Nobel z chemii za naprawę DNA

Tomas Lindahl, Aziz Sancar i Paul Modrich nagrodzeni za odkrycie, jak usuwane są uszkodzenia genów.

Aktualizacja: 08.10.2015 06:44 Publikacja: 07.10.2015 18:31

Foto: PAP/EPA

„Ich praca dała nam fundamentalną wiedzę o tym, w jaki sposób funkcjonują komórki, i jest wykorzystywana do wytwarzania nowych leków na raka" – głosi komunikat Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk. Prócz największego w świecie nauki zaszczytu każdy z nagrodzonych otrzyma trzecią część z 8 mln koron szwedzkich.

Genetyczni serwisanci

W człowieku jest 37 bilionów komórek, z których wszystkie są odległymi potomkami zygoty powstałej podczas zapłodnienia. Jak to się stało, że pomimo sporządzania olbrzymiej liczby kopii, informacja genetyczna się nie zatarła? Nie wspominając już o tym, że DNA jest bardzo kruche, a codziennie geny każdej komórki uszkadzane są tysiące razy. Na dobrą więc sprawę człowiek powinien pogrążyć się w kompletnym genetycznym chaosie, jeszcze będąc embrionem. Ale tak się nie dzieje. DNA ma bowiem w komórce licznych strażników, którzy retuszują i naprawiają uszkodzenia. Właśnie za odkrycie, jak działają ci genetyczni serwisanci, przyznano tegoroczną Nagrodę Nobla z chemii.

Cofnijmy się na chwilę do lat 60. ubiegłego wieku. W owych dniach powszechne było mniemanie, że DNA jest bardzo trwałe. Uważano, że mutacje zachodzą dość rzadko, w sam raz z taką częstotliwością, by spokojnie napędzać nieśpieszną ewolucję gatunków. Pierwszym naukowcem, który nabrał podejrzeń co do trwałości DNA, był Szwed Tomas Lindahl. Podczas swoich badań próbował kiedyś podgrzać RNA, kwas do DNA bardzo podobny, i okazało się, że bardzo szybko się on rozpada. Zaczął badać tę sprawę i okazało się, że DNA wcale nie jest solidną konstrukcją. Każdego dnia łańcuch uszkadzany jest w kilku tysiącach miejsc. Jakim więc cudem istniejemy? – dziwił się Lindahl. Komórki żywe muszą mieć jakiś sposób, żeby liczne usterki naprawiać.

Lindahl zaczął poszukiwać mechanizmów naprawczych DNA i dość szybko odniósł sukces. W 1974 roku odkrył enzym odpowiedzialny za naprawę przez wycinanie zasady. Zasady to literki kodu genetycznego. Odkryty enzym odszukuje uszkodzone literki i wycina je.

Szeregowy laborant

Drugi z tegorocznych laureatów, Turek Aziz Sancar, przez kilka lat pracował jako lekarz wiejski w swojej ojczyźnie. Stykał się wówczas z pacjentami z nowotworami skóry i to rozbudziło jego zainteresowanie wpływem promieniowania ultrafioletowego na DNA. Wyjechał do USA, by podjąć tam studia biochemiczne. W laboratorium Uniwersytetu Teksasu obserwował następujący fenomen: bakterie wydane na pastę zabójczych dawek promieni UV mogą nagle wyzdrowieć, jeśli potraktuje się je światłem niebieskim. Sancar zidentyfikował enzym odpowiedzialny za ten fenomen, zwany naprawą przez wycinanie nukleotydów. Nukleotydy są troszkę większymi fragmentami DNA niż zasady.

