Znajdź zawartość

W celu zaoszczędzenia energii niektóre bakterie wytwarzają białka o wielu różnych aktywnościach enzymatycznych. Jedno z nich, odkryty u prątków gruźlicy enzym MurI, okazuje się być istotny dla ich oporności na niektóre terapie. Autorami odkrycia są naukowcy z Indyjskiego Instytutu Naukowego w Bangalore. Zaobserwowali oni dwojaką naturę enzymu nazwanego MurI. W normalnych warunkach ma on aktywność tzw. racemazy glutaminianowej zmieniającej konfigurację atomów wewnątrz cząsteczek kwasu glutaminowego. Proces ten jest potrzebny do budowania przez bakterię ściany komórkowej. Okazuje się jednak, że w sytuacji zagrożenia może on także pełnić funkcje ochronne wobec innego enzymu, gyrazy DNA, będącej celem niektórych antybiotyków i chemioterapeutyków. Gyraza DNA jest enzymem aktywnym głównie podczas replikacji komórek bakteryjnych. Odpowiada za kontrolowane nacinanie obu nici DNA oraz zmianę ich orientacji przestrzennej, dzięki czemu ułatwia kopiowanie materiału genetycznego komórki. Gdy białko podłącza się do nici DNA, staje się podatne na działanie leków z grupy fluorochinonów. Wystarczy jednak, by do cząsteczki gyrazy podłączyła się cząsteczka MurI, by uniemożliwić działanie leku. Bakteria jest co prawda przejściowo pozbawiona zdolności podziału, lecz chroni się przed toksycznym działaniem chemioterapeutyku i pozwala komórce przetrwać terapię. MurI nie jest jedynym znanym enzymem wykazującym "poboczną" aktywność, zaś bakterie nie są jedynymi organizmami zdolnymi do ich wytwarzania. Dotychczas zebrano jednak niewiele informacji na temat rozwoju złożonej funkcjonalności tych protein, przez co wciąż są dla biologów interesującą zagadką. Jak tłumaczy prof. Valakunja Nagaraja, odkrywca dwojakiej natury MurI, wielofunkcyjne bialka to najczęściej powszechne enzymy, które posiadły dodatkowe możliwości w czasie swojego długotrwałego istnienia. Tak długo, jak dodatkowa rola nie wpływa na zasadniczą funkcję proteiny, może być dla komórki korzystna oferując jej przewagę w rywalizacji [z bakteriami nieposiadającymi tej cechy - przyp. red.] w toku ewolucji. Dzięki wielofunkcyjnym białkom komórka może sobie pozwolić na produkcję mniejszej liczby cząsteczek protein, co przekłada się na bezpośrednie korzyści energetyczne. Pozwala to na poświęcenie większej części zgromadzonych zasobów np. na czynności związane z poprawą skuteczności ataku na komórki lub szybszym namnażaniem. Na szczęście jest też dobra informacja: zablokowanie funkcji tego typu enzymów pozwala "upiec dwie pieczenie na jednym ogniu", umożliwia bowiem sparaliżowanie kilku funkcji życiowych za jednym uderzeniem. Wygląda więc na to, że przynajmniej część tego typu białek może być atrakcyjnym celem dla terapii.

Badacze z Lawrence Berkeley National Laboratory, laboratorium należącego do Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, odkryli białko działające niczym przeciwsłoneczna roleta chroniąca liście roślin przed uszkodzeniem przez nadmierne naświetlenie przez słońce. Odkrycie to może pewnego dnia pozwolić na produkcję doskonalszych ogniw słonecznych, naśladujących funkcjonowanie żywego liścia. Kluczowe dla badań białko nazywa się CP29. Zabezpiecza ono rośliny przed nadmiarem docierającego do tkanki promieniowania, przepuszczając wyłącznie określoną maksymalną dawkę światła. Przypuszcza się, że za regulacją aktywności tego filtra stoją zmiany pH wewnątrz komórki. Fotosynteza, efekt niezliczonych lat ewolucji, jest procesem o fenomenalnej wręcz wydajności. Szacuje się, że rośliny są w stanie zamienić w energię chemiczną aż do 97% energii pochodzącej z światła słonecznego. Stanowi to jednak pewne zagrożenie, gdyż przy intensywnym naświetlaniu powierzchni liścia pojawia się groźba uszkodzenia tworzącej go tkanki. Rośliny znalazły jednak sposób na ochronę przed tym zjawiskiem: wykrywają zmiany pH charakterystyczne dla zmiany ilości padającego na nie światła i po przekroczeniu pewnego limitu uruchamiają mechanizm, którego zadaniem jest rozproszenie nadmiaru energii w nieszkodliwy dla rośliny sposób. Trzy lata temu badacze z Lawrence Berkeley National Laboratory, pracujący pod przewodnictwem prof. Grahama Fleminga, odkryli zeaksantynę - barwnik z grupy karotenoidów, który chroni komórki przed nadmiarem padającego światła. Cząsteczka tego związku przyjmuje na siebie część docierającej do liścia energii i zużywa ją na wyrzucenie ze swojej struktury pojedynczego elektronu. Pozwala to na zamianę energii promieniowania w energię ruchu wspomnianego elektronu. Do tej pory nie było jednak wiadomo, jaki czynnik reguluje ilość produkowanej zeoksantyny oraz jej interakcje z chlorofilem, najważniejszym związkiem odpowiedzialnym za proces fotosyntezy. Aby rozwiązać tę zagadkę, zespół prof. Fleminga zastosował techniki spektrofotometryczne, tzn. badanie reakcji poszczególnych cząsteczek na światło. Odkryto w ten sposób, że trzy białka, nazwane CP29, CP26 i CP24, są zdolne do przeprowadzenia reakcji usunięcia elektronu ze struktury zeoksantyny. Dalsze badania objęły wyłącznie analizę funkcjonalną proteiny CP29 jako tej, która jest najlepiej znana pod względem struktury cząsteczki oraz czynników genetycznych wpływających na jej syntezę. Naukowcom udało się ustalić, że powstające pod wpływem intensywnego naświetlania zmiany w pH wywołują zmianę rozkładu atomów wewnątrz molekuł białka, umożliwiając mu przeprowadzenie reakcji oderwania elektronu od zeaksantyny. Gdy tylko uda się rozproszyć odpowiednio wiele energii, pH wraca do normy, a białko ponownie traci swoją zdolność. Dzięki wspomnianemu mechanizmowi komórka jest w stanie pochłonąć więcej energii do przeprowadzenia fotosyntezy bez obawy o "przegrzanie" od nadmiaru padającego światła. Szczegóły odkrycia opublikowano w czasopiśmie Science.

