"Można się dziwić dlaczego dopiero teraz Komitet Noblowski docenił wagę tych odkryć"

Pani profesor, ta nagroda w tym roku nie była niespodzianką. Ktoś może powiedzieć nawet, że to zaskakujące, że dopiero w tym roku.

To prawda, w kuluarach biologów komórki rozmawiało się o tej nagrodzie bardzo dawno. Ponieważ trójka badaczy, która została uhonorowana w tym roku naprawdę na tę nagrodę zasługuje. Odkryli bardzo podstawowe procesy zachodzące we wszystkich komórkach żywych i można się dziwić, rzeczywiście, dlaczego dopiero teraz Komitet Noblowski docenił wagę tych odkryć.

Porozmawiajmy chwilę o tym mechanizmie transportu. Wszystko odbywa się z pomocą takich lipidowych pęcherzyków, które krążą we wnętrzu komórki.

Komórka jest otoczona błoną komórkową, lipidową, tłuszczową błoną, z której formowane są pęcherzyki. To właśnie w tych pęcherzykach zamykany jest ładunek, który zarówno komórka pobiera z zewnątrz, jak i sama produkuje i wydziela na zewnątrz. Te pęcherzyki muszą mieć bardzo precyzyjne mechanizmy transportu wewnątrz komórki, które pozwalają na ich specyficzną fuzję z różnymi odpowiednimi przedziałami wewnątrz komórki, tam gdzie ładunek musi zostać dostarczony. To głównie badania Jamesa Rothmana, jednego z tegorocznych noblistów, pozwoliły nam poznać mechanizmy i cząsteczki, które regulują właśnie te procesy transportu i fuzji pęcherzyków wewnątrz komórki.

Niezwykle istotne jest to, że te pęcherzyki mają budowę podobną do budowy błony komórkowej, więc one jakby łącząc się z tą błoną komórkową, rozpływają się uwalniając ładunek i mogą też, jak taki pęcherzyk balonika, zostać od tej błony oderwane, zamknięte.

Tak jest, to rozpływanie się fachowo nazywa się "fuzją pęcherzyków", tworzenie pęcherzyków niektórzy określają mianem "pączkowania". To są procesy, które zachodzą w każdej komórce, obojętne czy są to komórki drożdży czy komórki człowieka, zachodzą w sposób ciągły, nieustanny bardzo dynamiczny i z tego względu muszą być bardzo precyzyjnie regulowane. Każdy pęcherzyk, który niesie określony ładunek musi wiedzieć, gdzie ma ten ładunek donieść. Te pęcherzyki są zaopatrzone na swojej powierzchni w białka, które są jakby kodami pocztowymi, które wskazują, gdzie dany pęcherzyk ma wewnątrz komórki trafić. Te białka, które tak obrazowo określiłam "kodami pocztowymi", zostały odkryte właśnie przez jednego z noblistów, Jamesa Rotmana. On określił je terminem angielskim "snare", co po polsku można określić, jako sidła albo wnyki, które łapią pęcherzyk w określonym miejscu, powodując jego fuzję właśnie w określonym precyzyjnie przedziałem komórkowym, gdzie pęcherzyk ma dostarczyć swój ładunek.

Ile tych różnych kompleksów białkowych, które są tymi kodami pocztowymi, można wyróżnić? Co wiemy na ich temat w tej chwili?

Znamy ich już w tej chwili ok. kilkudziesięciu, chociaż ich możliwych kombinacji na pewno jest jeszcze dużo więcej. W większości komórek naszego ciała takich pęcherzyków błonowych jest w każdej chwili co najmniej kilka tysięcy. One wszystkie poruszają się po szlakach wewnątrzkomórkowych, które można porównać do ulic w mieście, na których ciągle trwa ciągle ruch w obie strony. Każdy pojazd, czyli pęcherzyk ma określony cel swojej podróży, gdzie ma dostarczyć "pasażerów", bądź ładunek. Wiec komórkę można pod tym względem porównać do miasta, które jest wypełnione ulicami, które prowadzą w różnych kierunkach. Po tych ulicach poruszają się pojazdy, czyli w komórce pęcherzyki, które komunikują różne części miasta ze sobą. I na poziomie biologicznym, molekularnym to właśnie trójka tegorocznych noblistów odkryła, w jaki sposób ten transport w komórce się odbywa. Wiadomo, że transport jest istotą funkcjonowania każdego miasta tak samo, jak transport jest istotą funkcjonowania każdej żywej komórki.