Warto tu dodać, że doktorat, który w 1976 r. Aziz Sancar napisał na temat odkrytego mechanizmu, nie spotkał się z jakimkolwiek zainteresowaniem. Trzy uniwersytety odrzuciły jego starania o przyjęcie na stanowisko badacza. Wreszcie zdesperowany Sancar zatrudnił się jako szeregowy technik laboratoryjny, ale sprytnie wybrał najlepsze laboratorium: w Uniwersytecie Yale. Tam kontynuował swoje badania i pokazał, jak działa naprawa przez wycinanie nukleotydów. Otóż wycinanych jest za jednym razem 12 genetycznych literek z jednej z nici DNA. Potem to wycięte genetyczne słówko odbudowywane jest dzięki drugiej komplementarnej nici, która zawiera taką samą informację, tylko zapisaną innymi literkami.

„Całe to DNA"

W 1962 roku James Watson i Francis Crick otrzymali Nobla za określenie struktury DNA. Ojciec Paula Murdocha, nauczyciel biologii w małym miasteczku w Nowym Meksyku w USA, długo myślał o tym odkryciu. – Powinieneś się synu zainteresować tym całym DNA – taką wreszcie radę dał synowi. Murdoch poszedł za rodzicielską sugestią, a że był niezwykle zdolny, dostał się na studia na doskonały Uniwersytet Stanforda, gdzie w 1973 roku się doktoryzował. Popracował trochę w Harvardzie, a potem rozpoczął badania w Duke University. W tej właśnie uczelni w roku 1989 dokonał swego najdonioślejszego odkrycia: pokazał, w jaki sposób działa mechanizm, który naprawia błędy genetyczne powstałe podczas mnożenia się komórek.

Dziś wiemy, że mechanizm ten, zwany naprawą niesparowanych zasad, usuwa 99,9 proc. błędów, jakie powstają podczas podziałów komórkowych. Choć wciąż do końca nie wiemy, w jaki sposób komórka rozpoznaje, która nić DNA jest dobra, a w której jest feler. To zadanie dla kolejnych badaczy, których fascynuje „całe to DNA".

Sposoby na nowotwory

Osiągnięcia tegorocznych noblistów zupełnie zmieniły to, jak postrzegamy życie na poziomie cząsteczkowym: dzięki nim wiemy, że DNA nie ma ani chwili spokoju, nieustannie jest uszkadzane – przez promienie UV, rozmaite substancje kancerogenne, psuje się też podczas podziałów komórkowych. Przy DNA trwa nieustanna, wytężona praca serwisowa.

Poznanie mechanizmów naprawczych DNA ma duże znaczenie dla walki z rakiem. Kiedy mechanizmy te szwankują, podwyższa się ryzyko nowotworów. Przykładem jest rak okrężnicy związany z niedomaganiami w naprawie niesparowanych zasad. Gdyby udało się mechanizm ten polepszyć, można by ocalić wiele ludzkich istnień.

Prócz tego systemy naprawcze można naumyślnie psuć w komórkach rakowych i w ten sposób walczyć z chorobą. W taki właśnie sposób działa choćby lek olaparib stosowany do walki z rakiem jajników.

Ceremonia wręczenia nagród odbędzie się 10 grud- nia.

Sylwetki laureatów

Tomas Lindahl, Francis Crick Institute

– To ogromna niespodzianka – mówił po ogłoszeniu wyników. – Zdawałem sobie sprawę, że kilka razy brano mnie pod uwagę, ale brano również pod uwagę setki innych. Dziś jestem szczęśliwy.

Tomas Lindahl jest obywatelem Szwecji. Urodził się w 1938 roku w Sztokholmie, a doktorat uzyskał w Karolinska Institutet w 1967 roku. Trzy lata później w tym samym miejscu został doktorem nauk medycznych. Badania prowadził w USA – na prestiżowym Uniwersytecie Princeton oraz Rockefellera. Obecnie jest profesorem emerytowanym we Francis Crick Institute oraz emerytowanym dyrektorem Clare Hall Laboratory w Cancer Research UK w Wielkiej Brytanii.

