ŠTOKHOLM. Poslednú tohtoročnú prírodovednú Nobelovu cenu dostali opäť predstavitelia aj tentoraz troch národností, hoci dvaja sú občania USA a jeden Japonec.
Martin Chalfie, Roger Tsien a Japonec Osamu Šimomura dostali cenu za objav a rozvoj využitia zelenej svetielkujúcej bielkoviny, ktorá je neoceniteľná pre biologický výskum a medicínsku diagnostiku.
Nobelov výbor dodržal akúsi tradíciu tohtoročného udeľovania, ktorá sprevádzala aj ceny za fyziológiu a medicínu a za fyziku: aj cenou za chémiu odmenil vedecké výsledky, ktorých príbeh sa odvíja už desiatky rokov. Zmena je však v tom, že zatiaľ čo laureáti prvých dvoch cien boli v širšom okruhu tipovania ako jedna z rovnocenných možností, na laureátoch chemickej ako top tipe sa zhodla väčšina renomovaných osôb a inštitúcií - a tip im skutočne vyšiel.
Dominancia Japoncov
Osamu Šimomura zavŕšil dominanciu Japoncov medzi prírodovednými laureátmi - teraz sú až štyria z deviatich.
Narodil sa v roku 1928 v Kjóte a v roku 1960 získal doktorát z organickej chémie od Nagojskej univerzity. Pôsobí ako emeritný profesor známeho Laboratória morskej biológie vo Woods Hole v štáte Massachusetts (USA) a súčasne aj Lekárskej školy pri neďalekej Bostonskej univerzite. Podržal si japonské občianstvo.
Martin Chalfie, občan USA, sa narodil v Chicagu v roku 1947. Doktorát má z neurobiológie od Harvardovej univerzity a získal ho v roku 1977. O päť rokov neskôr začal pôsobiť ako profesor biologických vied na Kolumbijskej univerzite v New Yorku, kde je dodnes.
Trojicu uzatvára Roger Y. Tsien, takisto občan USA (úvodná zmienka o národnostnej pestrosti sa týka faktu, že pochádza z čínskej rodiny). Narodil sa v roku 1952 v New Yorku. Doktorát z fyziológie získal v roku 1977 od Cambridgskej univerzity vo Veľkej Británii. Od roku 1989 pôsobí ako profesor na Kalifornskej univerzite v San Diegu, presnejšie v La Jolle.
Všetci si rovným dielom rozdelia finančnú časť Nobelovej ceny, ktorú tvorí suma 10 miliónov švédskych korún (31,27 milióna korún).
Svetielkujúca látka z medúzy
Šimomurova cesta k Nobelovej cene sa začala ešte v 50. rokoch minulého storočia na Nagojskej univerzite. Jeho vedúci profesor mu dal náročnú úlohu - zistiť, prečo zvlhčené rozdrvené zvyšky istého mäkkýša svetielkujú. V roku 1956 uspel: príčinou bola bielkovina, ktorá v čistej forme svetielkovala 37-tisíckrát jasnejšie ako v rozdrvenom mäkkýšovi. To mu otvorilo cestu do USA, kde ho pozvali na prestížnu Princetonskú univerzitu. Na odchod mu vedúci, Jašimasa Hirata, vybavil nezvyčajný darček - doktorát bez doktorantúry.
Medúza Aequorea victoria obýva vody pri západnom pobreží Severnej Ameriky. Biosvetielkujúci orgán má rozložený pozdĺž okraja svojho „dáždnika" (b a c).
Šimomura v USA začal skúmať inú prírodnú svetielkujúcu látku - z medúzy druhu Aequorea victoria, ktorej sa po podráždení zeleno rozsvieti povrch tela. Pokúšal sa ju izolovať a keď raz odhodil do výlevky čosi vyprešované a vyfiltrované, zablyslo sa z toho.
Vo výlevke sa zvýšila morská voda a vápnik z nej vyvolal reakciu. Záblesk bol však modrý, nie zelený. Po vyčistení spolu s kolegom nazvali látku aequorín.
Na slnečnom svetle bola zelenkavá, v svetle žiarovky žltkastá a pod ultrafialovým svetlom zelená. V roku 1962 sa takto zrodila GFP (green fluorescent protein) zelená svetielkujúca bielkovina.
V 70. rokoch ju Šimomura preskúmal podrobnejšie - istá jej vnútorná chemická skupina v konečnom dôsledku mení modré svetlo aequorínu na zelené. GFP však na rozdiel trebárs od aequorínu svetielkuje sama, nepotrebuje prísun energeticky bohatých molekúl. Stačilo ultrafialové alebo modré svetlo.
Chalfieho prínos
Chalfie vstúpil do hry v roku 1988, keď prvý raz počul o GFP. Skúmal drobučkú hlístu druhu Caenorhabditis elegans. Má sice iba 959 buniek, no časť z toho tvorí mozog, starne a pári sa, čo všetko z nej urobilo obľúbeného pokusného živočícha. Dosť zložitého, aby bol zaujímavý a stále dosť jednoduchého, aby sa dal prakticky skúmať.