Ludzki wirus cytomegalii (HCMV - od ang. Human Cytomegalovirus), odpowiedzialny m.in. za rozwój mononukleozy zakaźnej, należy do najczęściej występujących w populacji ludzkiej czynników zakaźnych. Bezpośrednią obecność wirusa lub ślady "pamięci" o zetknięciu z nim w ciągu życia można zaobserwować u 50%, a niektórzy badacze donoszą nawet, że u 80% przedstawicieli ludzkiej populacji. Zakażenie nim nie jest szczególnie groźne (często nie wywołuje żadnych objawów), choć w skrajnych przypadkach może on powodować np. powstanie nowotworu lub nawet śmierć. Do tej pory nie było jednak wiadomo, w jaki sposób dochodzi do powstania zaburzeń w funkcjonowaniu komórek pod jego wpływem. Dopiero wykonane niedawno na Uniwersytecie Wisconsin badania rzucają nowe światło na funkcjonowanie tego wirusa, który okazał się wyjątkowo przebiegłym naśladowcą ludzkich białek. Jedna z produkowanych przez HCMV protein, UL97, ma zdolność do zaburzania naturalnego mechanizmu regulacji intensywności podziałów ludzkich komórek. Potrafi ona blokować czynniki odpowiedzialne za spowolnienie szybkości tego procesu, co w skrajnym przypadku może prowadzić np. do rozwoju nowotworu. Dzieje się tak, ponieważ białko to naśladuje swoim kształtem niezwykle istotny regulator cyklu komórkowego - białko Rb (nazwa pochodzi od słowa retinoblastoma, czyli siatkówczak - jest to nowotwór, który rozwija się najczęściej u bardzo młodych dzieci w wyniku wadliwego działania tej proteiny). Upośledzenie funkcji tego "molekularnego hamulca", powstrzymującego nadmierne podziały komórkowe, prowadzi do zbyt intensywnego namnażania komórek. Wirus osiąga wyraźne korzyści z zaburzenia funkcji komórek gospodarza. Przyśpieszenie cyklu komórkowego wiąże się ze zwiększeniem szybkości syntezy wielu istotnych cząsteczek, w tym DNA. HCMV "wykorzystuje" ten fakt i przechodzi bardziej intensywną replikację wtedy, gdy sama komórka także się dzieli. Wchodzące w skład HCMV UL97 jest białkiem, które naśladuje naturalny regulator cyklu komórkowego, lecz, w przeciwieństwie do niego, pozbawione jest mechanizmów umożliwiających ograniczenie jego aktywności przez gospodarza. Można to porównać do wciśnięcia w samochodzie pedału gazu i jednoczesnego uszkodzenia hamulca. Prof. Robert Kalejta, główny autor badań, komentuje odkrycie: Wirusy są sprytniejsze od nas. Wiedzą o naszych komórkach o wiele więcej niż my, bo są od nich zależne - są bezwzględnymi pasożytami wewnątrzkomórkowymi. Jeżeli atakują jakąś część komórki, czyli proces lub białko, to na pewno jest ona ważna dla komórki. Skoro wirus zwraca na tę część uwagę, my także powinniśmy. Naukowiec wierzy, że dokonane przez jego zespół odkrycie pomoże w odnalezieniu innych protein, które wspólnie z Rb regulują cykl komórkowy. Wierzy także w zastosowanie zdobytej wiedzy w medycynie. Od dawna wiadomo bowiem, że HCMV, najczęściej niegroźny, może w niektórych przypadkach powodować rozwój nowotworów lub innych problemów zdrowotnych. Najczęściej ma to miejsce w przypadku nosicieli, u których doszło do osłabienia funkcji układu odpornościowego. Do grupy tej należą m.in. chorzy na AIDS oraz biorcy przeszczepów. Zdaniem profesora, wykonane badania mogą przynieść dwojaką korzyść. Badamy wirusa, który powoduje u ludzi chorobę, dzięki czemu możemy odkryć sposób na wyleczenie tej infekcji i pomóc w ten sposób pacjentom. Jednocześnie zdobywamy wiedzę na temat działania komórki, co może pomóc nawet osobom, które nie są zainfekowane. Badacz żartobiliwie porównuje to do promocji w supermarkecie: Dostajesz dwa za cenę jednego. Szczegółowe dane na temat odkrycia opublikowano w najnowszym numerze czasopisma Science.

Naukowcy z New York Medical College odkryli, dlaczego ptaki, w przeciwieństwie do ssaków, nie są w stanie wydajnie wytwarzać ciepła w tkance tłuszczowej. Być może odkrycie to nie byłoby tak pasjonujące gdyby nie fakt, że przyczyna tego zjawiska może być zarazem jednym z powodów... wyginięcia dinozaurów. Ludzie, podobnie jak pozostałe ssaki, wytwarzają w swoich organizmach dwa rodzaje tkanki: żółtą i brunatną. Pierwsza z nich jest dobrze znana wszystkim - to w niej odkłada się nadmiar energii zmagazynowanej w postaci cząsteczek tłuszczu. Drugi typ tkanki tłuszczowej ma inną funkcję. Zachodzi w niej produkcja białka zwanego termogeniną, należącego do grupy tzw. rozprzęgaczy. Ich rola polega na blokowaniu powstawania związków wysokoenergetycznych, które mogłyby zostać następnie zużyte jako nośnik energii. Zamiast tego dochodzi do rozproszenia energii w postaci ciepła. Z tego powodu nie powinien dziwić fakt, że najwięcej brunatnej tkanki tłuszczowej wytwarzają organizmy narażone na wychłodzenie, przede wszystkim niedźwiedzie brunatne. U ludzi brunatna tkanka tłuszczowa występuje u noworodków oraz - w znacznie mniejszej ilości - u dorosłych. Gen kodujący termogeninę zwany jest UCP1. Stwierdzono, że choć występuje on u ssaków, u ptaków został w drodze ewolucji wyeliminowany. Podobna sytuacja ma miejsce u jaszczurek. Porównanie tych danych z danymi na temat historii ewolucji kolejnych gatunków wykazało, że do usunięcia wspomnianego genu niemal na pewno doszło u wspólnego przodka jaszczurek i ptaków. Wiadomo także, że ten sam przodek w drodze ewolucji dał początek linii rozwojowej dinozaurów. Oznacza to, że najprawdopodobniej także te wielkie gady były pozbawione zdolności syntezy termogeniny. Gdyby rzeczywiście tak było, oznaczałoby to znacznie wyższą podatność na spadek temperatury otoczenia, np. w wyniku pojawienia się na niebie gęstych chmur po uderzeniu w powierzchnię Ziemi meteorytu. Szczegóły wykonanych badań opisano w najnowszym numerze czasopisma BMC Biology.

