Proč naše buňky stárnou? Co umožňuje nádorové buňce, aby se stala nesmrtelnou? Tyto i další otázky zodpověděli letošní laureáti Nobelovy ceny za fyziologii a medicínu. Trojice biologů působících ve Spojených státech – Elizabeth Blackburnová, Carol Greiderová a Jack Szostak – si ocenění rozdělí rovným dílem. Hledání léku na rakovinu V buněčném jádře najdeme chromozomy, jakési šňůrky, na nichž jsou navlečeny korálky dusíkatých bází – písmen jazyka DNA. Při každém dělení buňky se ale chromozomový „provázek“ o něco zkrátí. Když jeho délka klesne pod únosnou mez, buňka hyne.
Už ve 30. letech uvažovali vědci o existenci zvláštních „čepiček“ chránících konce chromozomů – označili je telomery (z řeckého telos čili konec a meros, tedy část). Na důkaz o jejich ochranářské práci se ovšem čekalo další půlstoletí.
Elizabeth Blackburnová v 70. letech na molekulární úrovni studovala chromozomy prvoka Thetrahymena, tehdy oblíbeného modelového organismu. Na jejich koncích objevila opakující se sekvenci písmen genetického kódu.
Na vědecké konferenci v roce 1980, kde prezentovala své výsledky, potkala Jacka Szostaka, který tehdy patřil k pionýrům ve vnášení genetické informace do buněk. „To bylo vysněným cílem molekulární biologie. Vědci tak chtěli ovlivňovat fyziologii a strukturu buněk,“ vysvětluje docent Jan Černý z Přírodovědecké fakulty UK v Praze. Upozorňuje také, že se tehdy Jacku Szostakovi jeho experimenty s kvasinkami příliš nedařily – chromozomy se mu zkracovaly a byly nestabilní.
Úspěch přinesla až spolupráce s Elizabeth Blackburnovou. Vědci společně připojili opakující se sekvence z prvoka Thetrahymena k uměle vytvořeným chromozomům. Když je vnesli do kvasinky, v buňkách přetrvávaly po mnoho generací. Uměle vytvořené chromozomy byly totiž před zkracováním chráněny telomerami. Výsledky experimentů zveřejnil v roce 1982 časopis Cell.
„Výzkumy se krásně propojily nalezením enzymu, který dohlíží na správnou délku telomer,“ poznamenává Jan Černý. Ten objevila Carol Greiderová, která si u Blackburnové dělala doktorát. „Zabodovala“ na Štědrý den roku 1984. „Pokus jsem zahájila o několik dnů dříve a během Vánoc jsem ho nemohla přerušit,“ vysvětlila Carol Greiderová, proč se vydala o svátcích do laboratoře, v rozhovoru se zástupcem Nobelova výboru. Její zodpovědnost se jí vyplatila.
U běžných tělních buněk se při každém dělení chromozomové koncovky o něco zkrátí. Enzym telomeráza ale může zajistit, aby k tomu nedocházelo. Znovu vytvoří ztracenou genetickou informaci a zabraňuje třeba zkracování telomer v embryonálních nebo zárodečných buňkách a zaručuje jim tak v podstatě nesmrtelnost. Stejně ovšem účinkuje i u některých typů nádorů.
Poznatky oceněné letos Nobelovým výborem tak otevírají cestu k léčbě rakoviny, případně i k boji se stárnutím. Klinické testy léků proti rakovině působících přímo na telomerázu už probíhají. „Ovlivňování tohoto enzymu v nádorových buňkách tak, aby se omezila jejich životaschopnost, je lákavé,“ podotýká docent Černý. Laboratorní experimenty s tkáňovými kulturami podle něj přinášejí slibné výsledky. V živých organismech však vědci zatím nedovedou spolehlivě zaručit, aby preparát působil jen na nádorové buňky a neškodil zároveň například těm zárodečným.
Využívat telomerázu jako „omlazovací“ prostředek bude ještě obtížnější. „Stárnutí buněk ovlivňuje řada dalších faktorů. Minimálně stejně přispívají ke stárnutí buněk mitochondrie nebo volné radikály,“ upozorňuje Jan Černý. Omlazování organismu prostřednictvím aktivace telomerázy může podle něj otevřít Pandořinu skříňku s rakovinným bujením. Vědci také prostřednictvím působení na telomerázu pomáhají vytvářet kmenové buňky z běžných tělních buněk. Enzym jim vrací schopnost množit se ve velkém a „převychovat“ se v jakoukoli tkáň.
„Oceněná práce je čítankovou ukázkou toho, jak nezbytný je základní výzkum pro praktické aplikace,“ říká profesor Jiří Forejt z Ústavu molekulární genetiky Akademie věd ČR. Úředník rozhodující o rozdělování prostředků na výzkum, vývoj a experimentální inovace by podle něj jen stěží uznal, že výzkum Elizabeth Blackburnové, tedy studium chromozomů prvoka Tetrahymena, může mít praktické uplatnění.
