Denník N

Nobelovu cenu za chémiu dostal výskum mechanizmu opráv DNA

Nobelovu cenu za chémiu 2015 získala trojica vedcov Tomas Lindahl (Švédsko), Paul Modrich (USA) a Aziz Sancar (USA-Turecko) za objav mechanizmu reparácií DNA 7. októbra 2015 v Štokholme. Foto – TASR/AP

Nobelov výbor udelil cenu za chémiu, ocenil výskum mechanizmu opráv DNA. Ak by bunky nemali mechanizmy, ktoré molekuly DNA opravujú, ich život by bol pre veľké množstvo mutácií podstatne kratší. Je dosť možné, že by bez týchto mechanizmov ani neexistoval život.

Každá ľudská bunka v sebe nesie genetickú informáciu. Ide o nukleovú kyselinu uloženú v jadre buniek vo forme dvojzávitnice. DNA každej bunky má po rozmotaní dĺžku asi dva metre. Všetky molekuly DNA nášho tela by dosiahli od Zeme až k Slnku, spolu až 250-krát.

Každá molekula DNA sa skladá z molekúl cukru, fosfátu a zo štyroch rôznych dusíkatých báz – adenínu, guanínu, cytozínu a tymínu. Tie medzi sebou interagujú pomocou vodíkových väzieb. Tým držia dve vlákna DNA pohromade.

Dvojzávitnica DNA na chodbách univerzity v Groningene. FOTO - Martina Hestericová
Dvojzávitnica DNA na chodbách univerzity v Groningene. Foto – Martina Hestericová

DNA je veľmi krehká molekula. Každým dňom je vystavená nebezpečenstvu v podobe UV žiarenia, voľných radikálov, karcinogénov či mutagénov. Všetky tieto vplyvy DNA poškodzujú. K jej poškodeniu dochádza aj počas bunkového delenia, keď sa DNA rozmotáva a kopíruje. Tento proces nastáva denne niekoľko miliónkrát.

Evolúcia potrebuje mutácie, ale iba obmedzené množstvo. Ak by bunky nemali mechanizmy, ktoré molekuly DNA pravidelne a neustále opravujú, ich život by bol pre veľké množstvo mutácií podstatne kratší. Je dosť možné, že by bez týchto mechanizmov ani neexistoval život.

Dôležitosť skúmania mechanizmov opravy DNA v rámci buniek je preto zjavná. Dnes ju ocenil aj Nobelov výbor, ktorý udelil tohtoročnú Nobelovu cenu za chémiu trojici vedcov – Tomasovi Lindahlovi, Paulovi Modrichovi a Azizovi Sancarovi za „mechanistické štúdie opráv DNA“.

Ako sa vyjadril Tomas Lindahl tesne po udelení ceny: „Bolo to veľké prekvapenie. Vedel som, že ma už viackrát zvažovali ako laureáta, rovnako ako stovky iných vedcov. Cítim sa šťastný, som hrdý.“

Roj kontrolných bielkovín

Opravné mechanizmy dvojzávitnice DNA sú sprostredkované kontrolnými bielkovinami. Traja laureáti tohtoročnej Nobelovej ceny za chémiu na to prišli nezávisle od seba – každý objavil a objasnil iný kontrolný mechanizmus. Tie, samozrejme, nie sú iba tri, je ich omnoho viac.

Začiatkom sedemdesiatych rokov minulého storočia Tomas Lindahl zistil, že sa molekula DNA prirodzene rozpadávala tak rýchlo, že by bez jej sústavnej opravy nebol možný život na Zemi. Časom objavil opravný mechanizmus, ktorý pomocou špeciálnej bielkoviny vystrihuje nesprávne bázy v rámci genetického kódu. Môže ísť napríklad o cytozín, ktorý stratil svoju aminoskupinu.

Tohtoroční laureáti Nobelovej ceny za chémiu. FOTO - nobelprize.org
Tohtoroční laureáti Nobelovej ceny za chémiu. Foto – nobelprize.org

Aziz Sancar objavil iný druh opravy – v tomto prípade sa z dvojzávitnice DNA vystrihuje celý nukleotid (nukleotidová báza, cukor a fosfát). Tento opravný mechanizmus používajú bunky po poškodení chemickými mutagénmi (sú obsiahnuté napríklad v cigaretovom dyme) či UV žiarením. U ľudí, ktorí majú tento mechanizmus chybný, sa po vystavení slnečnému žiareniu vyvinie rakovina kože.