Zespół badaczy z Uniwersytetu Chicago zaprezentował sposób, w jaki dwa białka związane z procesem naprawy uszkodzonego DNA wykonują swoje zadanie. Badanie jednego z nich, występującego u człowieka, może mieć znaczenie w procesie tworzenia środków wspomagających leczenie nowotworów. Jedno z białek, nazwane AlkB, odpowiada za naprawę uszkodzonego DNA u bakterii. Prof. Chuan He, główny autor badań, komentuje jego nietypowe właściwości: To bardzo interesujące, bo zwykle białka służące do naprawy DNA wiążą się z jego dwuniciową formą. Odkryto bowiem, że AlkB preferuje łączenie się z fragmentem cząsteczki DNA na odcinkach, gdzie tworzy ono formę jednoniciową (DNA składa się z dwóch połączonych ze sobą nici, wzajemnie dopasowanych do siebie pod względem struktury). Wynika to z faktu, że pojedyncza nić DNA jest znacznie bardziej elastyczna i dzięki temu dopasowuje się do narzuconej przez białko "formy", czyli zagłębienia w strukturze proteiny, do której wsuwa się DNA. Być może odkrycie nie byłoby tak istotne, gdyby nie zastosowanie nowatorskiej metody analitycznej. Problem z badaniami białek podobnych do AlkB polega na tym, że wiążą one docelową cząsteczkę bardzo słabo, przez co trudno jest obserwować ich strukturę w stanie odpowiadającym wykonywaniu swojego zadania. Z tego powodu przeprowadzono specjalny proces, w którym zmuszono DNA i AlkB do połączenia się ze sobą silnymi wiązaniami chemicznymi, przez co ustabilizowano ich wzajemne położenie. Połączone ze sobą cząsteczki poddano analizie krystalograficznej, tzn. określono dokładnie rozkład przestrzenny atomów wewnątrz cząsteczek. Udało się dzięki temu zdefiniować tzw. miejsca aktywne w strukturze AlkB, których zablokowanie powinno znacząco obniżyć aktywność proteiny. Prof. Phoebe Rice, pracująca w zespole jako ekspert z dziedziny krystalografii, pochwaliła pomysł kolegów: Zastosowana przez nich technika jest bardzo sprytna. To ładny przykład zastosowania chemii w celu rozwiązania ważnych zagadek z dziedziny biologii. Zachęceni udanym eksperymentem, badacze zbadali (lub, jak wolą mówić sami krystalografowie, rozwiązali) w podobny sposób strukturę kolejnego białka, zwanego ABH2. Jest ono istotne z punktu widzenia medycyny, gdyż występuje u człowieka i odgrywa istotną rolę w procesie "samoobrony" złośliwych nowotworów człowieka przed chemioterapią (najczęściej zadaniem tego typu leczenia jest uszkadzanie DNA komórek nowotworowych, co prowadzi do ich obumierania). Odkrycie to otwiera drogę dla poszukiwania wyspecjalizowanych cząsteczek, które blokowałyby to białko i w ten sposób zwiększały podatność guza na leczenie. Zarówno AlkB, jak i ABH2, usuwają tzw. grupy alkilowe, powstające w wyniku reakcji z prostymi związkami organicznymi, od DNA. Proces dołączania grup alkilowych jest niezwykle groźny dla stabilności genetycznej komórki - z jednej strony zagraża to zdrowym komórkom, lecz jednocześnie u człowieka jest on jeszcze bardziej szkodliwy dla komórek nowotworu, które - w przeciwieństwie do funkcjonujących prawidłowo - nie potrafią odtworzyć powstających uszkodzeń. Problem pojawia się, gdy nowotowór jest wyposażony w skuteczny system naprawy DNA - może się wówczas skutecznie bronić przed chemioterapią. Z tego powodu trwają poszukiwania nad sposobami ograniczenia aktywności systemów naprawczych wewnątrz guza. Mogłoby to znacznie zwiększyć skuteczność leczenia tych chorób.

