Το Νόμπελ Χημείας για το 2003 δόθηκε για την έρευνα σε δύο διαύλους στις κυτταρικές μεμβράνες

Από το δίκτυο, 9 Οκτωβρίου 2003

Οι Αμερικανοί Peter Agre και Roderick MacKinnon τιμήθηκαν με το Νόμπελ Χημείας για την εργασία τους πάνω σε δύο είδη διαύλων στις κυτταρικές μεμβράνες, που βοηθούν τη δίοδο του νερού και των ιόντων μέσα στα κύτταρα.

Η Σουηδική Ακαδημία Επιστημών περιέγραψε την εργασία του ζεύγους των επιστημόνων ότι είναι σπουδαίας σημασίας για την κατανόηση πολλών ασθενειών, όπως για παράδειγμα των νεφρών, της καρδιάς, των μυών και του νευρικού συστήματος. Κι αυτό γιατί βοήθησαν να εξηγηθεί με ποιό τρόπο τα ιόντα και το νερό μεταφέρονται μέσα και έξω από τα κύτταρα του σώματος. 

Ιατρικές εφαρμογές

Όταν βέβαια οι επιστήμονες κατανοούν πως τα κύτταρα σχετίζονται με τον κόσμο γύρω τους σε ένα υγιές σώμα, μπορούν τότε να αρχίσουν να καταλάβουν τι πηγαίνει λάθος σε αρρώστιες όπως είναι ο καρκίνος.

"Αυτές οι ανακαλύψεις είναι θεμελιώδους σημασίας για την κατανόηση της διαδικασίας της ζωής, όχι μόνο για τους ανθρώπους και τους ανώτερους οργανισμούς, αλλά και για τα βακτήρια και τα φυτά", αναφέρει ο Bengt Norden, υπεύθυνος της επιτροπής για το Νόμπελ Χημείας.

Το ανθρώπινο σώμα αποτελείται από περίπου 70% νερού με άλατα. Οι φετινοί Νομπελίστες ξεκαθάρισαν με ποιό τρόπο τα άλατα (τα ιόντα στην ουσία) και το νερό μεταφέρονται εντός και εκτός των κυττάρων του σώματος. Οι ανακαλύψεις μας αποκαλύπτουν για το πώς, για παράδειγμα, οι νεφροί επαναποκτούν νερό από τα ούρα και πώς παράγονται και μεταδίδονται τα ηλεκτρικά σήματα των νευρικών μας κυττάρων. Γι' αυτό η ανακάλυψη αυτή είναι σημαντική για την κατανόηση πολλών ασθενειών όπως των νεφρών, της καρδιάς, των μυών και του νευρικού συστήματος.

Το φετινό βραβείο Νόμπελ καταδεικνύει πόσο η σύγχρονη βιοχημεία μπορεί να φτάσει μέχρι το επίπεδο του ατόμου κατά την αναζήτηση των μηχανισμών λειτουργίας των οργανισμών και την ανακάλυψη του θαύματος της ζωής.

Η εργασία του Peter Agre

Ο Agre, 54 ετών σήμερα, εργάζεται στην Πανεπιστημιακή Ιατρική σχολή Johns Hopkins στη Βαλτιμόρη του Maryland.

Η υποψία ότι τα κύτταρα του σώματος έχουν συγκεκριμένες διόδους για τη μεταφορά του νερού υπήρχε ήδη από τα μέσα του 19ου αιώνα.

Ωστόσο, μόλις το 1988 ο Peter Agre απέδειξε ότι το νερό δεν θα μπορούσε να πάει μέσα στα κύτταρα εάν αυτός μπλόκαρε στα κύτταρα την παρασκευή μιας πρωτεΐνης, της aquaporin, την πρωτεΐνη που σχηματίζει το ειδικό κανάλι ή το δίαυλο μέσω του οποίου μόνο τα μόρια του νερού μπορούν να περάσουν.

Και ένα χρόνο αργότερα, κατάλαβε ότι πρέπει να ήταν η δίοδος του νερού που έψαχναν οι επιστήμονες για πολλά χρόνια.

