"Jedna z mniej dyskusyjnych Nagród". Za co przyznano medycznego Nobla

Nobel z fizjologii i medycyny 2019 trafił do Brytyjczyka sir Petera J. Ratcliffa i dwóch Amerykanów - Williama G. Kaelina Jr. i Gregga L. Semenzy za odkrycie procesów wyczuwania przez komórki stężenia tlenu w środowisku i adaptowania się do jego zmian - ogłosił w poniedziałek w Sztokholmie Komitet Noblowski. Trzej laureaci podzielą się po równo nagrodą w wysokości dziewięciu milionów koron szwedzkich (około 830 tysięcy euro).

O szczegółach przeczytasz na tvn24.pl

- Badania tegorocznych noblistów w dość szczegółowy sposób opisują, w jaki sposób komórka przestawia się na warunki, w których dochodzi do zmniejszenia poziomu tlenu - skomentował podczas konferencji w Warszawie fizjolog profesor Marcin Ufnal z Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego.

Wykrywanie tlenu jest ważnym czynnikiem w przypadku wielu chorób - na przykład anemii i nowotworów, toteż odkrycia tegorocznych noblistów mają znaczenie dla rozwoju fizjologii i patofizjologii. Dzięki nim możliwe będzie opracowanie nowych sposobów leczenia.

- To jedna z mniej dyskusyjnych Nagród Nobla - ocenił decyzję Komitetu Noblowskiego prof. Ufnal. - Na co dzień nie doceniamy tlenu. A jest on kluczowy dla życia większości organizmów na Ziemi. Niezbędny jest im do wytworzenia energii. A jak nie ma energii, to nie ma życia - powiedział.

Ufnal wyjaśnił, że organizm musi być w stanie funkcjonować w różnych warunkach.

- Czasem wypoczywamy, a czasem intensywnie ćwiczymy. Wtedy zaś to stężenie tlenu w tkankach dramatycznie rośnie. Nasz organizm musi się przystosować do nowych warunków uzyskiwania tlenu - powiedział. Z jednej strony są to krótkoterminowe efekty zmiany w dostępie do tlenu, takie jak przyspieszenie oddechu czy przyspieszenie pracy układu krążenia. Są też jednak długoterminowe efekty mające przystosować organizm do warunków, w których poziom tlenu jest niższy.

- Na przykład takie przystosowanie ma miejsce w warunkach wysokogórskich - opisał fizjolog. Zwrócił uwagę, że kiedy jesteśmy na wysokości 3 tysięcy metrów nad poziomem morza możemy się przekonać, że trudniej wykonać nam ten sam wysiłek, co na niższych wysokościach. - Związane jest to z obniżeniem poziomu stężenia tlenu - wskazał prof. Ufnal.

Jak dodał profesor, organizm ma szereg mechanizmów, które potrafią przygotować go do zupełnie niefizjologicznych warunków. Takie mechanizmy opisali właśnie tegoroczni nobliści.

Choć o niezbędności tlenu dla podtrzymywania życia wiadomo od wieków, sposób, w jaki komórki adaptują się do zmian jego poziomu, długo pozostawał nieznany.

Już w 1931 roku Otto Warburg otrzymał Nagrodę Nobla za wyjaśnienie, że procesy utleniania mają charakter enzymatyczny i zachodzą w mitochondriach obecnych w niemal każdej zwierzęcej komórce.

W toku ewolucji powstały mechanizmy umożliwiające właściwe zaopatrzenie w tlen komórek i tkanek. W roku 1938 Nagrodę Nobla dostał z kolei Corneille Heymans, który wykazał, że przylegający do rozwidlenia tętnicy szyjnej wspólnej kłębek szyjny zawiera komórki wyspecjalizowane w określaniu zwartości tlenu we krwi. Dzięki sygnałom wysyłanym przez kłębek szyjny mózg wie, jak szybko powinniśmy oddychać.

Nie jest to jednak jedyny mechanizm adaptacyjny. W przypadku niedoboru tlenu, czyli hipoksji, rośnie poziom wytwarzanego przez nerki hormonu erytropoetyny (EPO), która zwiększa produkcję przenoszących tlen czerwonych krwinek. Zjawisko to, zaobserwowane już na początku XX w., wykorzystują do podnoszenia swojej wydolności sportowcy, ćwicząc na dużych wysokościach lub w pomieszczeniach ze sztucznie obniżonym poziomem tlenu.

