W końcu wygrywasz • Siedem grzechów społecznych: polityka bez zasad, bogactwo bez pracy, przyjemność bez sumienia, wiedza bez osobowości, wiara bez poświęcenia, nauka bez człowieczeństwa oraz handel bez moralności • Religie to różne drogi prowadzące do tego samego celu. Jakaż to jest różnica, którą z nich wybierzemy? Jaki cel więc mają te kłótnie między nami? • Słabi nigdy nie potrafią przebaczać. Przebaczenie jest cnotą silnych • Jakże wielkiej daniny grzechu i błędów wymaga od człowieka bogactwo i władza • Nie znam większego grzechu niż uciskanie słabszych w imieniu Boga • Jest wiele powodów, dla których mogę być przygotowany na śmierć, ale nie ma żadnego, dla którego gotów byłbym zabić. Albert Einstein: Nie ma rzeczywistości samej w sobie, są tylko obrazy widziane z różnych perspektyw • Gdy miałem dwadzieścia lat, myślałem tylko o kochaniu. Lecz później kochałem już tylko myśleć • Tylko dwie rzeczy są nieskończone: wszechświat i ludzka głupota. Co do tej pierwszej istnieją jednak pewne wątpliwości • Nauka bez religii jest kaleka, religia bez nauki jest ślepa • Jestem bardzo głęboko religijnym niewierzącym • Gospodarcza anarchia społeczeństwa kapitalistycznego w jego dzisiejszej formie jest, moim zdaniem, prawdziwym źródłem zła • Wszyscy wokół wiedzą, że czegoś nie da się zrobić. I wtedy pojawia taki, który o tym nie wie, i on właśnie to coś robi • Nie wiem, jaka broń będzie użyta w trzeciej wojnie światowej, ale czwarta będzie na maczugi.



Poznaj Chiny

Artykuły w Kategoriach:

Ziemia Nocą

Pogoda

Warszawa
Częściowo pochmurno
20°C
Ciśnienie: 1000 mb
Wilgotność: 93%
Prędkość wiatru: 3 m/s NE
Prognoza: 2017-06-28
dzień
Częsciowo słonecznie, burze
28°C
noc
Częściowo pochmurno, burze
19°C
 

Teleskop Hubble'a