24 listopada 2009

Nobel za Fausta

Fausta, jak wiadomo, napisał Goethe, ale umarł za wcześnie, aby dostać Nagrodę Nobla. Mit Fausta, (który jako pierwowzór był zresztą rzeczywiście istniejącą osobą) sprowadzał się do przedstawienia następstw sytuacji, w której człowiek się nie starzeje i nie umiera. Ta historia doprowadza nas do pytań: dlaczego musimy się starzeć i umierać, i skąd się to w ogóle wzięło?
Paradoksalnie, śmierć pojedynczych organizmów wielokomórkowych jest potrzebna do kontynuacji Życia jako ogółu tych organizmów. Dlatego że Życie, żeby przeżyć, musi generować różnorodność. Różnorodność organizmów jest potrzebna po to, aby zmniejszyć ryzyko, że jakiś pojedynczy czynnik zniszczy je wszystkie. Jeżeli np. wszystkie organizmy byłyby wrażliwe na tę samą temperaturę, np. 70 stopni, to jednorazowa zwyżka temperatury wyeliminowałaby życie. Ta różnorodność jest więc swoistą Arką Noego.
Bakterie i część pojedynczych komórek organizmów wielokomórkowych nie umierają. Kiedy dojrzeją, dzielą się na dwie i każda komórka potomna zaczyna nowe życie. Bakterie mogą to robić nawet co dwadzieścia minut. Bakterie generują różnorodność dzięki mutacjom. Organizmy wielokomórkowe (do których zalicza się człowiek), nie mogą zakończyć życia podziałem na dwa organizmy. Organizmy wielokomórkowe również wykorzystują mutacje do generowania różnorodności (i w ten sposób w ciągu milionów lat powstały różne gatunki). Ale perspektywa zmian w ciągu milionów, setek tysięcy czy dziesiątków tysięcy lat jest dla organizmów wielokomórkowych zbyt odległa. Niekorzystne zmiany środowiska występują znacznie wcześniej i znacznie częściej. Potrzebny był mechanizm, który będzie generował różnorodność znacznie szybciej. I wtedy pojawił się mechanizm drugi: mechanizm płci. Ten mechanizm polega na tym, że każda informacja w obrębie genomu (czyli każdy gen) jest zdublowana, przy czym może występować
w różnych wersjach, (co nazywa się heterozygotycznością). W procesie generowania nowego organizmu te dwie wersje się rozdzielają i są kojarzone z kolejnymi dwiema wersjami pochodzącymi od drugiego rodzica. Każda informacja może więc występować w czterech wersjach
i istnieją cztery możliwości skojarzenia tych wersji po dwie. Dotyczy to wszystkich informacji zawartych w naszym genomie, przy czym pakiety wersji są zblokowane w tworach zwanych chromosomami i to te twory są oddzielnie kojarzone. Liczba możliwych różnorodności będzie zatem zależna od liczby chromosomów i dla każdej pary tych chromosomów będzie wynosiła 4, przy czym już dla dwóch chromosomów łączna liczba kombinacji będzie wynosić 16. Oznacza to, że dowolna para rodzaju ludzkiego: kobieta i mężczyzna, z których każde ma po 23 pary chromosomów, może wygenerować 423 różnego genetycznie potomstwa.
Tak naprawdę pojedyncze organizmy wielokomórkowe (w tym ludzie) tylko po to żyją. Kiedy już wytworzą nowe życie, przestają być potrzebne i jako osobniki zbędne populacji powinny umrzeć. To, że osobniki naszego gatunku żyją dłużej, zawdzięczamy nieporadności naszych dzieci po urodzeniu. Musimy żyć, aby je odchować, co najmniej do czasu, aż one się będą w stanie rozmnożyć i odchować z kolei swoje potomstwo. Tak, w skrócie i w uproszczeniu, wyglądają najważniejsze problemy naszego wielokomórkowego życia, ale oczywiście pojawia się następne pytanie: jakie mechanizmy i jakie struktury na poziomie pojedynczych komórek zapewniają, że tak się będzie dziać?
