Nobel dla tłumaczy życia

Trzecia w tym roku Nagroda Nobla została podzielona między troje naukowców. Podobnie jak w przypadku dwóch poprzednich dziedzin nauki wśród najlepszych chemików również pojawili się Amerykanie. Nagroda przypadła Thomasowi A. Steitzowi z Uniwersytetu Yale, Venkatramanowi Ramakrishnanowi z MRC Laboratory of Molecular Biology w Cambridge (urodził się w Indiach, pracuje w Wielkiej Brytanii, ale jest obywatelem USA) oraz jedynej kobiecie w tym gronie Adzie E. Yonath z Naukowego Instytutu Weizmanna w Izraelu. Warto podkreślić, że jest ona czwartą w historii przedstawicielką płci pięknej, która otrzymała chemicznego Nobla.

Jak w uzasadnieniu swojego werdyktu napisali członkowie Komitetu Noblowskiego, nagrodzono prace nad procesami kluczowymi dla życia. Chodzi o rybosomy, które są odpowiedzialne za przełożenie informacji zawartej w DNA na białka tworzące komórki żywych organizmów. Tegoroczni laureaci, wyjaśniając na poziomie atomowym strukturę i sposób ich działania, przyczynili się jednocześnie do wytłumaczenia, w jaki sposób informacja genetyczna wdrażana jest w życie. Ich odkrycia znalazły szybkie zastosowanie. Umożliwiły stworzenie antybiotyków, których działanie polega na blokowaniu rybosomów bakterii.

Czym dokładnie są rybosomy? To fabryki białek występujące we wszystkich komórkach żywych organizmów, począwszy od bakterii, na człowieku kończąc. Odpowiadają za produkcję składników, które kontrolują skład chemiczny żywych stworzeń.

Proces badań nad rybosomami rozpoczęła Ada E. Yonath. Pod koniec lat 70. ubiegłego wieku postanowiła odtworzyć ich strukturę. Podobnie jak nagrodzeni wraz z nią naukowcy użyła w tym celu techniki krystalografii rentgenowskiej. Wielu jej kolegów po fachu wątpiło w sukces tego pomysłu. Yonath dopięła swego w 1980 roku, kiedy udało się jej wykrystalizować, czyli zobaczyć w formie kryształu, trójwymiarową strukturę części rybosomu bakterii Geobacillus stearothermophilus. Co prawda daleko jej było do perfekcji, ale i tak uznano to za ważne dokonanie. Uczona udoskonalała swoje dzieło, ale reszta świata naukowego również nie próżnowała.

Badania nad rybosomami wzbudziły zainteresowanie Thomasa Steitza i Venkatramana Ramakrishnana. Pierwszy z nich z pomocą mikroskopu elektronowego odtworzył w 1998 roku z większą dokładnością strukturę komórkowych fabryk białek. Osiągnięciem drugiego było m.in. opracowanie dwa lata później małej podjednostki (do tej pory zajmowano się tylko dużą) rybosomu Thermus thermophilus.

W jaki sposób rybosomy wywiązują się ze swojej roli? Korzystają z informacji zapisanej w genach. Kwas DNA stanowi bowiem tylko jej nośnik. Zawiera plan rozwoju danego organizmu, ale jego cząsteczki są bezwolne. Gdyby nie istniał mechanizm je uaktywniający, nie byłoby życia. Rolę takiego mechanizmu pełnią właśnie rybosomy. Odczytują informację przepisaną z genów na matrycowy kwas rybonukleinowy (mRNA) i na jej podstawie wytwarzają białka. Naukowcy porównują ten proces do roli tłumacza. Oryginalnym językiem jest język DNA/RNA, a tym, na który się przekłada, jest język białek.

Nasze ciało składa się z dziesiątek tysięcy białek, które z precyzją kontrolują, co się w nim dzieje. Przykładem jest transportująca tlen do organizmu hemoglobina, kontrolująca poziom cukru we krwi insulina, budująca włosy i paznokcie keratyna, czy przeciwciała wychwytujące wirusy.

Tę kluczową funkcję rybosomów można wykorzystać w medycynie. Rybosomy bakterii i człowieka różnią się od siebie, dlatego istnieje możliwość atakowania tylko tych bakteryjnych. To one są celami, które mogą niszczyć antybiotyki. Zablokowanie ich działania jest jednoznaczne z wyeliminowaniem zarazka.

[ramka][srodtytul]Od DNA do białek, czyli na czym polega jeden z kluczowych procesów życia[/srodtytul]

Działanie rybosomów to jeden z podstawowych mechanizmów zachodzących w organizmach żywych. Na czym dokładnie polega ich aktywność? Gdy potrzebne jest jakieś białko, „plan budowy” jest przenoszony z jądra komórki przez matrycowy RNA (mRNA). RNA jest substancją podobną do DNA, choć różni się od niego jedną „literą” – nukleotydem. Gdy mRNA połączy się z rybosomem, zaczyna się synteza. Większa jednostka rybosomu zajmuje się łączeniem aminokwasów zgodnie z planem, mniejsza – „kontrolą jakości”. Dzięki temu błędy zdarzają się bardzo rzadko – raz na 100 000 aminokwasów.

Podobnie jak z ograniczonej liczby znaków alfabetu można utworzyć miliony różnych słów w setkach języków i niemal nieskończoną liczbę dzieł literackich, także miliony białek składają się z zaledwie 20 rodzajów aminokwasów. O ile do stworzenia dowolnego białka wystarczy odpowiednia liczba odpowiednio ułożonych aminokwasów, o tyle informacja o tym zapisana jest w kodzie DNA złożonym z zaledwie czterech liter, zwanych nukleotydami. Dlatego potrzebny jest mechanizm, który przetłumaczy zawartą w DNA teorię na aminokwasowy język praktyki. Właśnie tym zajmują się rybosomy. Ich strukturę, która jest w zasadzie plątaniną kwasów nukleinowych, udało się poznać z dokładnością prawie do poszczególnych wiązań. Rybosom składa się z kilkuset tysięcy atomów. Jego struktura jest tak skomplikowana, że jeszcze kilkanaście lat temu uważano, że w ogóle nie uda się jej rozwiązać.

[i]—ifr, ap, pap[/i][/ramka]

[ramka][srodtytul]Opinie[/srodtytul]

[b]Dr Joanna Trylska[/b]

? Już od kilku lat spodziewaliśmy się Nobla za badania nad rybosomami – podkreśla dr Joanna Trylska z UW. – Głównym celem badaczy była odpowiedź na pytanie, jak rybosom działa, przez określenie jego struktury trójwymiarowej. Jeśli nie mielibyśmy rybosomów, nie moglibyśmy funkcjonować. Potrzebujemy białek, a rybosom je dla nas syntetyzuje.

[b]prof. Jan Milecki[/b]

? Prace nad strukturą i funkcją rybosomów mają ogromne znaczenie dla nauki i konsekwencje w medycynie – komentuje prof. Jan Milecki z Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu. – Badania nagrodzonych naukowców są podstawą do tworzenia leków. Na razie są one w fazie eksperymentów. Jeden z takich leków, opierający się na oddziaływaniu oligonokleutydów antysensowych z rybosomami, jest już na rynku.