Badania na niewielkim, pozbawionym układu krwionośnego robaku o łacińskiej nazwie Caenorhabditis elegans pomogły w odkryciu mechanizmu umożliwiającego przeprowadzenie ważnego etapu syntezy hemoglobiny. Proces ten był dla biologów przez długi czas zagadką. Dotychczas, pomimo licznych analiz komputerowych, nie było jasne, w jaki sposób zawierająca jon żelazowy cząsteczka hemu łączy się z cząsteczką globiny, tworząc w ten sposób hemoglobinę - najważniejsze białko przenoszące tlen we krwi człowieka. I choć w organizmie należącego do nicieni C. elegans hem i globina nie łączą się ze sobą (mimo że hem jest przez niego pobierany z otoczenia, a globinę wytwarza sobie sam), dokładne poznanie fizjologii robaka pomogło rozwiązać tę łamigłówkę. W toku badań odkryto, że u nicienia białkiem kluczowym dla transportu cząsteczek hemu w organizmie jest produkt genu nazwanego HRG-1, wspólnego (choć nieco odmiennego) dla ludzi i C. elegans. W związku z tym postanowiono zbadać funkcję tego genu u innych zwierząt, które wytwarzają w swoim organizmie krew. W tym celu usunięto HRG-1 u innego organizmu, ryby zwanej danio pręgowanym (Danio rerio), aby porównać procesy fizjologiczne zachodzące u niej i u "normalnych" osobników. Zaobserwowano, że w wyniku braku aktywności wspomnianego genu dochodziło do wielu defektów w organizmie, w tym - do ciężkiej anemii. Kolejnym etapem eksperymentu było sprawdzenie, czy pochodząca od robaka wersja genu będzie w stanie przywrócić rybie zdrowie. Okazało się, że nawet kopia genu HRG-1 pochodząca z tak odległego ewolucyjnie organizmu jest w stanie odwrócić niekorzystne zmiany w metabolizmie. Przy okazji odkryto także, że zarówno zbyt niska, jak i zbyt wysoka aktywność wspomnianego genu może mieć negatywny wpływ na zdrowie organizmu. Oznacza to, że proces ten nie służy organizmowi, gdy nie jest ściśle kontrolowany. Odkrycie, poza oczywistym walorem poznawczym, może także okazać się ważne dla osób cierpiących na anemię, czyli (mówiąc najprościej) niedobór hemoglobiny. Jest to najczęściej występujący na świecie niedobór żywnościowy, toteż odkrycie mechanizmów rządzących wytwarzaniem tego białka może wiele zmienić.

Szczepionka terapeutyczna przeciwko rakowi piersi, która przechodzi obecnie testy kliniczne, osiąga bardzo pozytywne wyniki. Choć jest jeszcze zbyt wcześnie na wydawanie ostatecznych opinii, już teraz nadzieje pokładane w tym leku są ogromne. Badany środek należy do tzw. szczepionek terapeutycznych. W przeciwieństwie do znanych powszechnie szczepionek profilaktycznych (należą do nich m.in. te zapobiegające chorobom zakaźnym), ten typ preparatu podawany jest pacjentowi dopiero w momencie wykrycia choroby. Celem takiej terapii jest, podobnie jak w przypadku tradycyjnej szczepionki, wywołanie u chorego reakcji odpornościowej przeciwko pojawiającym się w organizmie "niechcianym" cząsteczkom (w tym wypadku są to białka charakterystyczne dla nowotworu, które "wyznaczają" komórki przeznaczone do eliminacji). Dzięki temu możliwe jest wywołanie odpowiedzi immunologicznej przeciwko molekułom, które wcześniej nie zostały "dostrzeżone" przez organizm jako obiekt do zniszczenia. W przypadku testowanej szczepionki, która otrzymała nazwę NeuVax, celem reakcji organizmu jest białko HER2/neu (zwane też ErbB). Jest ono naturalnym i potrzebnym składnikiem błony komórek nabłonka gruczołowego, lecz w około 30% przypadków raka piersi pojawia się na komórkach w zbyt dużej ilości (sytuację taką nazywamy nadekspresją). HER2 służy jako receptor dla białkowego czynnika wzrostu tkanki nabłonkowej, występującej m.in. w piersiach. Gdy receptora jest na pojedynczej komórce zbyt wiele, odbiera ona zbyt silnie sygnał stymulujący ją do podziału. Jeżeli dołączą do tego inne niekorzystne czynniki, pojawia się ryzyko rozwoju nowotworu. Niestety, chore z nadekspresją ErbB mają przeważnie niższą szansę przeżycia od pozostałych pań cierpiących z powodu raka piersi. Przeprowadzone badanie objęło 163 kobiety cierpiące na raka piersi. Co ciekawe, nie stwierdzono prostej zależności pomiędzy liczbą cząsteczek receptora na komórkach nowotworowych a skutecznością szczepionki. Zauważono nawet odwrotną korelację: na terapię najlepiej reagują te pacjentki, u których poziom receptora jest średni lub niski. Na razie nie jest znana dokładna przyczyna tego zjawiska. Wyniki badań są spektakularne. Spośród wszystkich badanych pań, u których poziom ekspresji HER2/neu był niski lub średni, nie stwierdzono ani jednego (!) przypadku śmierci w ciągu 30 miesięcy od rozpoczęcia testów. Wśród kobiet ze stwierdzonym wysokim poziomem tego białka liczba przypadków śmiertelnych spadła o 50% w stosunku do grupy kontrolnej, tzn. osób przyjmujących placebo. Spadła także o niemal połowę liczba nawrotów choroby nowotworowej. Ważne jest także bezpieczeństwo nowatorskiej terapii - lekarze nadzorujący testy podkreślają, że tolerancja dla leku jest równie dobra, jak dla dowolnej innej szczepionki. Nie stwierdzono także odpowiedzi immunologicznej przeciwko zdrowym tkankom. Jeżeli powyższe wyniki zostaną potwierdzone w dalszych badaniach, będzie to oznaczało poważny postęp w porównaniu do dotychczas stosowanych terapii. Właścicielem licencji na NeuVax jest amerykańska firma biotechnologiczna Apthera. Obecnie podejmowane są starania w celu rozpoczęcia tzw. III fazy badań klinicznych. Ma ona objąć siedemset kobiet leczonych w kilku szpitalach. Jeżeli wszystko pójdzie dobrze, istnieje szansa na pomyślną rejestrację produktu i wprowadzenie go na rynek już za kilka lat.

