„Dla największej korzyści rodzaju ludzkiego”. Jest Nobel z medycyny

William G. Kaelin Jr, Sir Peter J. Ratcliffe i Greg L. Semenza są bohaterami dzisiejszego dnia. Odkryli oni krok po kroku, jak to się dzieje, że organizm i jego komórki wiedzą, ile mają tlenu oraz jak robią wszystko, by mieć go więcej, albo przeżyć jak najdłużej i najzdrowiej przy jego niedostatku (fot. PAP/EPA/Pontus Lundahl)

William G. Kaelin Jr, Sir Peter J. Ratcliffe i Greg L. Semenza są bohaterami dnia. Odkryli oni krok po kroku, jak to się dzieje, że organizm i jego komórki wiedzą, ile mają tlenu oraz jak robią wszystko, by mieć go więcej albo przeżyć jak najdłużej i najzdrowiej przy jego niedostatku. Ich badania są fundamentalne i dostarczyły podstaw dla zastosowań, które już właśnie pojawiają się w medycynie przy okazji terapii anemii. Ich możliwe zastosowania są jednak znacznie szersze.

Nobel z fizjologii i medycyny za odkrycie procesów zachodzących w komórkach

Nobel z fizjologii i medycyny 2019 trafił do Brytyjczyka sir Petera J. Ratcliffa i dwóch Amerykanów – Williama G. Kaelina Jr. i Gregga L. Semenzy...

zobacz więcej

Jak wyjaśnia Komitet Noblowski: „komórki zwierzęce przechodzą podstawowe zmiany w aktywności genów, gdy w ich środowisku zmieni się stężenie dostępnego tlenu. Owe zmiany aktywności genów przeobrażą dynamicznie każdy aspekt funkcjonowania organizmu, pod przemiany materii po przeobrażenia tkankowe, a nawet odpowiedź całego organizmu, jak chociażby przyspieszenie akcji serca oraz oddychania płucnego”.

Żeby się dowiedzieć, czy to, choć trudne do pojęcia, jest ważne, spróbujmy teraz przez chwilę nie oddychać i poobserwujmy swój organizm.

Na nieco ponad rok przed oddaniem ostatniego tchnienia na zawał, czyli de facto niedotlenienie serca, wynalazca dynamitu, szwedzki przemysłowiec, naukowiec i filantrop kazał zapisać w swoim testamencie 27 listopada 1885 r.: „Ja niżej podpisany, Alfred Nobel, oświadczam niniejszym, po długiej rozwadze, iż moja ostatnia wola odnośnie majątku jest następująca. Wszystkie pozostałe po mnie możliwe do zrealizowania aktywa mają być rozdysponowane w sposób następujący: kapitał zostanie przez egzekutorów ulokowany bezpiecznie w papierach wartościowych, tworzących fundusz, którego procenty każdego roku mają być rozdzielone w formie nagród tym, którzy w roku poprzedzającym przynieśli ludzkości największe korzyści.”

I choć rodzina Nobla, która nie zobaczyła ani korony, procesowała się kilka lat, próbując obalić tę ostatnią wolę, dziś, po raz 110 od 1901 r. (wyjątkiem były lata: 1915, 1916, 1917, 1918, 1921, 1925, 1940, 1941 i 1942) ogłoszona została lista laureatów Nagrody Nobla z zakresu medycyny i fizjologii za 2019 r.

Dzięki staraniom egzekutorów testamentu, Emanuela Nobla i Regnara Sohlmanna, 19 czerwca 1900 r, zarejestrowano Fundację Nobla, która przejęła wszystkie aktywa po zmarłym, czyli, bagatela, 31 mln koron szwedzkich (dzisiaj byłoby to 1,7 mld). W tym roku odsetki od tego kapitału pozwalają wypłacić laureatom nagrody w sześciu odrębnych kategoriach po 9 mln koron na kategorię.

W tym roku bez Nobla w dziedzinie literatury?

