Εβδομάδα Νομπέλ αυτή που μόλις πέρασε και τρία ζευγάρια επιστημόνων ανέβηκαν στο ανώτατο σκαλί της επιστημονικής σταδιοδρομίας. Τη Δευτέρα, ο 79χρονος Βρετανός Τζον Γκέρντεν (John Gurdοn) και ο 50χρονος Ιάπωνας Σίνια Γιαμανάκα (Shinya Υamanaka) πληροφορήθηκαν ότι μοιράζονται το εφετινό Νομπέλ Ιατρικής. Καταδεικνύοντας ότι τα κύτταρά μας μπορούν, υπό συγκεκριμένες συνθήκες, να αλλάξουν ταυτότητα, έθεσαν τη θεμέλια λίθο για την αναγεννητική ιατρική που στοχεύει σε θεραπείες βασιζόμενες στη χρήση κυττάρων των ασθενών.
Την Τρίτη, ο 68χρονος Γάλλος Sergre Haroch και ο συνομήλικός του Αμερικανός David Wineland δέχθηκαν το πολυπόθητο τηλεφώνημα από τη Σουηδική Ακαδημία Επιστημών. Τους απονέμεται το εφετινό Νομπέλ Φυσικής για το επιτυχές κυνήγι φωτονίων και ιόντων στο οποίο διέπρεψαν. Οι παγίδες που έστησαν οι δύο επιστήμονες θα άφηναν έκπληκτους ακόμη και τον Αϊνστάιν, τον Σρέντιγκερ και τον Μπορ.
Τέλος, την Τετάρτη δύο αμερικανοί καθηγητές, ο 69χρονος Ρόμπερτ Λέφκοβιτς (Robert J. Lelfkowiz) και ο 57χρονος Μπράιαν Κομπίλκα (Brian K. Kobilka), αν και δεν είναι χημικοί (ο πρώτος είναι καθηγητής Ιατρικής και ο δεύτερος Βιοχημείας), εξεπλάγησαν ευχάριστα με την πληροφορία ότι λαμβάνουν το εφετινό Νομπέλ Χημείας για την «αποκωδικοποίηση των υποδοχέων της πρωτεΐνης G» που έριξε φως στην κυτταρική επικοινωνία.
ΙΑΤΡΙΚΗ
Εκεί που αρχίζει η ζωή
Ολοι περάσαμε από αυτό το στάδιο αλλά κανείς δεν το θυμάται: πρόκειται για την πρώτη στιγμή της προσωπικής ιστορίας μας, τη στιγμή που το σπερματοζωάριο του πατέρα μας γονιμοποίησε το ωάριο της μητέρας μας και πυροδοτήθηκαν οι διαδικασίες που οδήγησαν στη γέννησή μας. Ποιες είναι οι δυνάμεις που ωθούν το γονιμοποιημένο ωάριο να διαιρεθεί για να παραχθούν τα πρώτα κύτταρα; Και πώς από αυτά τα πρώτα κύτταρα που μοιάζουν μεταξύ τους παράγονται τελικά άκρως εξειδικευμένα κύτταρα, όπως είναι τα νευρικά ή τα μυϊκά ή τα κύτταρα του ήπατος;
Φως στα κεντρικά αυτά ερωτήματα της αναπτυξιακής βιολογίας έριξαν, με διαφορά τεσσάρων και πλέον δεκαετιών, οι δύο εφετινοί τιμώμενοι με το βραβείο Νομπέλ Ιατρικής.
Εργαζόμενος με ωάρια βατράχου, τα οποία είναι άφθονα και μεγάλα, ενώ διαθέτουν και το πρόσθετο πλεονέκτημα να γονιμοποιούνται εκτός σώματος, κάτι που χαρίζει αμεσότητα στην παρακολούθηση του πειράματος, ο Gurdon θέλησε να διαπιστώσει την αλήθεια της παραπάνω υπόθεσης. Ετσι, αφού αφαίρεσε από ωάρια βατράχου τους πυρήνες τους, τους αντικατέστησε με πυρήνες από κύτταρα του εντερικού επιθηλίου των αμφιβίων. Η γέννηση γυρίνων από τα ωάρια αυτά έδειξε στον νεαρό φοιτητή ότι η υπόθεση δεν έστεκε: τα εξειδικευμένα κύτταρα διατηρούσαν το σύνολο του γενετικού υλικού τους παρά το γεγονός ότι αξιοποιούσαν μόνο ένα μέρος του. Παράλληλα διαπιστώθηκε ότι το ωάριο κατείχε μια ζωοποιό δύναμη, ικανή να κάνει τον πυρήνα του εξειδικευμένου κυττάρου να «ξεχάσει» τις εντολές που είχε και να επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση, σε αυτήν όπου το σύνολο του DNA είναι διαθέσιμο.