Chalfie umiestnil gén GFP za génový prepínač aktívny v šiestich dotykových receptoroch hlísty Caenorhabditis elegans. Výsledný blok DNA vstrekol do gonád dospelej hlísty (a). Tá je hermafrodit a môže sa sama oplodniť. Gén GFP je prítomný v mnohých vajíčkach, ktoré potom hlísta nakladie (b), Vajíčka sa delia a vznikajú z nich nové jedince, ktorých dotykové receptory po ultrafialovom ožiarení zelene svetielkujú (c a d). Na (e) sú dva predmetné neuróny.
Má to zmysel aj z hľadiska poznania nás samotných, lebo táto hlísta má tretinu génov, ktoré sú príbuzné s našimi. A je priehľadná, takže sa ľahko vidí, čo sa v nej deje - najmä ak použijete čosi ako GFP. Chalfiemu došlo, že ak pripojí GFP k iným látkam, respektíve jej gén k ich génom, zmapuje sledovaním zeleného svetielkovania procesy vnútri buniek, na ktorých sa tieto látky zúčastňujú.
Istému kolegovi sa po čase podarilo gén GFP v genóme medúzy Aequorea victoria lokalizovať a izolovať. Naklonoval ho a poslal Chalfieovi. Ten ho s kolegyňou vložil do baktérie, z ktorej sa tak stala továreň na výrobu bielkoviny. Baktérie pod mikroskopom po ultrafialovom ožiarení zelene svetielkovali.
Chalfieovi sa potom podarilo pripnúť GFP za tzv. promotér aktívny v šiestich dotykových receptoroch hlísty. Uverejnil to v roku 1994.
Šanca pre Tsiena
Tsien ju využil dokonale. Bádateľskú paletu rozšíril o celý rad ďalších farieb, ktoré svetielkovali dlhšie a silnejšie. Vytvoril doslova svetielkujúcu dúhu.
Najprv zmapoval spomenutú chemickú skupinu vnútri GFP. Zistil, že jej činnosť si vyžaduje kyslík. Potom prostriedkami genetického inžinierstva skúšal vymieňať aminokyseliny v rôznych častiach molekuly GFP. Získaval tak bielkovinu, ktorá pohlcovala a naopak vyžarovala svetlo iných farieb, napríklad fialovej, modrej a žltej. Červená sa mu však stále nedarila.
Z hľadiska výskumu bioprocesov je však ideálna, pretože preniká ľahšie tkanivom. Problém azda „povinne" vyriešili dvaja ruskí kolegovia. Vo svetielkujúcich koraloch našli šesť bielkovín podobných GFP, štyri so zeleným svetlom, jednu s modrým - a jednu s červeným.
Vedci z Harvardovej univerzity na základe práce Tsienovej skupiny zafarbili nervové bunky v myšom mozgu tak, že mozog svetielkuje všetkými farbami dúhy. Jednotlivé neuróny vyrábajú rôzne množstvá bielkovín podobných GFP, ktoré svetielkujú fialovo, žlto a červene, akoby išlo o farebnú počítačovú tlačiareň. Pri výskume sa potom dá ľahko zaznamenať, ktoré neuróny spolu pri ktorej činnosti v mozgu vytvárajú siete.
Bola však väčšia a hmotnejšia ako GFP, čo prekážalo. Tsienova skupina to vyriešila tak, že stabilné červené svetielkovanie zachovala aj po „prestavbe" molekuly zo štyroch aminokyselinových reťazcov na jeden, ktorý bezproblémovo možno pripojiť k iným bielkovinám.
Na základe toho Tsien s kolegami vyvinul bielkoviny ako (v preklade) mSlivka, mČerešňa, mJahoda, mPomaranč a mCitrón, podľa farby, ktorou svetielkovali. Iní bádatelia pridali bielkoviny s ďalšími farbami. Po zelenej GFP má teraz veda poruke naozaj celú dúhu.
Využitie
Využití je nespočetne. Od výskumu bioprocesov, cez medicínske - pomocou týchto bielkovín sa sleduje dianie v nervových bunkách aj trebárs pri Alzheimerovej chorobe, rast tumorov a patogénnych baktérií, dianie v srdcových bunkách, bunkách tvoriacich inzulín v pankrease aj činnosť imunitných makrofágov - až po biotechnológie a bezpečnostné odhaľovanie arzénu v pitnej vode a výbušnín či toxických ťažkých kovov. Ba svetielkujú už aj v hračkách.
Jedna záhada však zostáva - stále nik nevie, načo sa vlastne GFP vyvinula spomenutej medúze, s ktorou Šimomura začínal.
Hlavný zdroj: Komuniké The Nobel Prize in Chemistry/The Royal Swedish Academy of Sciences z 8. októbra 2008.
FOTO - NOBEL PRIZE/NOBEL PRIZE FOUNDATION