Αυτή η καθοριστικής σημασίας ανακάλυψη άνοιξε το δρόμο σε μία σειρά βιοχημικών, παθολογικών και γενετικών ερευνών των διόδων του νερού στα βακτήρια, τα φυτά και τα θηλαστικά. Σήμερα, οι επιστήμονες μπορούν να ακολουθήσουν την πορεία ενός μορίου νερού που περνάει από τη μεμβράνη του κυττάρου και να καταλάβουν γιατί μόνο το νερό μπορεί να περάσει και όχι άλλα μικρά μόρια ή ιόντα.

"Αυτή η αποφασιστική ανακάλυψη άνοιξε την πόρτα σε μια ολόκληρη σειρά βιοχημικών, φυσιολογικών και γενετικών μελετών των διαύλων του νερού", αναφέρει η Σουηδική Ακαδημία. Και συνεχίζει: Η ανακάλυψη έχει βελτιώσει την κατανόηση της ασθένειας των νεφρών. Σήμερα, οι ερευνητές μπορούν να ακολουθήσουν μόρια νερού στην πορεία τους διαμέσου της κυτταρικής μεμβράνης και να κατανοήσουν γιατί μόνο το νερό, και όχι άλλα μικρά μόρια, μπορούν να περάσουν.

Από το 1988, κάπου 200 διαφορετικοί τύποι υδάτινων καναλιών έχουν ανακαλυφθεί σε όλο τον κόσμο.

Η εργασία του Roderick MacKinnon

Ο Roderick MacKinnon του Ιατρικού Ινστιτούτου Howard Hughes στο Πανεπιστήμιο Rockefeller της Νέας Υόρκης, 47 ετών σήμερα, τιμάται για τον τρόπο που τα ιόντα των αλάτων περνούν προς και από τα τοιχώματα των κυττάρων μέσω μικροσκοπικών διαύλων .

Ο MacKinnon εξέπληξε τη διεθνή επιστημονική κοινότητα όταν το 1998 κατάφερε να καθορίσει την τρισδιάστατη δομή του διαύλου του καλίου. Οι δίοδοι αυτοί μπλοκάρουν ή επιτρέπουν να περάσουν ορισμένα μόνο ιόντα. Χάρη σε αυτή τη ανακάλυψη μπορούμε τώρα να "δούμε" τα ιόντα να "ταξιδεύουν" μέσα από τις διόδους που μπορούν να ανοιχτούν και κλειστούν από διαφορετικά κυτταρικά σήματα. Οι δίοδοι των ιόντων είναι σημαντικές, μεταξύ των άλλων για τη λειτουργία του νευρικού συστήματος και των μυών.

Ενώ οι άλλοι προσπαθούσαν να βρουν τις δομές των σύνθετων πρωτεϊνών καναλιών των ιόντων από  ζωικά κύτταρα, ο MacKinnon προσπάθησε και πέτυχε στην κρυστάλλωση της αντίστοιχης πρωτεΐνης, που παρασκευάζει τον ειδικό δίαυλο για τα ιόντα, από ένα βακτηρίδιο, το streptomyces lividans .

Οι ερευνητές με τη βοήθεια της  κρυσταλλογραφίας των ακτίνων-X ανέλυσαν τη δομή της ειδικής πρωτεΐνης, και έγινε έπειτα σαφές πώς ο δίαυλος θα αναγνώριζε μόνο τα ιόντα του καλίου, ακόμα κι αν τα συγγενικά ιόντα νατρίου ήταν ακόμα μικρότερα.

Η ζωή των κυττάρων δεν θα μπορούσε να υπάρξει χωρίς τη δυνατότητα των ιοντικών διαύλων να διαβιβάσουν ώσεις και να γίνει έτσι η εργασία των μυών. Όταν δυσλειτουργούν οι δίαυλοι, μπορεί να αρρωστήσει ο οργανισμός. Παραδείγματος χάριν, η κληρονομημένη κυστική ίνωση εμφανίζεται επειδή τα ιόντα ρέουν ανακριβώς στις μεμβράνες των κυττάρων στον πνεύμονα και άλλους ιστούς.

Χάρη στο έργο του οι ερευνητές μπορούν σήμερα να προσομοιώσουν τη μεταφορά ιόντων διαμέσου των διαύλων, οι οποίοι ανοίγουν και κλείνουν με μοριακές «εντολές» του κυττάρου.