W tym roku może nie być przyznana literacka Nagroda Nobla. Informację taką przekazało radio publiczne, powołując się na źródła w Akademii...

zobacz więcej

W każdej z nich: medycynie i fizjologii, fizyce, chemii, literaturze, pokoju i naukach ekonomicznych spośród nominowanych setek kandydatów stosowne szwedzko-norweskie instytucje ustanowione przez testament Alfreda Nobla ciałami odpowiedzialnymi za wybór najlepszych kandydatów do nagrody, mają wyselekcjonować maksimum trzy żyjące osoby.

To nie jest, przynajmniej w kategoriach naukowych, nagroda „za całokształt twórczości” ani konkurs popularności w światowym gremium naukowym. To nagroda za konkretne dzieło – w wypadku nauki dzieło nosi nazwę odkrycia.

Musi to być odkrycie potężne, ustanawiające nowy paradygmat lub przesuwające mocno stary. W dodatku, nawet jeśli jest z zakresu tzw. badań podstawowych a nie od razu aplikacyjnych, musi przynieść ludzkości konkretną korzyść. Dlatego w medycynie i fizjologii królują odkrywcy procesów czy zjawisk, które da się z czasem przerobić na szczepionki, antybiotyki czy inne leki, np. przeciwzapalne, antynowotworowe, hormonalne etc.

W tej kategorii już od dawna nie daje się nagrody za publikację naukową, która zmieniła świat i miała miejsce w mijającym roku. Trudno mi nawet wyobrazić sobie, poza może genialną skuteczną i bezpieczną szczepionką przeciw malarii, coś, co dałoby się opublikować w danym roku, po czym natychmiast nominować do Nobla i go w istocie otrzymać. Odkrycia, zwłaszcza przełomowe, muszą się trochę uleżeć. Dlatego, choć wśród ok. 400 nominatów do Nagrody Nobla z Medycyny i Fizjologii w tym roku jest około setka nominowanych po raz pierwszy, nie spodziewałabym się wśród nich laureatów. A kto był naprawdę w tym roku nominowany, ale Nobla nie otrzymał, dowiemy się za 50 lat z Komitetu Noblowskiego, a nie dzisiaj od bukmacherów.

Akademia Szwedzka przyznaje – były przecieki ws. nagród Nobla

Akademia Szwedzka przekaże policji ustalenia z wewnętrznego dochodzenia. Sprawa dotyczy między innymi wykrytych przecieków nazwisk laureatów...

zobacz więcej

Kto przyznaje Nagrodę Nobla z Medycyny i Fizjologii? Ciało zwane po szwedzku Nobelförsamlingen vid Karolinska Institutet, co oznacza w wolnym tłumaczeniu „Zgromadzenie Noblowskie w Instytucie Karolinska”. To obecnie 50 profesorów tej wiodącej w akademickim świecie, wiekowej i zacnej szwedzkiej instytucji naukowej mającej swą siedzibę w Solna na przedmieściach Sztokholmu, czynnych w dziedzinie medycyny i fizjologii.

Spotykają się oni w jednym z budynków Instytutu, noszącym nazwę „Nobel Forum”, gdzie decyzja jest ogłaszana. Nie jest to żadne grono archontów i emerytów ani byłych laureatów nagrody Nobla. Do lat 80. ubiegłego wieku w decyzji co do wyboru laureatów Nobla mieli głos wszyscy profesorowie Karolinska. Specjalne ciało powołano, by uniknąć sytuacji, w której ta publiczna instytucja naukowa (Karolinska jest, jak nasz PAN, organizacją państwową, nie zaś prywatną) jest zmuszona do sprawozdawania swoich tajnych posiedzeń w ramach dostępu do informacji publicznej.

Choć pięcioosobowy Komitet Noblowski przy Instytucie Karolinska, powołany przez Zgromadzenie Noblowskie jest upoważniony do gromadzenia zgłaszanych przez uczonych, organizacje i ciała naukowe czy inne instytucje nominacji do tej nagrody oraz ich wstępnego przejrzenia, segregacji oraz rekomendowania laureatów, ostateczna decyzja leży w rękach owych 50 profesorów tworzących zgromadzenie.

