Az indoklás szerint a három tudós az evolúció mechanizmusát felhasználva ért el úttörő eredményeket kutatásaiban, amelyek gyakorlati haszna ma már a gyógyszergyártáson át az üzemanyag-előállításig megfigyelhető. A kitüntetettek összesen 9 millió svéd koronával (282 millió forintos összeggel) gazdagodnak. Ennek felét Frances Arnold kapja, a másik felén George Smith és Gregory Winter osztozik. A díjátadó ünnepséget hagyományosan december 10-én, az elismerést alapító Alfred Nobel halálának évfordulóján rendezik.
Gyógyszerek készülnek a felfedezésekből
A rákkutatás területén elért eredményeiért két tudós, James P. Allison és Hondzso Taszuku kapja az idei orvosi-élettani Nobel-díjat. Részletek itt.
Frances Arnold - az ötödik nő, aki megkapja a kémiai Nobel-díjat - 1956-ban született Pittsburghben. 1985-ben doktorált a Berkeley Egyetemen, a Kaliforniai Műszaki Egyetem (Caltech) tanára. Az elismerésben az enzimek irányított evolúciójáért részesül. Az amerikai kutatónak 1993-ban sikerült először irányított evolúcióval létrehoznia enzimeket, kémiai folyamatokat katalizáló fehérjéket. Azóta tovább finomította módszereit, amelyeket manapság már rutinszerűen használnak új katalizátorok létrehozására. A Frances Arnold-féle enzimeket vegyi anyagok, például gyógyszerek minél inkább környezetbarát gyártásánál vagy épp megújuló üzemanyagok előállításánál alkalmazzák.
Az amerikai George Smith 1941-ben született Norwalkban. A Harvard Egyetemen szerezte doktori címét, a Missouri Egyetem nyugalmazott tanára. 1985-ben fejlesztette ki a fág-bemutatás "elegáns" módszerét, amelyben egy bakteriofágot (baktériumot fertőzni képes vírust) használnak új fehérjék előállítására.
Az idei évben három fehérjekutató kapja a kémiai Nobel-díjat
A brit Gregory Winter 1951-ben született Leicesterben. A Cambridge-i Egyetemen tanult, és ott is tanít. A kutató a fág-bemutatást használta antitestek irányított evolúciójához, hogy új gyógyszerkészítményeket állítsanak elő. Az ezen az eljáráson alapuló első gyógyszert, az adalimumabot 2002-ben hagyták jóvá a hatóságok, és a reumatoid artritisz (RA), a pikkelysömör és bélgyulladásos betegségek kezelésére használják. A fág-bemutatással azóta olyan antitesteket hoztak létre, amelyek semlegesíthetnek toxinokat, szembeszállhatnak autoimmun betegségekkel és gyógyíthatják az áttétes rákot.
Kutatók is irányíthatják az evolúciós folyamatokat
Az evolúciós folyamat nemcsak élőlényekben mehet végbe, hanem akár kutatók által irányított módon úgy is, hogy kiragadják egy élőlény génjét, és irányított evolúciónak vetik alá. Ez az alapja az irányított fehérjeevolúciónak - magyarázta Pál Gábor, az ELTE Biokémia Tanszékének professzora annak kapcsán, hogy ilyen eljárásokért ítélték oda szerdán az idei kémiai Nobel-díjat.
A biológiai evolúció alapja az élőlények örökletes tulajdonságait kódoló DNS generációról generációra történő apró megváltozása. Ennek révén nagyon lassan megváltozik minden faj DNS-ben kódolt biológiai információja, az élőlények lassan átalakulnak, "hozzáidomulnak" változó környezetükhöz. Az információ megváltozása részben a DNS-ben kódolt fehérjék megváltozását jelenti.
Mintegy 30 éve jutottak arra a gondolatra, hogy ez az evolúciós folyamat nemcsak élőlényekben mehet végbe, hanem akár élőlényekből kiemelt gének közvetlen, kutatók által végzett megváltoztatásával is megvalósítható. Ez vezetett az irányított fehérjeevolúció létrehozásához. George P. Smith volt, aki az irányított fehérjeevolúció koncepcióját és legelterjedtebb technológiáját megalkotta. Ez a fág-bemutatás.