To właśnie mechanizmom powstawania nowotworów i obrony przed nimi Lindahl poświęcił swoje życie zawodowe. – Dym papierosowy zawiera substancje chemiczne, które przyklejają się do DNA i uniemożliwiają poprawne kopiowanie. To mutageny – tłumaczył cierpliwie prof. Lindahl. – A kiedy pojawia się uszkodzenie DNA, pojawiają się choroby, w tym rak. —peka

Aziz Sancar, Uniwersytet Karoliny Północnej

– Moja żona odebrała telefon i mnie obudziła. Nie spodziewałem się nagrody – przyznał Sancar w rozmowie z przedstawicielem Fundacji Nobla. – No, w Turcji będą świętować. Przez całe lata zamęczali mnie pytaniem „Kiedy w końcu dostaniesz tego Nobla". Cieszę się za siebie i za mój kraj.

Sancar jest dopiero drugim Turkiem, który otrzymał Nagrodę Nobla. Przed nim udało się to Orhanowi Pamukowi (literatura w 2006 roku).

Sancar urodził się w 1946 roku w Turcji – ma obywatelstwo tureckie i amerykańskie. Po studiach na Uniwersytecie Stambulskim pracował jako lekarz. Doktorat uzyskał już w USA, na Uniwersytecie Teksasu. Jego praca, za którą otrzymał Nobla, nie wzbudziła wtedy zainteresowania, a Sancara poniżano odmowami. Teraz, wraz z żoną Gwen (również profesor biochemii), prowadzi Fundację Sancarów, której celem jest promowanie tureckiej kultury oraz wspieranie studentów przyjeżdżających do USA. Tureckie centrum stoi przy kampusie uniwersytetu, w którym Sancar pracuje.

—peka

Paul Modrich, Duke University, Howard Hughes Medical Institute

Telefon z wiadomością o nagrodzie i gratulacjami odebrała żona. – Ooo! Ale szok. Świetnie! – wykrzyczała do słuchawki. Sam Paul Modrich o nagrodzie dowiedział się z... e-maili, bo z żoną wyjechali na wakacje do domku w lesie w New Hampshire. – Zacząłem dostawać gratulacje od 6.30 rano. Trudno w to uwierzyć... przepraszam, nie jestem za bardzo elokwentny – tłumaczył się noblista przez telefon.

Modrich urodził się w 1946 roku w USA. Studiował na słynnym Uniwersytecie Stanforda, skąd przeniósł się na – nie mniej słynny – Duke University. Idąc za radą ojca, od samego początku interesował się strukturą i funkcjonowaniem DNA. Badał enzymy wpływające na działanie DNA, m.in. ligazę, polimerazę i metylazę. Pierwsze eksperymenty prowadził na wirusach i bakteriach, jednak – podobnie jak pozostali tegoroczni nobliści – sprawdzał też działanie ludzkiego organizmu.

– Przez wiele lat ta dziedzina badań nie cieszyła się takim zainteresowaniem, na jakie zasługuje. A jest bardzo ważna – mówił Modrich. —peka

„Ich praca dała nam fundamentalną wiedzę o tym, w jaki sposób funkcjonują komórki, i jest wykorzystywana do wytwarzania nowych leków na raka" – głosi komunikat Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk. Prócz największego w świecie nauki zaszczytu każdy z nagrodzonych otrzyma trzecią część z 8 mln koron szwedzkich.

Genetyczni serwisanci

Pozostało 96% artykułu
2 / 3
artykułów
Czytaj dalej. Subskrybuj
Czym jeździć
Technologia, której nie zobaczysz. Ale możesz ją poczuć
Tu i Teraz
Skoda Kodiaq - nowy wymiar przestrzeni
Nauka
Konflikt o NCBR. Naukowcy chcą interwencji Donalda Tuska
Nauka
Na Międzynarodową Stację Kosmiczną wyruszyła "misja ratunkowa"
Nauka
Frombork Future Festival – wyjątkowe miejsce, wyjątkowe atrakcje
Nauka
Polska nauka na globalnej scenie