Ολα αυτά έγιναν στα τέλη της δεκαετίας του 1950 και στις αρχές της δεκαετίας του 1960. Και ενώ ο Gurdon και οι συνεργάτες του μελετούσαν (επιτυχώς!) τους παράγοντες που καθορίζουν την ταυτότητα των κυττάρων στο αναπτυσσόμενο έμβρυο, για διαφόρους λόγους είχε θεωρηθεί ότι, σε αντίθεση με ό,τι συνέβαινε στα αμφίβια, οι πυρήνες των κυττάρων των θηλαστικών δεν θα ήταν εξίσου δεκτικοί στις εντολές του ωαρίου.
Η γέννηση της Ντόλι, του πρώτου κλωνοποιημένου θηλαστικού, κατέρριψε την παραπάνω άποψη και άνοιξε τον δρόμο για την εργασία του έτερου εφετινού τιμωμένου, του Shinya Yamanaka. Ο γεννημένος στην Οσάκα της Ιαπωνίας Yamanaka αναζήτησε τις ζωογόνες εκείνες δυνάμεις που καθιστούν τα αρχικά εμβρυϊκά κύτταρα βλαστικά: ικανά, δηλαδή, να διατηρούνται στην αδιαφοροποίητη κατάσταση που τους επιτρέπει αφενός να λειτουργούν ως πηγή κυττάρων και αφετέρου, υπό συγκεκριμένες συνθήκες, να διαφοροποιούνται προς όλους τους κυτταρικούς τύπους.
Εκεί που αρχίζει η ζωή
Ολοι περάσαμε από αυτό το στάδιο αλλά κανείς δεν το θυμάται: πρόκειται για την πρώτη στιγμή της προσωπικής ιστορίας μας, τη στιγμή που το σπερματοζωάριο του πατέρα μας γονιμοποίησε το ωάριο της μητέρας μας και πυροδοτήθηκαν οι διαδικασίες που οδήγησαν στη γέννησή μας. Ποιες είναι οι δυνάμεις που ωθούν το γονιμοποιημένο ωάριο να διαιρεθεί για να παραχθούν τα πρώτα κύτταρα; Και πώς από αυτά τα πρώτα κύτταρα που μοιάζουν μεταξύ τους παράγονται τελικά άκρως εξειδικευμένα κύτταρα, όπως είναι τα νευρικά ή τα μυϊκά ή τα κύτταρα του ήπατος;
Φως στα κεντρικά αυτά ερωτήματα της αναπτυξιακής βιολογίας έριξαν, με διαφορά τεσσάρων και πλέον δεκαετιών, οι δύο εφετινοί τιμώμενοι με το βραβείο Νομπέλ Ιατρικής.
Εργαζόμενος με ωάρια βατράχου, τα οποία είναι άφθονα και μεγάλα, ενώ διαθέτουν και το πρόσθετο πλεονέκτημα να γονιμοποιούνται εκτός σώματος, κάτι που χαρίζει αμεσότητα στην παρακολούθηση του πειράματος, ο Gurdon θέλησε να διαπιστώσει την αλήθεια της παραπάνω υπόθεσης. Ετσι, αφού αφαίρεσε από ωάρια βατράχου τους πυρήνες τους, τους αντικατέστησε με πυρήνες από κύτταρα του εντερικού επιθηλίου των αμφιβίων. Η γέννηση γυρίνων από τα ωάρια αυτά έδειξε στον νεαρό φοιτητή ότι η υπόθεση δεν έστεκε: τα εξειδικευμένα κύτταρα διατηρούσαν το σύνολο του γενετικού υλικού τους παρά το γεγονός ότι αξιοποιούσαν μόνο ένα μέρος του. Παράλληλα διαπιστώθηκε ότι το ωάριο κατείχε μια ζωοποιό δύναμη, ικανή να κάνει τον πυρήνα του εξειδικευμένου κυττάρου να «ξεχάσει» τις εντολές που είχε και να επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση, σε αυτήν όπου το σύνολο του DNA είναι διαθέσιμο.
Ολα αυτά έγιναν στα τέλη της δεκαετίας του 1950 και στις αρχές της δεκαετίας του 1960. Και ενώ ο Gurdon και οι συνεργάτες του μελετούσαν (επιτυχώς!) τους παράγοντες που καθορίζουν την ταυτότητα των κυττάρων στο αναπτυσσόμενο έμβρυο, για διαφόρους λόγους είχε θεωρηθεί ότι, σε αντίθεση με ό,τι συνέβαινε στα αμφίβια, οι πυρήνες των κυττάρων των θηλαστικών δεν θα ήταν εξίσου δεκτικοί στις εντολές του ωαρίου.