Tegoroczny noblista Gregg Semenza badał gen EPO i zależność jego funkcjonowania od zmian poziomu tlenu. Dzięki zmodyfikowanym genetycznie myszom wykazał on, że określone segmenty DNA znajdujące się obok genu EPO pośredniczą w odpowiedzi na niedotlenienie. Również sir Peter Ratcliffe badał zależną od poziomu tlenu regulację genu EPO. Obie grupy badawcze odkryły, że mechanizm wykrywania tlenu był obecny praktycznie we wszystkich tkankach - nie tylko w komórkach nerek, w których normalnie wytwarzana jest EPO. Mechanizm ma zatem charakter ogólny i działa w wielu różnych typach komórek.

Jak wykazały badania tegorocznych laureatów, segmenty DNA, znajdujące się obok genu EPO, pośredniczą w odpowiedzi na niedotlenienie, a mechanizm wykrywania tlenu jest obecny w wielu różnych typach komórek, praktycznie we wszystkich tkankach.

Dzięki przełomowej pracy laureatów Nagrody Nobla wiadomo dziś znacznie więcej o tym, jak różne poziomy tlenu regulują podstawowe procesy fizjologiczne. Wykrywanie tlenu pozwala komórkom dostosować metabolizm do niskiego poziomu tlenu. Inne przykłady procesów adaptacyjnych kontrolowanych przez wykrywanie tlenu to wytwarzanie nowych naczyń krwionośnych oraz czerwonych krwinek. Nasz układ odpornościowy i wiele innych funkcji fizjologicznych są również dostrajane przez mechanizm wykrywający tlen. Jego wykrywanie jest też niezbędne podczas rozwoju płodowego (do kontrolowania prawidłowego tworzenia naczyń krwionośnych i rozwoju łożyska).

Wykrywanie tlenu ma zasadnicze znaczenie w przypadku wielu chorób. Na przykład pacjenci z przewlekłą niewydolnością nerek często cierpią na ciężką niedokrwistość z powodu zmniejszonej ekspresji EPO. W guzach nowotworowych mechanizm regulowany tlenem pobudza tworzenie naczyń krwionośnych i przekształcania metabolizmu w celu skutecznego namnażania komórek rakowych. Prowadzone są badania nad lekami, które mogą wpływać na różne stany chorobowe poprzez aktywację lub blokowanie mechanizmów wykrywających tlen.

Tegoroczny noblista William G. Kaelin, Jr. urodził się w 1957 r. w Nowym Jorku. Tytuł doktora uzyskał na Uniwersytecie Duke'a w Durham. Odbył specjalistyczne szkolenie z zakresu chorób wewnętrznych i onkologii na Johns Hopkins University w Baltimore oraz w Dana-Farber Cancer Institute w Bostonie. Założył własne laboratorium badawcze w Dana-Farber Cancer Institute i został profesorem zwyczajnym w Harvard Medical School w 2002 roku. Jest badaczem Instytutu Medycznego Howarda Hughesa od 1998 roku.

Sir Peter J. Ratcliffe urodził się w 1954 roku w Lancashire w Wielkiej Brytanii. Studiował medycynę w Gonville i Caius College na Uniwersytecie Cambridge i odbył specjalistyczne szkolenie z nefrologii na Oksfordzie. Założył niezależną grupę badawczą na Uniwersytecie Oksfordzkim i został profesorem zwyczajnym w 1996 r. Jest dyrektorem ds. badań klinicznych w Francis Crick Institute w Londynie, dyrektorem Target Discovery Institute w Oksfordzie i członkiem Ludwig Institute for Cancer Research.

Gregg L. Semenza urodził się w 1956 roku w Nowym Jorku. Uzyskał tytuł B.A. (Bachelor of Arts - tytuł anglosaski przyznawany absolwentom studiów nauk humanistycznych i z zakresu teoretycznego nauk ścisłych i przyrodniczych - przyp. red.) w biologii z Harvard University, Boston. W 1984 r. uzyskał stopień doktora nauk medycznych na Uniwersytecie Pensylwanii w School of Medicine w Filadelfii oraz jako specjalista pediatrii na Uniwersytecie Duke w Durham. Odbył szkolenie podoktoranckie na Johns Hopkins University, Baltimore, gdzie założył również niezależną grupę badawczą. Został profesorem zwyczajnym na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa w 1999 roku, a od 2003 roku jest dyrektorem Programu Badań Naczyniowych w Johns Hopkins Institute for Cell Engineering.

Autor: kw/map / Źródło: PAP