Proste pytania

Klasyczne problemy biologii albo już rozwiązano, albo wkrótce znajdą rozwiązanie. Musimy się wziąć do tego, co najbardziej tajemnicze, trudne i fascynujące" - pisał 40 lat temu Sydney Brenner do Maxa Perutza, szefa swojego laboratorium. Wziął się więc do szukania odpowiedzi na proste pytanie, jak z jednej komórki zarodka wyrasta organizm złożony z bilionów doskonale zorganizowanych i współpracujących z sobą komórek.

Kto tym dyryguje?
Sydney Brenner w wieku trzydziestu kilku lat był jednym z twórców genetyki molekularnej, odkrył kod genetyczny wspólny dla całego świata istot żywych. Ten pełen energii emigrant z Afryki Południowej pierwsze laboratorium zbudował jako dziesięciolatek w garażu. Później studiował w Oksfordzie, na jednym z najlepszych uniwersytetów świata, stworzył Laboratorium Biologii Molekularnej w Cambridge, Instytut Nauk Molekularnych w Berkeley w Kalifornii, a dziś jest profesorem w Salk Institute w San Diego.
Tegoroczni laureaci w dziedzinie medycyny: Sydney Brenner, John Sulston z Uniwersytetu Cambridge i Robert Horvitz z MIT, najlepszej amerykańskiej uczelni technicznej, pracowali razem w latach 70. w Wielkiej Brytanii. Znaleźli odpowiedź na proste pytanie, jak to się dzieje, że tysiąc miliardów nowych komórek tworzy się codziennie w naszych ciałach i mniej więcej tyle samo umiera, nie pozostawiając resztek i nie naruszając równowagi między liczbą komórek pozostających przy życiu a tych skazanych na zagładę. Ten proces jest też doskonale widoczny podczas rozwoju płodowego. Błona łącząca początkowo palce ludzkiego płodu znika w dalszym rozwoju.

Samobójstwo na rozkaz
Brenner wykorzystał w badaniach Caenorhabditis elegans, nicienia mającego zaledwie milimetr długości i mniej niż tysiąc komórek. Ten robak ten jest w dodatku przezroczysty, co pozwala śledzić zachodzące w jego ciele procesy. Brenner stwierdził, że to konkretne geny zarządzały rozwojem C. elegans, od zapłodnionego jaja do dorosłego organizmu liczącego 959 komórek. Jak następnie wykazał John Sulston, profesor biologii molekularnej z Cambridge, część komórek, zawsze tych samych, ginęła w trakcie rozwoju robaka. Była to śmierć zaprogramowana - sygnał do popełnienia przez komórki samobójstwa jest uruchamiany genetycznie. To zjawisko nazwano apoptozą - śmiercią na rozkaz. Apoptoza rzeźbi nasze ciała w trakcie rozwoju płodowego, na przykład neurony w mózgu, które nie zdołały nawiązać kontaktu z innymi komórkami nerwowymi, dostają polecenie - muszą uruchomić proces samozagłady. Ich resztki nie zaśmiecają organizmu, lecz stają się pokarmem innych komórek.
Robert Horvitz odkrył genetyczny program kontrolujący śmierć komórek. Znalazł geny śmierci: ced-3 i ced-4. Dowiódł też, że inny gen, ced-9, może chronić przed rozkazami obu poprzednich. Dziś wiadomo, że większość genów uczestniczących w procesie śmierci kontrolowanej u C. elegans ma odpowiedniki w organizmie człowieka.
Poznanie zjawiska śmierci programowanej pozwoliło zrozumieć, dlaczego tak dramatyczne są skutki AIDS, choroby Alzheimera, zawału serca czy wylewu krwi do mózgu. Apoptoza niszczy wówczas nadmierną liczbę komórek, niepotrzebnie skazując je na śmierć. Gdybyśmy umieli powstrzymać lub zablokować działanie sygnałów śmierci, wielu chorych można by uratować. W wypadku nowotworów program skazywania na śmierć komórek rakowych nie działa dość aktywnie. Przeżywają, choć powinny zginąć.

Neutrina w pułapce
Raymond Davis Jr., profesor fizyki i astronomii z Uniwersytetu Pensylwanii, był w latach 50. jedynym naukowcem, który podjął ryzyko poszukiwania "bezcielesnych" cząstek, jakie powinny powstawać w reakcjach jądrowych na Słońcu. Postanowił zbudować pułapkę na neutrina. Jeśli są one w promieniowaniu słonecznym, rozumował, powinny wpaść m.in. do sześciusettonowego zbiornika płynnego trójchloroetylenu. Zbiornik umieszczono w starej kopalni złota w Dakocie Południowej. Davis liczył, że co miesiąc na skutek reakcji neutrin z substancją wypełniającą zbiornik powinno powstać około 20 atomów argonu. Komitet Noblowski porównał poszukiwania Davisa do tropienia 20 znakowanych ziarnek piasku wśród wydm Sahary. Po 25 latach Davis znalazł w zbiorniku 2 tys. atomów argonu. Neutrina wpadały do pułapki, choć działo się to rzadziej, niż przypuszczał. Wyniki jego pracy dowiodły, że źródłem energii Słońca jest zamiana wodoru w hel. Dlaczego jednak - następne proste pyta-nie - część z nich znikała w drodze ze Słońca na Ziemię?

Kosmiczne zjawy
Raymondowi Davisowi przyszedł w sukurs japoński fizyk Masatoshi Koshiba, który skonstruował jeszcze większy detektor wypełniony wodą.
W 1987 r. uderzyła weń fala neutrin z gwiazdy supernowej, która eksplodowała przed 170 tys. lat. Mając taką obfitość "kosmicznych duchów", Koshiba odkrył niespodziewanie, że neutrina nie są bezcielesne. Zmieniają się jedne w drugie. Tego nie mógł wiedzieć Davis. Przemiana jednych neutrin w inne pozwala sądzić, że mają masę. Jest ich we wszechświecie bardzo dużo. Ich masa, choć niewielka, może zaważyć na losach wszechświata - na przykład zmniejszyć jego tempo rozszerzania się.
Riccardo Giacconi, trzeci z nagrodzonych fizyków odkrył kosmiczne źródła promieniowania X, czyli rentgenowskiego. Skonstruował teleskopy, naziemne i kosmiczne, rejestrujące ten zakres promieniowania elektromagnetycznego. Znalazł całe zoo ważnych i dziwnych obiektów niebieskich, wśród nich podwójne gwiazdy, obiekty zawierające czarne dziury, pozostałości gwiazd supernowych, aktywne jądra galaktyk. Promieniowanie rentgenowskie wysyła materia w ekstremalnych warunkach. Giacconi pozwolił nam ją dostrzec i badać.

Metoda na białka
Nagrodę Nobla w chemii przyznano za nowe techniki badania makrocząsteczek takich jak białka. John B. Fenn z Virginia Commonwealth University i Koichi Tanaka z Shimadzu Corporation w Kioto opracowali metody spektrografii masowej pozwalające na analizę składu dużych molekuł biologicznych. Drugą połowę nagrody otrzymał Kurt Wüthrich, profesor biofizyki na politechnice w Zurychu, za opracowanie metody jądrowego rezonansu magnetycznego. Pozwala ona na zdobywanie informacji o trójwymiarowej strukturze i dynamice złożonych molekuł.