Cena pro ženský obor Letos se vůbec poprvé o Nobelovu cenu v jedné kategorii podělí dvě ženy. Když se ovšem švédská Královská akademie rozhodla vyznamenat výzkum telomer, nemohla se asi ani rozhodnout jinak. „Je těžké najít mezi námi muže,“ povzdychl si buněčný biolog David Shore z univerzity v Ženevě na internetových stránkách časopisu Nature. „A dva hlavní důvody jsou právě Liz a Carol.“ S tím souhlasí i docent Černý: „Obě výzkum telomer nestále posouvají kupředu, i dnes publikují kvalitní práce a přednášejí na nejvýznamnějších konferencích.“
Osmdesát procent průkopníků v tomto oboru tvoří ženy, upozorňuje docent Jiří Fajkus z Přírodovědecké fakulty MU v Brně, který v roce 1996 objevil telomerázu v rostlinných buňkách. Blackburnová se dokonce těší přezdívce „babička telomer“. Další rozrůstání „telomerové“ komunity už bylo podle Jiřího Fajkuse otázkou štafety, která ve vědě běžně funguje. Záleží na tom, kolik postgraduálních studentů a studentek pracuje v týmech vůdčích osobností. Sama Blackburnová v rozhovoru pro Nobelův výbor připouští, že u ní byl poměr žen a mužů jedna ku jedné, což je neobvykle vysoké číslo.
A čemu se laureáti věnují dnes? Jack Szostak se snaží vytvořit umělou buňku a zkoumá původ života na zemi. Carol Greiderová zůstala věrná telomeráze – studuje její souvislost s rakovinným bujením. Elizabeth Blackburnová se drží telomer, nedívá se na ně ovšem už tak „vědecky“. Zkoumala například souvislost mezi jejich délkou a stresem. „Ještě před několika lety bych si nemyslela, že začnu spolupracovat s psychology,“ poznamenala Blackburnová v rozhovoru pro deník New York Times. S Elissou Epelovu v roce 2004 prokázala, že za předčasné stárnutí může stres.
***
Žádné překvapení Jiří Fajkus, biolog:
Ocenění mě nepřekvapilo. Už nějakou dobu se o těchto laureátech spekulovalo. Nejčastěji se objevovalo jméno Elizabeth Blackburnové, spojené jak s objasněním sekvence DNA tvořící konce chromozomů, tak i s objevem enzymu telomeráza.
Blackburnová se oprávněné těší úctě a respektu za minulou i stávající práci. Umí udělat skvělou odbornou přednášku o nejnovějších výsledcích svého týmu, ale taky perfektně srozumitelnou populárně-vědeckou prezentaci.
Biologie telomer se do značné míry stala disciplínou, kde se bohužel často uplatňují mafiánské praktiky při recenzních řízeních v grantových agenturách i odborných časopisech. Tím víc si cením, že Blackburnová, alespoň pokud vím, z pozice síly své jedinečné postavení ve vědecké komunitě nezneužívá. Autor pracuje v Ústavu experimentální biologie Přírodovědecké fakulty MU v Brně
Nobelovy ceny za rok 2009
Celkem deset milionů švédských korun, tedy asi 25 milionů Kč, si v každém oboru rozdělí letošní laureáti Nobelových cen.
fyzika Charles K. Kao *1933 Brit a Američan, narozený v Šanghaji. Vedl telekomunikační výzkumnou laboratoř v Harlowu, působil na univerzitě v Hongkongu. Od roku 1996 je v důchodu.
Kao navrhl postup, jak vytvořit skleněná vlákna schopná přenášet informace pomocí světelných impulzů. Optická vlákna tvoří páteř internetu.
Willard Boyle *1924 Kanaďan a Američan. V letech 1975 až 1979 výkonný ředitel pro výzkum v Bellových laboratořích. Od roku 1979 je v penzi.
George Smith *1930 Američan. V letech 1959 až 1986 pracoval v Bellových laboratořích. Od roku 1986 je v důchodu.
Navrhli a zkonstruovali senzor CCD, který se stal základem všech digitálních fotoaparátů, kamer a hvězdářských dalekohledů.
fyziologie a medicína
Elizabeth Blackburnová *1948 Australanka a Američanka, narozena v tasmánském Hobartu. Kalifornská univerzita v San Francisku.
Objevili, jak jsou chromozomy chráněny zakončeními označovanými telomery a jak je ovlivňuje enzym telomeráza, poznatky mohou najít uplatnění při léčbě rakoviny nebo při přípravě kmenových buněk.
Carol Greiderová *1961 Američanka, narozena v San Diegu. Lékařská fakulta Univerzity Johnse Hopkinse v Baltimoru.
Jack Szostak *1952 Američan, narozen v Londýně, lékařská fakulta Harvardovy univerzity a Lékařský institut Massachusettské všeobecné nemocnice v Bostonu.
chemie Venkatraman Ramakrishnan *1952 Američan, narozený v Indii. Vedoucí výzkumné laboratoře molekulární biologie na Cambridgeské univerzitě ve Velké Británii.
Podrobně popsali strukturu a funkci ribozomu, základního stavebního kamene buněk, a zjistili, jak se na něj vážou různá antibiotika; poznatky slouží pro vývoj léčiv.
Thomas Steitz *1940 Američan. Působí na Yaleově univerzitě a tamějším Lékařském institutu Howarda Hughese.
Ada Jonathová *1939 Izraelka narozená v Jeruzalémě. Pracuje na Weizmannově institutu věd v izraelském městě Rechovot v oddělení strukturální biologie.