Η γέννηση της Ντόλι, του πρώτου κλωνοποιημένου θηλαστικού, κατέρριψε την παραπάνω άποψη και άνοιξε τον δρόμο για την εργασία του έτερου εφετινού τιμωμένου, του Shinya Yamanaka. Ο γεννημένος στην Οσάκα της Ιαπωνίας Yamanaka αναζήτησε τις ζωογόνες εκείνες δυνάμεις που καθιστούν τα αρχικά εμβρυϊκά κύτταρα βλαστικά: ικανά, δηλαδή, να διατηρούνται στην αδιαφοροποίητη κατάσταση που τους επιτρέπει αφενός να λειτουργούν ως πηγή κυττάρων και αφετέρου, υπό συγκεκριμένες συνθήκες, να διαφοροποιούνται προς όλους τους κυτταρικούς τύπους.
ΦΥΣΙΚΗ
Δαμάζοντας τον μικρόκοσμο
Οι δύο φυσικοί που βραβεύθηκαν αυτή τη χρονιά έχουν ανοίξει από τη δεκαετία του 1980 την πόρτα του λεγόμενου μικρόκοσμου, δηλαδή των όσων υπάρχουν και κινούνται σε αποστάσεις μικρότερες από τα 10 δισεκατομμυριοστά του μέτρου. Εκεί όπου πρώτα με το μυαλό του είχε εισχωρήσει ο άνθρωπος και εντελώς θεωρητικά είχε διαπιστώσει πως πρέπει να ισχύουν και μερικοί νόμοι πολύ διαφορετικοί από όσους ισχύουν στον δικό μας, τον «μακρόκοσμο» όπως αποκαλείται.
Στον μικρόκοσμο, για παράδειγμα, δεν είναι κάτι αφύσικο να βρίσκεται κάποιος σε δύο διαφορετικές καταστάσεις την ίδια στιγμή. Επίσης η παραμικρή επαφή μπορεί να φέρνει τεράστιες αλλαγές στη συμπεριφορά αυτών που ήλθαν σε επαφή ή αντίθετα κάποια σωματίδια που ήταν σε επαφή ακόμη και όταν βρεθούν αργότερα σε τεράστιες αποστάσεις μεταξύ τους να συμπεριφέρονται σαν να είναι ακόμα σε επαφή και η συμπεριφορά τού ενός να είναι εντελώς προβλέψιμη με βάση τη συμπεριφορά του άλλου, κάτι που μας κάνει να συνειδητοποιήσουμε ότι υπάρχει περίπτωση στον μικρόκοσμο η πληροφορία να διαδίδεται σε χρόνο κυριολεκτικά μηδέν. Είναι η λεγόμενη σύμπλεξη, μια συμπεριφορά εντελώς αποκλειστική των κατοίκων του μικρόκοσμου. Γενικότερα στον μικρόκοσμο οι υπολογισμοί μας γίνονται πιο πολύ με βάση τις πιθανότητες όχι μόνο να συμβεί κάτι, αλλά ακόμη και να υπάρχει. Γι’ αυτό άλλωστε ο Μπορ έλεγε ότι σε ένα τέτοιο σωματίδιο δεν μπορούμε να θεωρήσουμε δεδομένη την ύπαρξή του καν!
Οι εν λόγω υποδοχείς (g-protein coupled receptors στα αγγλικά) είναι μάλλον άγνωστοι στον καθέναν από εμάς, αλλά είναι κυριολεκτικά οι «κλειδοκράτορες των αισθήσεών μας»: σχεδόν κάθε λειτουργία του ανθρώπινου σώματος, από το οπτικό πεδίο και την οσμή ως τον ρυθμό της καρδιάς και τη νευρωνική επικοινωνία, εξαρτάται από το έργο που επιτελούν αυτοί οι υποδοχείς. Φωλιασμένοι στη λιπώδη μεμβράνη που περιβάλλει τα κύτταρα, ανιχνεύουν τις ορμόνες, τις οσμές, τους χημικούς νευροδιαβιβαστές και άλλα σήματα που έρχονται «απ’ έξω» και στη συνέχεια μεταφέρουν τα μηνύματά τους στο εσωτερικό των κυττάρων ενεργοποιώντας κάποιον από τους διάφορους τύπους πρωτεΐνης G. Η πρωτεΐνη αυτή, με τη σειρά της, πυροδοτεί μια πληθώρα άλλων αντιδράσεων στο σώμα μας.Δαμάζοντας τον μικρόκοσμο
Οι δύο φυσικοί που βραβεύθηκαν αυτή τη χρονιά έχουν ανοίξει από τη δεκαετία του 1980 την πόρτα του λεγόμενου μικρόκοσμου, δηλαδή των όσων υπάρχουν και κινούνται σε αποστάσεις μικρότερες από τα 10 δισεκατομμυριοστά του μέτρου. Εκεί όπου πρώτα με το μυαλό του είχε εισχωρήσει ο άνθρωπος και εντελώς θεωρητικά είχε διαπιστώσει πως πρέπει να ισχύουν και μερικοί νόμοι πολύ διαφορετικοί από όσους ισχύουν στον δικό μας, τον «μακρόκοσμο» όπως αποκαλείται.