Paul Modrich objavil a objasnil opravu chybne spárovaných báz vzniknutých počas replikácie DNA. Tento mechanizmus je veľmi účinný: až tisíckrát znižuje riziko vzniku poruchy počas replikácie DNA. Počas replikácie DNA dokáže dokonca rozpoznať, ktoré vlákno DNA je pôvodné a ktoré novovytvorené. Po rozpoznaní chybne zaradenej bázy dôjde k oprave genetického kódu.

Možnosť vývoja lepších liečiv

Tomas Lindahl zdôraznil dôležitosť tohto výskumu takto: „Je veľmi dôležité poznať mechanizmy opráv DNA. Poškodeniam DNA sa nedá vyhnúť, dejú sa každodenne. Môžeme iba študovať procesy jej opravy.“

„Veľa liečiv, ktoré dnes používame napríklad na liečbu rakoviny, ničia DNA. Preto potrebujeme selektívne poskytovať opravy DNA – len tým bunkám, ktoré majú prežiť. Poškodiť DNA môže napríklad aj cigaretový dym. Ten obsahuje reaktívne malé molekuly, ktoré sa viažu na DNA molekuly a zabraňujú ich správnemu čítaniu a replikácii. Sú to mutagény a výsledkom ich pôsobenia sú rôzne poruchy a choroby, napríklad aj rakovina,“ vysvetlil Lindahl.

Aj rakovinové bunky bojujú proti poškodeniam DNA týmito mechanizmami. Ak ich pochopíme, porozumieme aj vzniku a priebehu genetických porúch či niektorých chorôb.

Fakty o Nobelovej cene

Nobelova cena sa udeľuje od roku 1901. Udeľuje sa v kategóriách: medicína alebo fyziológia, fyzika, chémia, ekonómia, literatúra a mier. Ceny sa odovzdávajú 10. decembra v deň výročia úmrtia Alfreda Nobela.

Laureát Nobelovej ceny dostane medailu, diplom a nárok na finančnú odmenu vo výške 8 miliónov švédskych korún (cca 855 000 €). Cenu je možné rozdeliť medzi maximálne troch laureátov.

Komisia každý rok zohľadňuje nominácie od tisícov vedcov, profesorov a laureátov Nobelových cien. Konečný termín na podanie návrhu je 31. január.

Proces výberu laureátov na Nobelovu cenu za chémiu. Foto – Twitter @Nobel Prize
Proces výberu laureátov na Nobelovu cenu za chémiu. Foto – Twitter @Nobel Prize

Nobelova cena za chémiu

Do roku 2014 udelili 106 Nobelových cien za chémiu (168 laureátov), z toho 63 udelili iba jednému laureátovi. 23 z nich dostali dvaja laureáti naraz, 20-krát ocenili troch laureátov naraz.

Ocenené boli zatiaľ štyri ženy – Marie Curie (1911), Irène Joliotová-Curie (1935), Dorothy Crowfootová Hodgkinová (1964) a Ada Yonathová (2009).

Všetky štyri laureátky ceny za chémiu. Zľava Maria Curie, Iréne Joliot-Curie, Dorothy Hodgkin a Ada Yonath. FOTO - Twitter účet The Nobel Prize
Všetky štyri laureátky ceny za chémiu. Zľava Marie Curie, Irène Joliotová-Curie, Dorothy Hodgkinová a Ada Yonathová. Foto – Twitter @Nobel Prize

Priemerný vek laureáta ceny za chémiu je 58 rokov. Najmladší ocenený bol Frédéric Joliot (vek 35); najstarší John B. Fenn (vek 85).

Frederick Sanger dostal za svoj život až dve ceny: v roku 1958 za objasnenie štruktúry bielkovín, najmä inzulínu, a v roku 1980 za štúdium nukleových kyselín.

Najčastejšie odvetvie chémie laureátov ceny za chémiu je biochémia (až 50 cien).

Dvaja najstarší žijúci laureáti Nobelovej ceny za chémiu sú Paul Boyer (97 rokov) a Jens Skou (zajtra oslávi 97 rokov).

Minulý rok cenu dostali Eric Betzig, Stefan Hell a William E. Moerner.

Nobelove ceny

Teraz najčítanejšie