Jeden z najstarszych znanych medycynie środków podawanych do wywołania ogólnego znieczulenia, chloroform, uchylił rąbka tajemnicy na temat swojego działania. Przez ostatnie 150 lat nie wiadomo było, na czym dokładnie polega jego usypiające działanie. Teraz, dzięki badaniom wykonanym przez dr. Yahya Bahnasiego z Uniwersytetu Leeds, dowiedzieliśmy się znacznie więcej. Do odkrycia doszło przypadkiem. Sam naukowiec wspomina: Badałem wpływ lipidów na arteriosklerozę [proces patologicznego twardnienia naczyń krwionośnych - red.]. Niektóre z tych lipidów trafiały do mnie od producenta w postaci rozpuszczonej w chloroformie. Zauważyłem, że związek ten blokował działanie białka TRPC5, co było dla mnie dużym zaskoczeniem. Proteina TRPC5 należy do grupy tzw. kanałów jonowych. Są to białka, których struktura pozwala na kontrolowane przepuszczanie jonów określonych pierwiastków do wnętrza komórki lub poza nią, w zależności od jej bieżących potrzeb. Błona otaczająca każdą komórkę jest zbudowana głównie z tłuszczów, przez co niechętnie pozwala na migrację jonów. Proces ten jest jednak potrzebny dla przeżycia komórki i utrzymania jej w kontakcie z otaczającym środowiskiem. Z tego powodu musi istnieć system sprawnego i ściśle kontrolowanego transportu jonów - właśnie na tym polu swoje zastosowanie znajdują białkowe kanały. TRPC5, zdolny do transportu jonów wapniowych, jest obecny w wielu tkankach, wliczając w to ośrodkowy układ nerwowy. Przypadkowe odkrycie właściwości chloroformu skłoniło dr. Bahnasiego do bliższego przyjrzenia się temu zagadnieniu. Dzięki serii eksperymentów dowiódł on, że wiele innych stosowanych powszechnie środków znieczulających, których mechanizm działania był dotychczas nieznany, zawdzięcza swoje właściwości blokowaniu tej samej cząsteczki. Dotyczy to zarówno leków podawanych dożylnie, jak i przyjmowanych drogą inhalacji. Naukowiec ma nadzieję, że jego odkrycie pomoże w opracowywaniu oraz analizie nowych leków stosowanych w anestezjologii. Teraz, gdy znany jest dokładny mechanizm działania tego typu preparatów, będzie to znacznie łatwiejsze, a powstające preparaty będą bezpieczniejsze dla pacjenta i skuteczniejsze. Idealnym środkiem byłby, oczywiście, taki, który wydajnie blokuje określony kanał jonowy, pozostając jednocześnie możliwie neutralny dla reszty organizmu.

Mukowiscydoza, zwana zwłóknieniem torbielowatym (ang. cystic fibrosis, CF), jest jedną z najczęściej występujących na świecie chorób o podłożu genetycznym. Dotyka jednego na 2500 urodzonych dzieci. W wyniku mutacji w pojedynczym genie, zwanym CFTR, dochodzi do produkcji upośledzonego funkcjonalnie białka, odpowiedzialnego za usuwanie jonów chlorkowych z wnętrza komórki. Najważniejszą konsekwencją tego zjawiska jest powstawanie kleistego śluzu wewnątrz drzewa oskrzelowego, prowadzące ostatecznie do przedwczesnej śmierci. Inne symptomy choroby obejmują m.in. powstawanie potu o nadmiernym stężeniu soli oraz bezpłodność. W chwili obecnej CF uznawana jest za chorobę nieuleczalną, lecz najnowszy lek, nazwany VX-770, ma szansę zmienić tę sytuację. VX-770 to doustne tabletki, przechodzące obecnie drugą fazę testów klinicznych w amerykańskich szpitalach. Oznacza to, że rozpoczęto badania skuteczności tego leku (pierwsza faza badań ma za zadanie głównie sprawdzenie bezpieczeństwa leku) na stosunkowo niedużej grupie chorych. Wyniki są jednak obiecujące, co daje nadzieję na przyznanie twórcom leku, firmie Vertex Inc., prawa do rozpoczęcia badań na większej grupie chorych. Pacjenci przyjmujący nowy lek wykazywali znaczne polepszenie stanu zdrowia już po czternastu dniach terapii. Stwierdzono u nich zarówno poprawę funkcji płuc, jak i korzystną zmianę stężenia jonów chlorkowych w pocie. Oznacza to, że substancja najprawdopodobniej koryguje wadliwe funkcjonowanie białka CFTR, którego upośledzona praca jest przyczyną mukowiscydozy. Warto zaznaczyć, że jest to pierwsze lekarstwo zdolne do efektywnej poprawy składu chemicznego potu. Dr Robert J. Beall, prezes amerykańskiej Cystic Fibrosis Foundation (filantropijnej fundacji zajmującej się problemami chorych na zwłóknienie torbielowate), jest pod wrażeniem wyników: Wczesne wyniki są niezwykle silnym poparciem naszej hipotezy - sugerują, że niewielkie cząsteczki są w stanie poprawiać funkcjonowanie takiego białka i w ten sposób poprawiać stan kliniczny chorych na CF. Udostępnione niedawno wyniki badań nad VX-770 to najlepsze wyniki osiągnięte do tej pory przez jakikolwiek lek w drugiej fazie testów klinicznych. Dodają nam pewności, że obrana przez nas strategia jest słuszna. Historia leku zaczęła się w roku 1998. We współpracy z firmą Aurora Biosciences (zakupioną trzy lata później przez Vertex) fundacja rozpoczęła poszukiwania związków, które są w stanie poprawiać funkcjonowanie wadliwego transportera jonów chlorkowych. Aby tego dokonać, wybrano wariant proteiny o ściśle określonym defekcie, a następnie zsyntetyzowano substancje potencjalnie zdolne do naprawy tego uszkodzenia. W kolejnym etapie badań określono skuteczność każdego ze związków z wykorzystaniem metod chemicznych. Od początku projektu Cystic Fibrosis Foundation wydała na jego realizację 79 milionów dolarów, co przyniosło efekty w postaci dwóch substancji mogących stać się w przyszłości skutecznymi lekami przeciw zwłóknieniu torbielowatemu. Jedną z nich jest właśnie VX-770, druga zaś została nazwana VX-809. Łącznie na wszystkie projekty związane z badaniem nowych leków przeciw CF Fundacja wydała oszałamiajacą kwotę trzystu milionów dolarów. Z pewnością nie jest to jednak ostateczna suma, gdyż nawet VX-770, będący na najbardziej zaawansowanym stadium badań z wszystkich potencjalnych lekarstw na tę chorobę, wymaga jeszcze wielu żmudnych analiz. Kolejne etapy testów nowatorskiego środka są planowane na drugi kwartał bieżącego roku. Będą one miały na celu określenie zarówno skuteczności, jak i bezpieczeństwa w przypadku długotrwałej terapii. Stawka jest bardzo wysoka, gdyż dziś mediana przeżycia (tj. wiek, którego dożywa 50% chorych) wśród osób cierpiących na CF to zaledwie 37 lat. Z drugiej jednak strony jest to poprawa o 100% w stosunku do stanu sprzed ćwierć wieku. Czy produkowany przez firmę Vertex lek stanie się przełomem? Tego dowiemy się prawdopodobnie za kilka lat.