Στον μικρόκοσμο, για παράδειγμα, δεν είναι κάτι αφύσικο να βρίσκεται κάποιος σε δύο διαφορετικές καταστάσεις την ίδια στιγμή. Επίσης η παραμικρή επαφή μπορεί να φέρνει τεράστιες αλλαγές στη συμπεριφορά αυτών που ήλθαν σε επαφή ή αντίθετα κάποια σωματίδια που ήταν σε επαφή ακόμη και όταν βρεθούν αργότερα σε τεράστιες αποστάσεις μεταξύ τους να συμπεριφέρονται σαν να είναι ακόμα σε επαφή και η συμπεριφορά τού ενός να είναι εντελώς προβλέψιμη με βάση τη συμπεριφορά του άλλου, κάτι που μας κάνει να συνειδητοποιήσουμε ότι υπάρχει περίπτωση στον μικρόκοσμο η πληροφορία να διαδίδεται σε χρόνο κυριολεκτικά μηδέν. Είναι η λεγόμενη σύμπλεξη, μια συμπεριφορά εντελώς αποκλειστική των κατοίκων του μικρόκοσμου. Γενικότερα στον μικρόκοσμο οι υπολογισμοί μας γίνονται πιο πολύ με βάση τις πιθανότητες όχι μόνο να συμβεί κάτι, αλλά ακόμη και να υπάρχει. Γι’ αυτό άλλωστε ο Μπορ έλεγε ότι σε ένα τέτοιο σωματίδιο δεν μπορούμε να θεωρήσουμε δεδομένη την ύπαρξή του καν!
Σε αυτόν λοιπόν τον σχεδόν απαγορευμένο κόσμο κατάφεραν να εισχωρήσουν από διαφορετικές πόρτες και με διαφορετικά εργαλεία, αλλά με την ίδια περίπου δεξιοτεχνία και εφευρετικότητα, οι δύο βραβευμένοι σήμερα φυσικοί. Διότι ακούγεται απλό να κρατάς ανέπαφο ένα φωτόνιο, παγιδευμένο ανάμεσα σε δύο καθρέφτες, για λίγο περισσότερο από ένα δέκατο του δευτερολέπτου (χρόνος που θα του αρκούσε να κάνει μία περιστροφή γύρω από τη Γη), αλλά είναι ένα από τα πιο δύσκολα πράγματα στον κόσμο. Και ακόμη πιο δύσκολο να μπορείς να ξέρεις τι πραγματικά συμβαίνει μέσα σε αυτή την παγίδα όπου το έχεις εγκλωβίσει.
Ο Serge Haroche και η ομάδα του στο Παρίσι κατάφεραν να κατασκευάσουν τους πιο τέλειους ανακλαστικά καθρέφτες στον κόσμο που τους κρατούν σε μία απόσταση 3 εκατοστών μεταξύ τους, σε θερμοκρασίες πολύ κοντά στο απόλυτο μηδέν (δηλαδή στους -273 βαθμούς Κελσίου). Στη συνέχεια μπορούν να στέλνουν κάποιους τεχνητούς σχηματισμούς που ονομάζονται Ατομα-Rydberg, κάτι σαν πιο ογκώδη τεχνητά άτομα (100 φορές μεγαλύτερα, σε σχήμα… λουκουμά), πολύτιμα εργαλεία της «δουλειάς», μέσα σε αυτή την παγίδα των φωτονίων και να τα περιμένουν στην έξοδο με τους κατάλληλους ανιχνευτές. Χάρη και στο φαινόμενο της σύμπλεξης μπορούν εξετάζοντας την κατάσταση των Ατόμων-Rydberg να αποφαίνονται αν υπήρχαν μέσα στην παγίδα τα τόσο ευαίσθητα από κάθε άποψη φωτόνια και σε τι κατάσταση βρίσκονταν, χωρίς όμως να τους αλλάξουν την κατάσταση.