I to właśnie to grono, ustami trzech swych przedstawicieli, ogłosiło laureatami dwóch Amerykanów reprezentujących Johns Hopkins University (Semenza), Uniwersytet Harvarda (Kaelin) oraz brytyjskiego lekarza i naukowca z Oxfordu. Jak opisuje to obwieszczenie podane do wiadomości o godz. 11.30: „odkryli oni w jaki sposób organizm dowiaduje się, ile ma dostępnego do życia tlenu i jak się adaptuje do jego braku”.

Chyba nikogo nie trzeba przekonywać, że tlen jest nam niezbędny do życia. Jeśli ktoś nie wierzy, niech wstrzyma oddech… aż organizm sam go włączy, wymuszając na nas zaprzestanie nonsensownej walki z własnym ciałem. Tlen jest cząsteczką, dzięki której w naszych wewnątrzkomórkowych elektrowniach – mitochondriach – spalamy pożywienie, a dokładnie rozbitą na dwa kawałki glukozę (nasz podstawowy brykiet energetyczny).

Ujawniono kandydatów do Nagrody Nobla z fizyki. Jest wśród nich Polak

Pracujący na Uniwersytecie Oksfordzkim Polak prof. Artur Ekert jest wymieniany jako jeden z kandydatów do tegorocznej Nagrody Nobla w dziedzinie...

zobacz więcej

Oczywiście tlenu dostępnego nam do oddychania jest w atmosferze czasem więcej, czasem mniej, średnio ok. 21 proc. Jego stężenie zależy np. od wysokości nad poziomem morza i jest jasne, że mieszkańcy Amsterdamu mają go dostępnego więcej niż mieszkańcy Katmandu.

Jego dostępność dla naszych komórek jest też uzależniona od intensywności i głębokości naszych wdechów i wydechów oraz od wysiłku, zwłaszcza fizycznego, jakiemu się oddajemy. Im większy wysiłek, im więcej potrzebujemy energii, tym więcej potrzebujemy tlenu.

Stąd zakwasy w naszych mięśniach po zbyt ostrym treningu czy zbyt ciężkim wysiłku – mięśnie ustaliły, że tlenu jest dla wymaganej od nich pracy za mało i włączyły proces beztlenowego oddychania, zwany glikolizą. Która jest niczym innym, jak fermentacją, więc jako jej ostateczny produkt powstaje nie dwutlenek węgla, a kwas mlekowy. I stąd ten zakwas. Niedotlenienie występuje też np. w ranach, gdzie przerwano ciągłość naczyń krwionośnych dostarczających tlenu z płuc do tkanek.

Skąd jednak mięśnie, a mózg i inne tkanki całego naszego ciała to wszystko wiedzą, i w jaki sposób, dzięki jakim cząsteczkom i białkom i genom przestawiają się molekularnie, by przetrwać, gdy tlenu jest za mało? To właśnie odkrywali dzisiejsi nobliści.

Najpierw w latach 90. Gregg Semenza wykorzystał wiedzę o istnieniu odkrytego przez Maurice’a Bondurant, Marka Koury i Jaime’go Caro w latach 80. hormonu produkowanego przez nerki, a nazwanego EPO (erytropoetyna). Ten sprawia, że przybywa sportowcom czerwonych krwinek, jeśli pojadą na obóz kondycyjny w góry, czyli tam, gdzie tlenu w powietrzu jest relatywnie mniej. To ich prace wykazały, że gen kodujący erytropoetynę jest aktywowany przez stan hipoksji (czyli niedoboru tlenu).

Znamy tegorocznych laureatów Nagrody Nobla z dziedziny medycyny i fizjologii

James P. Allison i Tasuku Honjo – to tegoroczni laureaci Nagrody Nobla z dziedziny medycyny i fizjologii. Nazwiska noblistów podano w poniedziałek...

zobacz więcej

Na tej podstawie Semenza odkrył i oczyścił specjalny kompleks białkowy, który przyłącza się tam, gdzie gen EPO się zaczyna, by zaktywować jego działanie, a więc w konsekwencji produkcję erytropoetyny. Nazwał ów czynnik HIF (ang. Hypoxia Inducible Factor).