Zamiłowanie mieszkańców Kraju Kwitnącej Wiśni do miniaturyzacji jest znane w całym świecie. Wszystko wskazuje jednak na to, że nawet najmniejsze japońskie zegarki nie dorównują temu, który sami Japończycy odkryli niedawno... w komórce prymitywnej bakterii gatunku Synechococcus elongatus. Dzięki złożonemu z zaledwie kilku białek mechanizmowi bakteria steruje rytmem dobowym własnego życia. Jest to najprostszy odkryty dotąd zegar biologiczny i jednocześnie jedyny, którego pracę udało się zaobserwować na poziomie pojedynczych białek. Bakteria, o której mowa, należy do tzw. cyjanobakterii, występujących pospolicie w zbiornikach wodnych. Jest organizmem samożywnym, zdolnym do fotosyntezy. Szacuje się nawet, że 25% energii wytwarzanej drogą syntezy przez organizmy wodne jest powstaje właśnie dzięki S. elongatus. Nic dziwnego, że bakteria ta jest silnie uzależniona od rytmicznych zmian dnia i nocy. Sercem biologicznego zegara bakterii są trzy białka, nazwane KaiA, KaiB oraz KaiC. Japońscy badacze odkryli, że ostatnie białko podlega cyklicznie reakcji fosforylacji i defosforylacji (przyłączanie i odłączanie reszt kwasu fosforowego). Reakcje te regulują zdolność KaiC do tworzenia kompleksów, zwanych periodosomami (w wolnym tłumaczeniu byłyby to "ciałka okresowe"). Naukowcy zbadali dokładną strukturę powstających periodosomów i w ten sposób stworzyli prawdopodobny model regulacji rytmu dobowego przez bakterię. Dr Shuji Akiyama, główny autor odkrycia, opowiada: Pomimo radykalnego postępu w poznawaniu struktur białkowych, dokładny związek pomiędzy procesem składania i rozkładania, a fosforylacją KaiC nie był do niedawna dobrze znany. Było tak głównie dlatego, że ciężko jest zrozumieć złożone wewnątrzkomórkowe mechanizmy wyłącznie na podstawie statycznych obrazów pojedynczych komponentu zegara. Przełom nastąpił, gdy naukowcy wymyślili sposób na obserwację cząsteczek w czasie rzeczywistym. Aby to umożliwić, użyli techniki prześwietlania wąskimi strumieniami promieniowania X, czyli SAXS (od ang. Small-Angle X-ray Scattering). Dzięki temu zauważyli, że początkowa synchronizacja procesu zachodzi dzięki składaniu i rozbijaniu kompleksu białkowego. Gdy zegar zostanie "ustawiony", zadanie cyklicznej zmiany zachowań białek są zależne od fosforylacji i defosforylacji proteiny KaiC. Od obecności grupy fosforanowej przy białku zależy, czy pozostałe proteiny, czyli KaiA oraz KaiB, będą w stanie utworzyć kompleks razem z białkiem nadającym rytm procesowi. Z kolei cykliczne powstawanie i rozpad kompleksów są dla komórki informacją o upływie czasu. Dotychczas nie został poznany sposób, w jaki bakteria wykorzystuje informację o porze dnia lub nocy. Jest jednak niemal pewne, że utrzymanie tak złożonej maszynerii we własnych komórkach ma dla S. elongatus istotne znaczenie, tak samo, jak ważne jest dla wyższych organizmów.

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine zidentyfikowali pojedynczy aminokwas, odpowiadający za włączanie i wyłączanie genów regulujących zegar biologiczny (Nature). Szef zespołu badawczego, profesor Paolo Sassone-Corsi, zachwyca się precyzyjnością opisywanego mechanizmu. Szacuje się, że zegar biologiczny kontroluje do 15% wszystkich ludzkich genów. Dlatego też zaburzenie rytmów dobowych może oznaczać depresję, bezsenność, nowotwory, choroby serca, a nawet choroby neurodegeneracyjne. Sam zegar biologiczny jest kontrolowany przez geny CLOCK (czyli ZEGAR) oraz BMAL1. Niedawno wykazano, że pojedynczy aminokwas białka kodowanego przez drugi z nich podlega modyfikacji, a następnie uruchamia szereg zmian w aktywności innych genów. W ten sposób są regulowane rytmy dobowe. Gdy z jakiegoś powodu modyfikacja nie może zostać przeprowadzona lub coś ją zakłóca, mechanizm przełączający nie działa prawidłowo i wszystko zaczyna szwankować. Obecnie trwają testy przeciwciał, które wpływałyby na opisywany aminokwas. Gdyby zakończyły się pozytywnie, można by zindywidualizować leczenie zaburzeń snu. Mimo że wyróżnia się 89 ich rodzajów, wszystkie są leczone bardzo podobnie. Wykorzystuje się do tego celu benzodiazepiny, które wpływają na neurony GABA-ergiczne. GABA (kwas γ-aminomasłowy) jest jednym z neuroprzekaźników.

Cierpisz na przewlekłe biegunki, bóle brzucha i krwawienia? Być może wszystkiemu winne jest mleko... Naukowcy z Uniwersytetu w Liverpoolu odkryli, że bakterie Mycobacterium paratuberculosis wydzielają związek, który powstrzymuje komórki układu odpornościowego od zabijania E. coli. Skądinąd wiadomo, że E. coli są obecne w zwiększonej liczbie w tkankach osób z chorobą Crohna (Gastroenterology). Pacjentów tych cechuje również obniżona zdolność zwalczania bakterii jelitowych. Badacze przypuszczają, że Mycobacterium dostają się do organizmu człowieka wraz z mlekiem i nabiałem. U bydła wywoływana przez nie przypadłość jest nazywana paratuberkulozą. Do tej pory nie wiedziano, w jaki sposób mogą one doprowadzać do stanu zapalnego przewodu pokarmowego u ludzi. Mycobacterium paratuberculosis znajdowano w tkankach osób z chorobą Crohna, kontrowersje wzbudzała jednak spełniana przez nie rola. Teraz wykazaliśmy, że wydzielają złożoną cząsteczkę zawierającą cukier zwany mannozą. Nie dopuszcza ona, by białe krwinki, makrofagi, zabiły E. coli – wyjaśnia profesor Jon Rhodes. Odkryliśmy także, że bakteria ta z dużym prawdopodobieństwem uruchamia krążenie przeciwciał ASCA, które wykrywa się u ok. 2/3 pacjentów z chorobą Crohna. Sugeruje to, że mogą być zakażeni mykobakteriami.