Η ικανότητα του ανθρώπου να επηρεάζει πλέον σε τέτοιο επίπεδο τόσο μικρά και μεμονωμένα σωματίδια μπορεί να δώσει ακόμη πιο καλούς μετρητές του χρόνου (10.000 πιο ακριβή από τα σημερινά ατομικά ρολόγια καισίου) βελτιώνοντας αφάνταστα συσκευές όπως αυτές του GPS, αλλά και να κάνει τους σημερινούς υπολογιστές μπροστά στους κβαντικούς να μοιάζουν με αριθμητήρια της Α’ Δημοτικού.Ο Serge Haroche και η ομάδα του στο Παρίσι κατάφεραν να κατασκευάσουν τους πιο τέλειους ανακλαστικά καθρέφτες στον κόσμο που τους κρατούν σε μία απόσταση 3 εκατοστών μεταξύ τους, σε θερμοκρασίες πολύ κοντά στο απόλυτο μηδέν (δηλαδή στους -273 βαθμούς Κελσίου). Στη συνέχεια μπορούν να στέλνουν κάποιους τεχνητούς σχηματισμούς που ονομάζονται Ατομα-Rydberg, κάτι σαν πιο ογκώδη τεχνητά άτομα (100 φορές μεγαλύτερα, σε σχήμα… λουκουμά), πολύτιμα εργαλεία της «δουλειάς», μέσα σε αυτή την παγίδα των φωτονίων και να τα περιμένουν στην έξοδο με τους κατάλληλους ανιχνευτές. Χάρη και στο φαινόμενο της σύμπλεξης μπορούν εξετάζοντας την κατάσταση των Ατόμων-Rydberg να αποφαίνονται αν υπήρχαν μέσα στην παγίδα τα τόσο ευαίσθητα από κάθε άποψη φωτόνια και σε τι κατάσταση βρίσκονταν, χωρίς όμως να τους αλλάξουν την κατάσταση.
Λόγω ακριβώς της καταλυτικής για τις αισθήσεις μας δράσης τους οι υποδοχείς αυτοί συνιστούν στόχο σχεδόν των μισών φαρμακευτικών ερευνών που διεξάγονται παγκοσμίως. Αλλά προτού φθάσουμε στην τωρινή πυρετώδη ανάλυση της ατομικής δομής τους και της προσπάθειας κατανόησης αυτού του κεντρικού κυτταρικού συστήματος επικοινωνίας χρειάστηκε ένας πολύχρονος αγώνας εκ μέρους των δύο βραβευθέντων σήμερα ερευνητών.
Η πορεία της έρευνας του Brian Kobilka δεν ήταν διόλου ρόδινη, καθώς δεν έβρισκε εύκολα συνεργάτες. Ο κύριος λόγος της αποστροφής των συναδέλφων του στο αντικείμενο των ερευνών του ήταν η πολυπλοκότητα των πρωτεϊνών και η αδυναμία κρυσταλλικής σταθεροποίησής τους ώστε να μπορούν να προβούν σε ανάλυση της δομής τους μέσω κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ. Μάλιστα το 2001 ο κύριος χρηματοδότης των ερευνών του, το Howard Hughes Medical Institute, του ανακοίνωσε ότι δεν θα του διέθετε πόρους μετά το 2003. Εκείνος όμως επέμεινε στην εργασία του, επέτυχε την κρυσταλλοποίηση και από το 2004 άρχισε να έχει σωρεία νέων ανακαλύψεων στον τομέα των αντισωμάτων. Το 2007 κατόρθωσε να αποκρυπτογραφήσει την πρώτη δομή υψηλής ανάλυσης ενός υποδοχέα ορμόνης και τον Ιανουάριο του 2011 επανέλαβε το επίτευγμα για τον υποδοχέα που ενεργοποιούσε την πρωτεΐνη-G. Τέλος, τον Σεπτέμβριο του 2011 δημοσίευσε τη δομή ενός τέτοιου υποδοχέα τη στιγμή που «άναβε» τη συνδεδεμένη με αυτόν πρωτεΐνη-G (βλ. www.nature.com/nature/journal/v477/n7366/full/nature10361.html). Οπότε το εφετινό Νομπέλ δεν είναι μόνο η μέγιστη επιβράβευση για την καινοτόμο έρευνα των δύο γιατρών-βιοχημικών, αλλά και η μέγιστη δικαίωση για την αφοσίωση του Kobilka στον στόχο του.
πηγή
πηγή
Posted in: επιστήμη
