captcha image

Hasło zostanie wysłane na twojego e-maila.

Nobla 2018 otrzymali Frances Arnold oraz George Smith i Gregory Winter za wykorzystanie mechanizmów ewolucji do wytwarzania potrzebnych człowiekowi enzymów oraz opracowanie mechanizmu prezentacji fagowej stosowanej przy wytwarzaniu leków

Nagroda Nobla z chemii została w tym roku przyznana za bardzo praktyczne rozwiązania. To metody, które wykorzystują sterowane przez człowieka mechanizmy ewolucji do wytwarzania takich białek, które najlepiej sprawdzą się w zastosowaniach laboratoryjnych i przemysłowych, a także służą ochronie środowiska.

Połowę nagrody otrzyma Frances Arnold, drugą połową podzielą się pozostali dwaj laureaci.

Przyznanie nagrody Nobla z chemii za mechanizmy ewolucyjne może wydawać się zaskakujące, ale przecież to właśnie dzięki działaniu ewolucji organizmy radzą sobie z prowadzeniem skomplikowanych biochemicznych procesów. Począwszy od pozyskiwania energii ze środowiska przez dostosowywanie się do ekstremalnych warunków aż po zaawansowane rozwiązania służące na przykład supermocnemu mocowaniu się małży do podłoża. No po prostu czysta chemia wykorzystana przez ewolucję.

Jak zrobić dobry enzym?

Nagrodzona w tym roku Frances Arnold w latach 90. pracowała nad enzymami – bardzo złożonymi białkami, które katalizują reakcje. Bez nich wiele reakcji chemicznych w żywych organizmach przebiegałoby tak wolno, że życie nie mogłoby istnieć. Jednak enzymy są niezwykle skomplikowane. Składają się na nie aminokwasy, które mogą tworzyć ogromną liczbę kombinacji dających złożone struktury przestrzenne.

Modyfikowanie enzymów jest technicznie dość proste – wystarczy zmienić kod DNA, w którym zapisane są te struktury. Problem w tym, że nie wiemy, jak zmienić enzym, by działał skutecznie w sposób, którego potrzebujemy. Frances Arnold postanowiła porzucić robienie tego “na oko” i wykorzystała mechanizmy ewolucji. W badanym przez siebie enzymie, subtylizynie, wprowadzała losowe zmiany, a następnie wprowadzała zmutowane geny do bakterii i sprawdzała, jak działają różne warianty enzymu. W ten sposób udało jej się uzyskać zmodyfikowaną wersję subtylizyny, która w pożądanych przez badaczkę warunkach działała 256 razy skuteczniej, niż oryginalny enzym.

Opracowana przez Arnold metoda znalazła szerokie zastosowanie – dziś wykorzystuje się ją do produkcji biopaliw, leków i wielu innych potrzebnych człowiekowi substancji. Co ważne, wykorzystanie stworzonych przez sterowaną ewolucję enzymów pozwoliło ograniczyć wykorzystanie szkodliwych dla środowiska metod, które były wcześniej niezbędne do uzyskania pożądanych rezultatów.

Od fagów do leków

George Smith wykorzystał w swoich badaniach bakteriofagi – proste wirusy składające się z otoczki białkowej chroniącej zamknięte wewnątrz DNA. Bakteriofagi atakują bakterie wstrzykując do środka DNA i przejmując kontrolę nad metabolizmem komórki. Zakażona bakteria zaczyna produkować kopie wirusa.

Smith wymyślił metodę, która pozwoliła wykorzystać mechanizmy działania bakteriofagów do znajdowania sekwencji DNA kodujących określone białka. Zmodyfikowane fagi “prezentowały” na swoich osłonkach białka, co pozwalało na wychwycenie ich przy pomocy przeciwciał. Metoda ta zwana jest prezentacją fagową.

Jego wynalazek wykorzystał Gregory Winter, który na powierzchni fagów zaczął umieszczać przeciwciała. I tu znowu pojawia się sterowana ewolucja – metoda Wintera pozwalała bowiem dobierać najlepiej działające, a więc najskuteczniej wiążące się przeciwciała. W ten sposób udało się opracować przeciwciała, które szczególnie skutecznie wiążą się na przykład ze zmienionymi nowotworowo komórkami.

Wspólne odkrycia Smitha i Wintera pozwoliły wyprodukować leki skuteczniej walczące z nowotworami, chorobami autoimmunologicznymi czy neutralizujące toksyny.

Frances Hamilton Arnold jest Amerykanką, pionierką metod mających na celu ukierunkowanie ewolucji na tworzenie pożądanych struktur biologicznych, w tym enzymów, szlaków metabolicznych czy organizmów. Związana była z Uniwersytetem w Princeton oraz Uniwersytetem Kalifornijskim w Berkeley. Obecnie pracuje w California Institute of Technology (Caltech), gdzie zajmuje się badaniami z dziedziny chemii biofizycznej, w tym zastosowaniem ewolucji w nauce, medycynie, przemyśle chemicznym i energetyce.

George P. Smith jest amerykańskim naukowcem, który opracował metodę znaną pod nazwą prezentacji fagowej, dzięki której bakteriofag – wirus infekujący bakterie – może zostać wykorzystany do opracowania nowych białek. Doktorat obronił na Uniwersytecie Harvarda, a następnie związał się z University of Wisconsin i przejściowo z Duke University. Finalnie osiadł na University of Missouri-Columbia, gdzie obecnie piastuje funkcję profesora emerytowanego.

Sir Gregory Winter jest brytyjskim biochemikiem, który zasłynął badaniami nad terapeutycznymi zastosowaniami przeciwciał monoklonalnych. Jego zasługą jest wykorzystanie wynalezionej przez George’a P. Smitha metody prezentacji fagowej do wytwarzania nowych farmaceutyków. Dzięki tej technice można wykorzystywać przeciwciała do neutralizowania toksyn, przeciwdziałania chorobom autoimmunologicznym i leczenia rozsianych nowotworów. Sir Winter był zastępcą dyrektora Laboratorium Biologii Molekularnej w Medical Research Council (MRC) w Wielkiej Brytanii. Od wielu lat związany jest z Uniwersytetem w Cambridge, gdzie prowadzi badania z zakresu biologii molekularnej i inżynierii genetycznej. Piastuje zaszczytną funkcję rektora Trinity College Uniwersytetu w Cambridge. Stworzył Cambridge Antibody Technology, firmę biotechnologiczną zajmującą się wytwarzaniem leków opartych na przeciwciałach.

 

 

Nobel 2018 z chemii za zaprzęgnięcie ewolucji do działania na korzyść ludzi
Podoba się? Oceń!

Czego u nas szukaliście?

Nie ma więcej wpisów