Nowotwór płuc to największy zabójca wśród nowotworów. Jedną z głównych przyczyn tego stanu rzeczy jest fakt, że we wczesnych stadiach przebiega on niemal bezobjawowo, generalnie wykrywany jest więc późno. Amerykańska firma Panacea Pharmaceuticals poinformowała właśnie, że znalazła sposób na wykrywanie tego typu nowotworu w bardzo wczesnych stadiach. Okazuje się, że w krwi 99% chorych występuje pewne białko, którego próżno szukać u zdrowych. Proteiny tej jest na tyle dużo, iż można ją wykrywać. Panacea Pharmaceuticals opracowało już odpowiednie testy i dały one bardzo obiecujące rezultaty. David Carbone, dyrektor Centrum Badań nad Nowotworami Uniwersytetu Vanderbilta zauważa, iż rak płuc to jedyny nowotwór, dla którego nie istnieją dopuszczone na rynek testy. Tymczasem wiadomo, że w przypadku palaczy i byłych palaczy ryzyko zachorowania jest od 10 do 50 razy większe, niż wśród osób zdrowych. Brak testu powoduje, iż w grupach ryzyka nie można wcześnie wykrywać choroby. Stosuje się co prawda tomografię komputerową do badania pacjentów nie wykazujących żadnych objawów, ale w wielu przypadkach badanie daje nieprawdziwe pozytywne wyniki co oznacza, że zdrowe osoby poddawane są biopsji i innym ryzykownym procedurom. Z tego powodu, jak mówi Carbone, aż 20% osób, którym usunięto część płuca z powodu podejrzenia nowotworu, w rzeczywistości nie chorowało. To pokazuje, jak bardzo potrzebne są wiarygodne testy, które pozwolą zweryfikować wyniki innych badań. Mark Semenuk, główny naukowiec Panacea Pharmaceuticals informuje, że we krwi chorych występuje proteina HAAH. Jest ona wykrywalna już na najwcześniejszym etapie rozwoju nowotworu, a można tego dokonać za pomocą obecnie stosowanych technik. HAAH jako biomarkerem nowotworu jako pierwszy zainteresował się Jack Wands, dyrektor Live Research Center w Brown Medical School, który jest konsultantem w Panacea. Bada on tę proteinę od sześciu lat. HAAH jest produkowana przez zdrowe komórki ludzkiego ciała i nie trafia do krwi. Jednak komórki nowotworowe niosą HAAH na swojej powierzchni i uwalniają ją do krwi. Wands odkrył, że HAAH zwiększa mobilność komórek, pozwalając nowotworowi na rozprzestrzenianie się. HAAH, jak stwierdził Wand, odgrywa podobną rolę w rozwoju raka mózgu, nerek, prostaty i przewodu pokarmowego. Naukowiec uważa, że osoby, w których krwi odkryte zostanie HAAH powinny być poddane dalszym badaniom na obecność nowotworu. Panacea Pharmaceuticals pracuje też nad lekarstwem, które zwalcza HAAH. Już w tej chwili firma posiada licencję na przeciwciało, które powoduje, iż system odpornościowy zaczyna zwalczać komórki nowotworowe z HAAH. Wstępne badania na myszach chorujących na nowotwory, podczas których wydzielana jest proteina, dały dobre wyniki. Obecnie trwają poszukiwania ochotników do testów klinicznych. Metoda opracowana przez Panacea wydaje się szczególnie obiecująca w przypadku tych nowotworów, których leczenie jest wyjątkowo trudne.

Skoliozę rozpoznaje się od czasów Hipokratesa, jednak dopiero teraz amerykańscy lekarze odnaleźli odpowiadający za nią gen. CHD7 to wspólne odkrycie badaczy z 4 centrów naukowych: 3 uniwersytetów i jednego szpitala dziecięcego. Artykuł na ten temat ukazał się w majowym numerze pisma American Journal of Human Genetics. Na szczęście zaczynamy rozumieć etapy, za pośrednictwem których gen wpływa na rozwój kręgosłupa. Jeśli zrozumiemy genetyczne podstawy schorzenia, teoretycznie będziemy mogli przewidzieć, u kogo wystąpi skolioza i rozpocząć interwencję lekarską, zanim powstanie deformacja. Osiągnięcie tych celów może zająć lata, ale sądzę, że tak się w końcu stanie – wyjaśnia dr Anne Bowcock. Naukowcy badali rolę CHD7 w powstawaniu skoliozy idiopatycznej, w przypadku której nie udawało się zidentyfikować widocznej przyczyny. To najczęstsza postać skoliozy, występująca u skądinąd zdrowych dzieci. Deformacja powstaje przeważnie w czasie pokwitaniowego skoku wzrostu. Wiadomo było, że skolioza jest chorobą dziedziczną, ponieważ występuje rodzinnie. Problem polegał na tym, że na jej pojawienie się wpływało kilka genów i czynniki środowiskowe. Po pierwszym odkryciu naukowcy mają jednak nadzieję, że szybko natrafią na ślad pozostałych genów. Gen CHD7 odgrywa ważną rolę w wielu podstawowych funkcjach komórki. Lekarze zainteresowali się nim wtedy, kiedy zorientowano się, że nie mają go (albo jego działanie jest silnie zaburzone) dzieci z rzadkim zespołem CHARGE. Najczęściej umierają one we wczesnym niemowlęctwie, a jeśli przeżyją, zmagają się z wadami serca, upośledzeniem umysłowym, chorobami układu moczowo-płciowego, nieprawidłowościami budowy ucha i głuchotą oraz wieloma innymi ułomnościami. Co jednak najważniejsze, pojawia się u nich skolioza o późnym początku. Na tej podstawie naukowcy zaczęli przypuszczać, że łagodniejsze mutacje mogą być zaangażowane w inne rodzaje skoliozy. Zespół pod przewodnictwem dr Carol Wise ze Scottish Rite Hospital zebrał dane z 52 rodzin. Warunek uczestnictwa w badaniach: przynajmniej dwie osoby w rodzinie, u których zdiagnozowano boczne skrzywienie kręgosłupa. Jedna osoba to pacjent szpitala, druga to przedstawiciel wcześniejszego pokolenia. Średnio krzywizna kręgosłupa wynosiła 40 stopni. Dzieci były zdrowe, wykluczono u nich m.in zespół Marfana oraz porażenie mózgowe, gdyż skolioza jest także typowa dla tych jednostek chorobowych. Następnie analizowano genom wszystkich uwzględnionych osób. Okazało się, że u pacjentów ze skoliozą często występowała wada w niekodującym regionie genu, co oznacza, że nie wpływało to na wytwarzanie białka CHD7. Specjaliści spekulują, że defekt ten może wpływać na przyłączanie się cząsteczek, które kontrolują włączenie/wyłączenie genu. W takim przypadku CHD7 byłby wyłączony częściej niż powinien, a w konsekwencji powstawałoby za mało kodowanego tu białka.