Odpowiedź zaczęła się konkretyzować dość dawno temu, kiedy na początku lat sześćdziesiątych ubiegłego wieku Leonard Hayflick hodując komórki in vitro, odkrył, że w przypadku normalnych ludzkich komórek (chodziło o komórki, które dzisiaj określilibyśmy jako komórki macierzyste) nie można tego kontynuować w nieskończoność, a jedynie przez około 50 podziałów. Po wyczerpaniu tej liczby komórki przestawały się dzielić i umierały. Nie dotyczyło to jednak komórek nowotworowych, które żyły sobie nadal.
Odkrycia tegorocznych Noblistów, profesorów Elizabeth H. Blackburn, Carol W. Greider i Jacka W. Szostaka przybliżyły nas do odpowiedzi: dlaczego? Otóż okazało się, że w trakcie kolejnych podziałów ulegają skróceniu końce poszczególnych chromosomów, tzw. telomery. Aby było ciekawiej, naukowcy nie badali człowieka ani nawet ludzkich komórek. Nie badali nawet organizmów wielokomórkowych. Naukowcy badali pierwotniaki i drożdże. To bardzo częsta w nauce sytuacja, kiedy odpowiedzi na pytania fundamentalne szuka się, badając możliwie najprostsze organizmy. Ale tłumacząc te osiągnięcia na sytuację komórek ludzkich, dochodzimy do wniosku, że po mniej więcej 50 podziałach to skrócenie telomerów jest już tak poważne, że komórka nie może się dalej dzielić i musi zakończyć życie nie przez podział, a przez śmierć. Te 50 podziałów to około 120 lat biologicznie możliwego ludzkiego życia, z których obecnie przeciętnie wykorzystujmy około 2/3, czyli 80 lat.
Normalnie jest tylko jeden wyjątek od skracania telomerów. Ten wyjątek stanowią komórki rozrodcze. Mają one enzym zwany telomerazą (odkryty właśnie przez Carol W. Greider i Elizabeth H. Blackburn u Tetrahymena: pierwotniaka podobnego do pantofelka). Telomeraza po każdym podziale komórek rozrodczych odbudowuje telomery, zapewniając komórkom rozrodczym wieczną młodość. Istnienie telomerazy umożliwia więc tworzenie nowego życia z nienaruszonym potencjałem do kolejnych umownych 50 podziałów.
Istnienie telomerazy, a ściślej jej genu, stanowi jednak również potencjalne śmiertelne zagrożenie dla wielokomórkowego organizmu. Normalnie ten gen jest zablokowany we wszystkich komórkach z wyjątkiem rozrodczych, ale w warunkach chorobowych może ulec odblokowaniu w następstwie mutacji. Wtedy komórka, w której to nastąpi, uzyska inne możliwości do swojego indywidualnego życia niż pozostałe komórki danego organizmu. Będzie się mogła rozmnażać ich kosztem, bez uwzględniania interesu organizmu jako całości. Tę sytuację określamy inaczej jako nowotworowe zachowanie się komórki.
Tak więc tegoroczna Nagroda Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny dotyka zagadnień, które są istotą życia i zdrowia. Zagadnień, które są wspólne dla pierwotniaków i ludzi. I dla wszystkich innych organizmów pomiędzy nimi.

Wiesław Wiktor Jędrzejczak
Prof. dr hab. med. Wiesław Wiktor Jędrzejczak, kierownik Katedry Kliniki Hematologii, Onkologii i Chorób Wewnętrznych Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego w Warszawie, Konsultant Krajowy w dziedzinie Hematologii. Laureat
(z 1993 r.) prestiżowej nagrody Fundacji Nauki Polskiej w dziedzinie nauk przyrodniczych i medycznych za prace na temat molekularnych i komórkowych mechanizmów powstawania komórek krwi. Publikuje w najważniejszych światowych pismach naukowych: „Science”, „Journal of Experimental Medicine”, „Blood”, „British Medical Journal”.

Archiwum

Okręgowa Izba Lekarska w Warszawie im. prof. Jana Nielubowicza