Zobacz również:

"Pamięć tak potężna, że aż przeraża". Kim są laureaci Nobla?

Porozmawiajmy chwilę o tym ładunku. To są różne substancje, które są wytwarzane w danej komórce i potem przemieszczane między organellami albo na zewnątrz. Są też takie pobierane z zewnątrz. O jakich substancjach mówimy?

Komórki wytwarzają różne substancje, produkują np. hormony, które krążą w naszym ciele. Jednym z takich hormonów może być np. insulina. Komórki produkują czynniki wzrostowe, które pobudzają np. sąsiadujące komórki do wzrostu, aby np. zabliźnić powstałą ranę. Komórki naszego układu odpornościowego produkują tzw. cytokiny, czyli substancje, które informują inne komórki o jakimś zagrożeniu np. o zakażeniu wirusowym czy zakażeniu bakteryjnym. Te substancje z kolei wywołują stan zapalny, czyli efekt obronny, odpowiedź obronną naszego organizmu. Bardzo ważną grupę takich substancji stanową tzw. neuroprzekaźniki, czyli substancje produkowane przez komórki nerwowe. To właśnie Thomas Suedhof jeden z trzech tegorocznych noblistów, prowadził swoje badania na komórkach nerwowych i odkrył mechanizmy, w jaki sposób komórki nerwowe, czyli neurony uwalniają te neuroprzekaźniki po to żeby przekazywać informacje do sąsiadującej komórki. To są procesy kluczowe dla uczenia się, pamięci i koordynacji ruchów, generalnie dla całości funkcjonowania naszego układu nerwowego. Komórki pobierają z kolei z zewnątrz substancje wzrostowe, substancje odżywcze czy czynniki wzrostowe. Komórki nerwowe pobierają właśnie neuroprzekaźniki, które są wydzielane przez sąsiadującą komórkę. Bardzo szeroka grupa różnych substancji może stanowić ładunek, transportowany wewnątrz komórki.

Pionierem tych badań był Randy Schekman, który w latach 70. zainteresował się mechanizmem transportu na przykładzie komórek drożdży. Jemu zawdzięczamy informację na temat mechanizmów genetycznych, które sterują całym tym procesem i faktem, że nieprawidłowości tych genów, ich mutacje, mogą powodować, że ten transport działa w sposób niezsynchronizowany, zawodzi. Na ile te prace z lat 70. tworzą fundament, na którym ta wiedza się opiera?

Rzeczywiście prace Randy Schekmana z końca lat 70.położyły podwaliny pod współczesną biologię komórki, zwłaszcza jeśli chodzi o transport wewnątrzkomórkowy. On przeprowadził bardzo szeroko zakrojone badania przesiewowe, właśnie na drożdżach piekarskich, odkrywając kilka genów, których produkty regulowały transport wewnątrzkomórkowy. Później okazało się, że te geny zostały zachowane w procesie ewolucji i ten same geny, które ma komórka drożdżowa, którymi reguluje swój transport, mają również nasze komórki, czyli proces transportu wewnątrzkomórkowego jest bardzo dobrze zachowany w procesie ewolucji. To, co jest piękne w tegorocznej Nagrodzie Nobla, to właśnie komplementarność badań. Trzech badaczy, którzy stosowali bardzo różne modele badawcze, a odkryli właściwie te same zasady funkcjonowania tych fundamentalnych procesów komórkowych. Randy Schekman badał i nadal bada drożdże piekarskie jako organizm modelowy. Jim Rothman bada komórki ssaków, z których izoluje pęcherzyki niosące ładunek i bada w jaki sposób zachowują się w próbówkach. Bada ich własności biochemiczne. A z kolei Thomas Suedhof bada przede wszystkim komórki nerwowe i ich wydzielanie i pobieranie neuroprzekaźników. W zasadzie te trzy modele badawcze dostarczyły bardzo uzupełniającej się wiedzy na temat fundamentalnych procesów transportu wewnątrz komórek.

