Nagrody Nobla w dziedzinie chemii przyznane

Poznaliśmy laureatów Nagrody Nobla w dziedzinie chemii, zostali nimi Frances H. Arnold, George P. Smith oraz Gregory P. Winter.

 

Decyzję ogłosił Komitet Noblowski Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk. Połowę finansowej nagrody otrzyma Amerykanka Frances H. Arnold, która dostała Nobla za "sterowaną ewolucję enzymów". Jest ona jednocześnie piątą kobietą w historii, która została nagrodzona przez Szwedzką Akademię Nauk oraz pierwszą od 2009 roku. Zasługą Arnold jest stworzenie metody, która od wielu lat używana jest na całym świecie do tworzenia nowych enzymów, które znajdują zastosowania w medycynie, przemyśle farmaceutycznym, chemicznym czy biopaliwowym. Dzięki niej również możliwe było zaprzestanie stosowania toksycznych katalizatorów.

 

Enzymy to substancje katalizujące reakcje chemiczne, są to białka, które tak jak inne polipeptydy produkowane są w procesie translacji zachodzącej na rybosomach. Pewnego rodzaju "przepisem" na konkretne białka są geny, w których zakodowana jest kolejność aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym tworzącym cząsteczkę białka. Arnold w swoich badaniach wprowadzała do materiału genetycznego przypadkowe mutacje, przez co produkowany był nowy enzym o innych właściwościach. Następnie selekcjonowano te cząsteczki, które okazywały się przydatne pod jakimś kątem, np. umożliwiały pracę w innym rodzaju rozpuszczalnika, i poddawano je kolejnym rundom mutacji i selekcji. Dzięki temu po trzech pokoleniach Arnold dostawała enzym nawet 256 razy bardziej efektywny niż jego pierwowzór. Metoda ta nazywana jest sterowaną ewolucją enzymów, ponieważ korzystne mutacje genetyczne są selekcjonowane pozytywnie. Tak samo w organizmach żywych mutacja, która np. zapewnia odporność na daną chorobę, jest utrwalana i przekazywana następnemu pokoleniu.

 

Drugą połową Nagrody Nobla podzielą się Amerykanin George P. Smith oraz Brytyjczyk Gregory P. Winter - zostali oni nagrodzeni za wykorzystanie bakteriofagów do wytwarzania nowych białek.

 

Metoda stworzona przez Smitha znana jest jako "phage display" czyli ekspozycja białek lub ich fragmentów na powierzchni kapsydu bakteriofagów - wirusów atakujących bakterie. Smith podczas swoich badań odkrył, że manipulacja materiałem genetycznym faga może doprowadzić do pojawienia się na powierzchni kapsydu (czyli białkowej otoczki chroniącej materiał genetyczny wirusa) innych białek. Dzięki tej metodzie naukowcy mogą łatwo zidentyfikować, jakie białko kodowane jest przez nieznany dotąd gen lub jaki gen koduje znany już badaczom polipeptyd.

 

Winter natomiast wykorzystał metodę Smitha do sterowanej ewolucji przeciwciał (immunoglobulin) czyli białek produkowanych przez układ odpornościowy do walki z patogenami. Przeciwciała wykazują swoistość w stosunku do danej cząsteczki, co oznacza, że są w stanie związać tylko konkretne białko z tysięcy innych molekuł. Dzięki tej cesze przeciwciała są w stanie neutralizować szkodliwe cząsteczki i toksyny, czy też patogeny, które na swojej powierzchni posiadają specyficzne białka lub ich fragmenty.

 

Winter, zmieniając materiał genetyczny bakteriofagów, "zmusił" je do produkcji immunoglobulin, które następnie pojawiały się na powierzchni jego kapsydu. Za pomocą sterowanej ewolucji, Winterowi udało się uzyskać przeciwciała, które wykazywały znacznie większą swoistość do danej cząsteczki niż na początku. Dzięki tym badaniom powstało wiele nowych immunoglobulin, które znalazły swoje zastosowanie w medycynie i farmacji - neutralizują toksyny, walczą z chorobami autoimmunizacyjnymi oraz z przerzutami nowotworów. Pierwszym takim lekiem był dopuszczony w 2002 roku adalimumab, który używany jest do leczenia reumatoidalnego zapalenia stawów, łuszczycy czy nieswoistych zapaleń jelit.