Прекрасен мирис на море
Носители на наградата по химия за изследване на механизмите за възстановяване на ДНК станаха шведът Томас Линдал, който работи във Великобритания, и американецът Пол Модрич, който провежда изследвания в САЩ, и ученият от турски произход Азиз Санджар.
Според Олга Лаврик, ръководител на лабораторията по биоорганична химия на ензимите в Института по химическа биология и фундаментална медицина (ICBFM) на Сибирския клон на Руската академия на науките, член-кореспондент на Руската академия на науките, за хората, които работят в областта на молекулярната биология, в областта на изучаването на механизмите за възстановяване на ДНК, това е много вълнуващо събитие. Тази награда беше чакана отдавна.
„Учените заслужено получиха тази награда, но има още много претенденти за нея и механизми за възстановяване на ДНК, така че това не е последната награда в тази област. Най-малкото тази награда все още трябва да се получава в медицината, смята експертът. „Механизмите за възстановяване на ДНК са ключовите механизми, които осигуряват стабилността на човешкия геном, и освен че са от фундаментално значение (за да разберем как структурата на ДНК се запазва от поколение на поколение), тяхното установяване играе огромна роля в по-нататъшното развитие на лекарства срещу рак, тъй като, напротив, механизмите за възстановяване трябва да бъдат инхибирани по време на лечението.
Учени, които не прекъсват работата си
Олга Лаврик говори подробно за приноса на всеки учен. Пол Модрич откри важен механизъм, наречен mismatch repair. Той осигурява коригиране на грешки, които възникват при разчитане на структурата на ДНК по време на репликация. Тоест ДНК полимеразите понякога действат погрешно, четенето на тази информация не винаги е правилно. Именно Модрич обърна внимание на това обстоятелство и откри най-важния механизъм.
Втори лауреат -Азиз Санджар - откри система за отстраняване на обемни увреждания, възникващи под действието на ултравиолетова радиация в бактериите.
Той посвети целия си живот на науката. Трябваше да гледам как участва в конференции: с доклад Азис излиза в работна роба, за да може по-късно бързо да се оттегли в лабораторията си и да продължи експериментите, без да губи време, - описва Олга Лаврик.
Третият лауреат - Томас Линдал - известен учен, получил Нобелова награда за откриването на нестабилността на ДНК. Той беше първият, който обърна внимание на това, а по-рано се смяташе, че само молекулата на РНК е нестабилна. Той открива механизъм, който се противопоставя на оксидативния стрес - действието на кислородни радикали, които увреждат структурата на ДНК, причинявайки загуба на ДНК бази, кодиращи информация, или тяхната модификация.
„Линдал е само откривателят на този фундаментален механизъм, който е необходим на всички хора, тъй като ДНК в клетката се уврежда интензивно ежедневно поради оксидативен стрес“, отбелязва Олга Лаврик.
Каква е опасната миризма на морето
Колегата на Олга Лаврик Дмитрий Жарков, ръководител на лабораторията по геномно и протеиново инженерство, ICBPM SB RAS, говори за това какви могат да бъдат тези щети.
Всички живеем в много опасен свят, защото всъщност всяко дишане ни доближава до смъртта поради факта, че кислородът е силно реактивно съединение, а ние сме средно 60% вода, което също е силно реактивно съединение. Излизаме на слънце, ултравиолетовата част от спектъра уврежда ДНК в нашите клетки. Нашето пътуване до морето е още по-лошо, защото тази многопрекрасна миризма на море е метил бромид, който също уврежда ДНК в клетките ни. Една чаша кафе съдържа 500 различни канцерогени. Кога е товазапочвате да говорите, хората се усмихват, но мащабът на проблема не се осъзнава, - ученият е поразителен с количеството нова информация.
Дмитрий Жарков предложи да представи ДНК на една човешка клетка под формата на Транссибирската железопътна линия, чиято повреда съответства на една повреда на всеки 100 метра. Следователно, без системи, които биха поддържали и защитавали нашата генетична информация, нашия геном, всяка секунда, ние не бихме издържали дълго.
Следвоенно търсене на щамове
Възстановяването на ДНК е открито през 1949 г. След войната всички активно търсят нови щамове бактерии и гъбички, които или ще произвеждат нови антибиотици, или ще синтезират вече известни антибиотици в по-големи количества. Млад микробиолог по онова време, Алберт Келнер, търсеше начини да увеличи производителността на производството на стрептомицин и облъчва стрептомицетни култури с ултравиолетова светлина, за да получи мутанти.
- Всичко беше лошо с него, защото резултатите не бяха възпроизведени: културата расте в някаква колба, а друга не. Той беше задълбочен и скрупулен човек: записваше всичко, както трябва на добър учен, и накрая намери причината. Те отглеждат култури, като ги потапят в топла стъклена водна баня: тези, които са най-близо до прозореца, се облъчват с видима светлина и растат по-добре. Келнер заключава, че има нещо в слънчевата светлина, което задейства механизъм, който позволява на бактериите да поправят щетите, причинени им от ултравиолетовата светлина, обяснява ученият.
Същото нещо, успоредно с Келнер, е открито върху бактериофагите от Ренато Дулбеко, известният вирусолог, получил Нобелова награда през 1975 г. за работата си върху онкогенните вируси.
Бактерии, възкресени от светкавица
Системата, която беше открита, беше нареченафотореактивиране. Един от настоящите нобелови лауреати (Санджар), когато все още беше аспирант, направи много грандиозен експеримент: той облъчи бактерии с ултравиолетова радиация в смъртоносна доза (по-малко от една на 10 хиляди клетки оцеля) и след това ги снима със светкавица. Една милисекунда светкавица беше достатъчна, за да възкръснат 99% от бактериите. Много малка доза интензивна видима светлина води до възстановяване на по-голямата част от всички UV-индуцирани увреждания в бактериалната ДНК. Той беше първият, който клонира гена на фотолиазата, тоест той изолира ген, от който този протеин може да бъде получен в големи количества.