Okazało się, że ten kompleks składać się z kawałka odkrytego już uprzednio i wówczas niewiele mającego wspólnego z tlenem, zwanego ARNT, oraz z zupełnie nowego dla nauki białka, będącego w istocie czujnikiem tlenu, nazwanego Hif-1alfa. Z kolei William Kaelin w podobnym czasie badał gen zdolny powstrzymać rozrost guza nowotworowego, znany medycynie jako Hippel-Lindau. Odkrył dzięki temu białko VHL, jak się później okazało, absolutnie kluczowe dla wyczuwania tlenu w komórce. To z kolei odkrycie zawdzięczamy Sir Peterowi J. Ratcliffe’owi, który wykazał, że białko VHL wiąże się z HIF-1 alfa po to, by regulować jego poziom, a cały proces jest zależny od tlenu.

Działa to tak: jeśli komórka (tkanka, organizm), ma wystarczająco dużo tlenu, to VHL wiąże się z wyprodukowanym wcześniej białkiem HIF-1 alfa połączonym z cząsteczkami tlenu. I wtedy taki białkowy kompleks pada ofiarą pożeracza zbędnych białek komórkowych – proteasomu. Jest cięty na kawałki i ślad po nim nie zostaje.

Jednak gdy tlenu jest w komórce za mało, VHL nie ma się jak przyłączyć do HIF-1 alfa, i wtedy ów HIF wchodzi do jądra komórkowego i przyłącza się do DNA w miejscach, gdzie zaczynają się ponad 300 genów. Jakich? Takich, których aktywność jest niezbędna, by krótko- i długofalowo przeciwdziałać szkodom, które mogą wyniknąć dla organizmu z niedoboru tlenu.

Musimy zatem w takiej sytuacji włączyć geny odpowiedzialne za tworzenie nowych czerwonych krwinek (erytropoezę), aby miał kto transportować tlen do komórek. Poza tym uruchamiamy geny budowania nowych naczyń krwionośnych (angiogenezę), by lepiej unaczynić tkankę i dać szansę krwi na dostarczenie tlenu. Wreszcie zaś uruchamiamy wspomnianą przy okazji zakwasów w łydkach glikolizę.

Potrójny Nobel z medycyny

Thomas C. Suedhof, James E. Rothman oraz Randy W. Schekman otrzymali Nobla z medycyny i fizjologii za poznanie organizacji głównego systemu...

zobacz więcej

Energia jest niezbędna do przeżycia. Choć zatem glikoliza jest znacznie mniej wydajna niż „spalanie” w tlenie, organizm molekularnie kalkuluje, że lepszy rydz, niż nic.

Gdzie się to może przydać? W anemii trzeba podnosić poziom czynnika HIF – i są leki, w Chinach jeden właśnie zarejestrowano, które mają to zapewnić. Nie dziwi też, że chińscy dziennikarze byli licznie obecni na ogłoszeniu zdobywców Nagrody Nobla i zadawali pytania członkom Komitetu Noblowskiego.

Z drugiej strony są nowotwory. Tu guz często w swych głębszych warstwach aż zdycha z niedotlenienia i niedożywienia (martwica nowotworu). To ze wszech miar groźny proces sam w sobie, ale sprawia też, że komórki nowotworowe produkują więcej czynnika HIF, by zmobilizować angiogenezę.

Gdy guz zostanie poprzerastany naczyniami krwionośnymi, zapewni sobie życie, a nam może przynieść śmierć. W tym wypadku w opracowaniu są leki zatrzymujące w guzie wzrost stężenia białka HIF.

Amerykańskich laureatów zerwano szczęśliwą wiadomością z łóżka, Brytyjczyk był już u siebie w laboratorium. Choć ściśle nie współpracowali, zbudowali razem niezwykły gmach w mieście wiedzy o działaniu ludzkiego organizmu – można powiedzieć, zupełnie podstawowy. Bez działania tego mechanizmu fizjologicznego giniemy po kilku minutach. To system kluczowy dla życia ludzi i zwierząt tlenowych, niezbędny im do adaptacji, z tysiącem możliwych aplikacji „dla największej korzyści rodzaju ludzkiego”. A takie właśnie odkrycia kazał nagradzać Alfred Nobel, gdy pisał swój testament.

źródło:
Zobacz więcej