Koty mogą cierpieć na charakterystyczną dla swojego gatunku postać choroby Alzheimera — ujawnili badacze z Uniwersytetu w Edynburgu. Studium starzejących się kotów pomogło zidentyfikować białko, które odkłada się w neuronach i powoduje stopniową (przypominającą ludzką) deteriorację. Eksperymenty były prowadzone przez naukowców z 4 uniwersytetów: w Edynburgu, St. Andrews, Bristolu oraz Kalifornii. Dr Danielle Gunn-Moore z pierwszej z wymienionych placówek powiedziała: Wiedzieliśmy od dawna, że u kotów występuje demencja, ale nasze badanie pokazało, że układ nerwowy zostaje uszkodzony.

Naukowcy pracujący pod kierunkiem Jorge Dubcovsky’ego z University of California znaleźli sposób na zwiększenie ilości białka, cynku i żelaza w ziarnach pszenicy. Może to pomóc w zwalczeniu problemów związanych z niedożywieniem, z którymi borykają się miliony ludzi na świecie. Naukowcy odnaleźli gen, który w dziko rosnących ziarnach odpowiada za zwiększenie ich wartości odżywczych. Z nieznanych przyczyn gen ten stał się nieaktywny u udomowionych gatunków. Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) ocenia, że 2 miliardy osób otrzymuje zbyt mało cynku i żelaza w codziennej diecie, a ponad 160 milionów dzieci w wieku poniżej 5. roku życia spożywa zbyt mało białka. Uczonym udało się, za pomocą konwencjonalnych metod krzyżowania gatunków udomowionych z dzikim, uaktywnić wspomniany gen i zwiększyć ilość żelaza, cynku i białka. Wśród uczonych, którzy pracowali nad pszenicą, byli naukowcy z amerykańskiego Departamentu Rolnictwa i Uniwersytetu w Hajfie. Co ważne, zwiększenie wartości odżywczych nie pociągnęło za sobą zmiany smaku pszenicy. Uruchomiony gen spowodował ponadto szybsze dojrzewanie ziaren. W makaronach i chlebie, które zostały wyprodukowane z takiej pszenicy znajdowało się od 10 do 15 procent więcej białka i mikroelementów. Nie zmodyfikowaliśmy genetycznie pszenicy. Ta udomowiona idealnie skrzyżowała się z dziką – powiedział Dubcovsky. Jest to o tyle ważne, że genetycznie modyfikowana żywność powoduje liczne kontrowersje i nie jest dopuszczona na rynki wielu krajów.

Bawełna kojarzy się raczej z przyjemnymi w dotyku ubraniami czy tekstyliami obecnymi w domach, ale wkrótce stanie się może także bogatym źródłem pożywienia. Zwykła bawełna jest dla ludzi niejadalna, ponieważ w jej skład wchodzi gossypol. Karmi się nią np. bydło, które lepiej toleruje toksynę. Naukowcy z Texas A&M University stworzyli zmodyfikowaną genetycznie bawełnę, której nasiona zawierają bardzo mało (lub wcale) gossypolu. Stałyby się one źródłem białka dla milionów głodujących ludzi. Wysiłki Amerykanów opisano we wtorkowym wydaniu magazynu Proceedings of the National Academy of Sciences. Keerti Rathore z Institute for Plant Genomics and Biotechnology podkreśla, że gossypol nadal występuje w liściach i łodygach zmodyfikowanych roślin, by mogły się one bronić przed atakami owadów. Zmniejszono jego stężenie jedynie w nasionach. Wcześniej nierozważnie usunięto go ze wszystkich części roślin, które zostały zniszczone przez różne gatunki insektów. Na całym świecie rocznie produkuje się 44 mln ton bawełny. Uprawia się ją w 80 krajach. Dwadzieścia trzy procent nasion to białka — wylicza Rathore. Wyciska się z nich olej, a pozostałości przeznacza na paszę dla zwierząt. Po wyeliminowaniu gossypolu nasiona można by mleć na mąkę i używać jej do gotowania. Rathore mówi, że nie próbował bawełnianej mąki, ale inni badacze tak i twierdzili, że jest smaczna. Naukowcy oceniający prace genetyków z Teksasu podkreślają, że należy sprawdzić, czy modyfikacja eliminująca gossypol jest stabilna (nie zanika w następnych pokoleniach). Warto się też zastanowić, jak przełamać ludzki lęk przed żywnością modyfikowaną genetycznie. Wielu ekspertów uważa, że dla rolników z Afryki Zachodniej, którzy i tak obsadzają swoje pola bawełną, uprawianie odmiany z nasionami jadalnymi zarówno dla ludzi, jak i dla zwierząt byłoby czymś naprawdę korzystnym.