Pál Gábor professzor szerint George P. Smith ötletének zsenialitása abban állt, hogy rájött, hogyan lehet egy fehérje génjét és az általa kódolt fehérjét fizikailag összekapcsolni egy vírusrészecske által. A vizsgálni kívánt fehérje génjét Smith egy vírus burokfehérje-génjéhez kapcsolta. Amikor ezt a módosított vírus-DNS-t baktériumokba juttatta, a fertőzött sejt olyan vírusokat termelt, amelyek a felszínükön megjelenítették a vizsgálandó fehérjét, miközben belsejükben hordozták annak génjét. Ez volt a belépő az első irányított fehérjeevolúciós eljárás megalkotásához.
Következő lépésként a tudós előállította egy adott fehérjegén több milliárd eltérő változatát. "Ha létrejön egy ilyen DNS-könyvtár, és ezt bejuttatjuk baktériumsejtekbe úgy, hogy minden sejt csak egyetlen DNS-molekulát fogadjon be, akkor a baktériumsejtek a DNS-információ alapján több milliárd különböző fehérjevariánst fognak előállítani úgy, hogy mindegyik variáns a saját génjéhez lesz kötve a vírusrészecske által. Ez az irányított fehérjeevolúció kulcsmotívuma" - magyarázta Pál Gábor. "Ezek után általunk irányított módon valamilyen fehérjetulajdonságra szelektálunk, és kiválogatjuk az adott tulajdonsággal rendelkező variánsok csoportját" - mondta, hozzátéve, hogy a szelekciót többször egymás után el lehet végezni.
A professzor szerint ennek számos haszna van. Ha a fehérje eredeti funkciója alapján szelektálunk, akkor nagyon gyorsan fel tudjuk tárni, hogy a fehérje mely részei látják el az adott funkciót: ezek lesznek azok, amelyek megőrződnek egy ilyen vizsgálatban. Így megérthetjük, hogy a fehérjék miként működnek. Másrészt ha új funkciókra szelektálunk, akkor olyan fehérjéket hozhatunk létre, amelyek a természetben nem léteznek. Így bármelyik természetes fehérje ellen fejleszthetünk szelektíven csak ahhoz kötődő és azt gátló fehérjéket. Így minden fehérje esetében feltárható, hogy mi a fő biológiai feladata. Márpedig a biológiai folyamatok mindegyike fehérjék kölcsönhatásán alapul.
A betegségek zöme mögött is kóros fehérje-fehérje kölcsönhatások állnak. A legígéretesebb terápiás út az ilyen kölcsönhatások kialakulásának megakadályozása az adott célra kifejlesztett kötőfehérjékkel. Jelenleg a legmodernebb gyógyszerek a terápiás monoklonális ellenanyagok, amelyek egy-egy olyan fehérje-fehérje kölcsönhatást tudnak megakadályozni, amely kulcsszerepet játszik valamilyen daganatos vagy autoimmun betegségben.
A brit Gregory P. Winter az evolúciós technológiát az ellenanyagokra alkalmazta. Munkássága nyomán lehetővé vált az élő szervezeten kívüli célzott ellenanyag-fejlesztés. Ezzel a megoldással az emberi ellenanyagoktól megkülönböztethetetlen felépítésű fehérjék hozhatók létre, amelyek szinte bármilyen, akár a természetből nem ismert kötőtulajdonsággal rendelkezhetnek. Jelenleg a hagyományos és az új, irányított evolúciós eljárást egyaránt alkalmazzák monoklonális terápiás ellenanyagok kifejlesztésére, de a modernebb eljárást kezdik előtérbe helyezni.
Frances H. Arnold az enzimek irányított evolúciójáért részesült az elismerésben. Az enzimek kémiai reakciókat gyorsítanak nagy hatékonysággal és rendkívüli szelektivitással. A fág-bemutatás nem bizonyult megfelelő eljárásnak enzimek fejlesztésére. Arnold kidolgozta az első működőképes irányított enzimevolúciós eljárásokat. Ezekkel lehetővé vált olyan kémiai reakciók gyorsítása, amelyekre korábban nem volt hatékony vagy nem is létezett katalizátor. Ennek az áttörésnek a gyakorlati haszna az emberiség számára szinte beláthatatlan horderejű - hangsúlyozta Pál Gábor.
A szintetikus vegyipari eljárások, amelyekkel az anyagokat előállítják, sokszor nagy környezetterheléssel járnak. Az irányított fehérjeevolúció számos ilyen esetben új, környezetbarát alternatívát biztosíthat. Ilyen például az újfajta üzemanyagok előállítása vagy a mostaninál hatékonyabb gyógyszermolekula-szintézis. A felhasználási területek számának csak az emberi fantázia szabhat korlátokat.