Той направи още един принос. Има процес на тъмно възстановяване (бактериите могат да поправят ултравиолетовите щети на тъмно, но по-бавно и по-малко ефективно), но как се случва това не е ясно. Гените, отговорни за това, са известни, но не е ясно как го правят. Санджар изобрети метод, който беше възприет от биохимици по целия свят в началото на 80-те години на миналия век, за да характеризира протеините. Той показа, че те образуват комплекс, който извършва процеса, който сега се нарича възстановяване на нуклеотидна ексцизия. Ако имаме ултравиолетово увреждане, тогава комплексът, който изследва Санджар, изрязва малко парче и тази празнина след това се запечатва, казва Дмитрий Жарков.
При хората дефектите в възстановяването на нуклеотидната ексцизия водят до тежки заболявания: пигментна ксеродерма (родителите, когато детето се роди, не знаят за болестта, извеждат го за първи път на слънце и то моментално става с мехури, получава тежко слънчево изгаряне), рак на върха на езика, невродегенеративни заболявания, проблеми с развитието.
Правилни и неправилни ДНК бази
Друг проблем, според експертите,е, че нашите ДНК полимеразни вериги, ензимите, които синтезират нови ДНК вериги, понякога правят грешки. Рядко (веднъж на 10-100 хиляди нови нуклеотида включително), но се натрупват много, предвид дължината на ДНК - 6 милиарда базови двойки в човешка клетка. Проблемът е в определянето на правилните и неправилните основи, едната от които трябва да бъде премахната.
- Пол Модрич беше този, който разви цялата тази система - как се случва. Гените, които са отговорни за този процес в бактериите, са известни, но не е ясно как работят протеините. След като внимателно изчисти тези протеини, реконструирайки цялата система, той откри, че клетките маркират родителската верига на ДНК, но не и дъщерната верига.
Откровение, прочетено в книга
Томас Линдал първоначално не е бил наясно с никакъв ген, той е открил цяла система за възстановяване от самото начало. Затова Дмитрий Жарков смята своя принос за най-значим.
„Можем да кажем, че той направи откритие на върха на писалката: точно както беше открит Нептун, когато Урбен Льо Верие анализира орбитата на Уран, видя смущения и каза, че там трябва да има планета. Линдал прочете книгата на Кочетков и Будовски "Органична химия на нуклеиновите киселини", преведена на английски. Като биолог Линдал, след като прочете тази книга, най-накрая потвърди предположението си, че ДНК е нестабилна молекула. Проверих хипотезата си емпирично и открих ензими, които поправят ДНК, обяснява ученият.
На практика няма заболявания, които да са причинени от дефекти в системата за възстановяване на базата на ДНК, обикновено смъртта настъпва в ранните етапи на развитие на ембриона.
Какво се случва в ДНК за 10 минути
- Говорих около 10 минути, през които около седемквадрилиони щети. Във всеки от нас се случват около 10 милиона мутации за 70 години, тоест от седем квадрилиона около три останаха и се превърнаха в мутации, които ще бъдат с вас до края на живота ви, а останалите бяха коригирани от системата за възстановяване, отново изненадва Дмитрий Жарков.
Опитът на новосибирските учени
Уникалният център в България за изследване на репарационните системи е именно институтът, в който работят учени. В тази насока работят три лаборатории.
„Лабораторията на Дмитрий Олегович се занимава с разпознаването на лезии, които след това се отстраняват, лабораторията на професор Олга Семьоновна Федорова се занимава с кинетичните аспекти на тези процеси“, описва Олга Лаврик опита на института.
Нейната лаборатория работи с пълни комплекти от протеини за възстановяване на основата и отстраняване на насипни щети.
„Опитваме се да разберем как се регулира дейността на сложни протеинови комплекси, които осигуряват възстановяване на щетите, причинени от оксидативен стрес и мутагени на околната среда“, продължава ръководителят на лабораторията. — По принцип ние изучаваме системи за възстановяване на човека, защото това е най-обещаващото за създаване на лекарства, противоракови лекарства. На този етап от изследването сме идентифицирали специални протеини-регулатори на системите за възстановяване на ДНК. Освен това са открити механизми, които допълват основните пътища за възстановяване. Клетката се опитва да осигури абсолютна надеждност на възстановяването, така че в случай на повреди с основния механизъм да работят допълнителни пътища.
Освен това специалистите от Новосибирск разработват инхибитори и активатори на възстановителните системи като потенциални лекарства. В разработването на инхибитори активно си сътрудничи лабораторията на Олга ЛаврикИнститут по органична химия SB RAS с лаборатория на проф. Н. Ф. Салахутдинов. Заедно учените са открили обещаващи инхибитори, които могат да се използват в противоракова терапия. Предклиничните изпитвания са в ход. Тоест изследванията в тази област се извършват на световно ниво, но традиционно за българската наука в много тежки, тежки условия. Финансирането на българските лаборатории е несравнимо с водещите западни центрове.
– Освен това основният проблем е, че закупуването и доставката на необходимите реактиви и оборудване, които между другото са вносни и в страната струват почти два пъти по-скъпо, отколкото в Европа, често се проточват от няколко месеца до шест месеца. Това силно пречи на ефективността на научните изследвания. Продължаваме да сме ентусиазирани. Трябва да се отбележи, че провежданата реформа по никакъв начин не подобри организацията на научния процес. Тези важни аспекти остават напълно извън вниманието на реформаторите. Така че се страхувам, че Нобеловата награда в България ще трябва да чака доста дълго време, - посочва основните проблеми Олга Лаврик.