Pani profesor, mówimy o odkryciach, które zostały dokonane już jakiś czas temu, ale prace nad lepszym zrozumieniem tych mechanizmów trwają i trwają też próby ratowania się w sytuacji, gdy coś w komórce złego się dzieje. Jaki jest w tej chwili, na początku XXI wieku, stan wiedzy na ten temat? Na ile nauka posunęła się jeszcze naprzód?

Nauka oczywiście posunęła się od tego czasu naprzód w bardzo znaczący sposób. Rzeczywiście prace Schekmana i Rothmana dały początek nowej dziedzinie w obrębie biologii komórki, nowemu pokoleniu badaczy, którzy przez ostatnie 30 lat kryli dużo więcej szczegółów, dużo więcej kolejnych genów i białek, regulujących te procesy, procesy transportu wewnątrzkomórkowego. W tej chwili wiemy już bardzo dużo o tych podstawowych mechanizmach, coraz więcej wiemy też o tym, które z tych mechanizmów zawodzą w pewnych procesach chorobowych. Natomiast dość trudno jest te procesy wybiórczo modyfikować, ponieważ jeżeli procesy transportu są zaburzone, np. tylko w jednej określonej tkance, trudno wpływać na procesy tylko w tej tkance, nie wpływając na wszystkie inne komórki organizmu, które właściwie posługują się tymi samymi mechanizmami.

Zawsze w przypadku Nagród Nobla próbujemy zrozumieć te badania i znaczenie tych badań. Na końcu przychodzi pytanie o ich praktyczne zastosowanie. Oczywiście wiemy już ze tegoroczni nobliści w dziedzinie fizjologii i medycyny tak naprawdę pozwolili nam zrozumieć proces absolutnie podstawowy dla całego życia na Ziemi. Ale oczywiście są dziedziny medycyny, które z ich prac szczególnie korzystają.

To są rzeczywiście odkrycia fundamentalne, podstawowe i jako takie są to odkrycia wielkie. Jeśli chodzi o praktyczne zastosowanie, ja nie lubię tego określenia, ale wiedza uzyskana dzięki badaniom tegorocznych noblistów przyczynia się do zrozumienia podłoża bardzo szerokiego spektrum chorób. To są wszelkie choroby układu nerwowego, choroby neurologiczne, typu epilepsji, depresji, autyzmu, zaburzeń pamięci i uczenia się. We wszystkich tych chorobach zaburzona jest komunikacja pomiędzy komórkami nerwowymi, która zachodzi za pomocą neuroprzekaźników. Kolejną grupą chorób, których podłoże można lepiej zrozumieć dzięki tegorocznym noblistom to choroby układu odpornościowego, w tym choroby autoimmunologiczne. Chodzi o zrozumienie mechanizmów, za pomocą których komórki wydzielają sygnały stanu zapalnego albo - w przypadku chorób autoimmunologicznych - niepotrzebnie wydzielają takie sygnały mimo braku niebezpieczeństwa, np. przy alergiach. Kolejna grupa chorób to zaburzenia genetyczne, tzn. choroby spichrzeniowe, w których brakuje określonych enzymów trawiących określone substancje, produkowane bądź pobrane przez komórki. Wtedy takie substancje gromadzą się w pęcherzykach wewnątrz komórki szkodząc jej całemu metabolizmowi. To właśnie dzięki odkryciom noblistów jesteśmy w stanie zrozumieć mechanizmy tych chorób, ich podłoże, ich przyczyny i w związku z tym próbować projektować terapię i mieć pomysły na nowe leki.