Η τρέχουσα οικονομική κρίση δεν σέβεται τίποτα. πλήττει ακόμη και τους πιο καταξιωμένους θεσμούς του δυτικού παραγωγικού-πολιτισμικού συστήματος. Ακόμη και η διοικητική επιτροπή του θεσμού των βραβείων Νόμπελ αποφάσισε να μειώσει το ύψος του ποσού κατά 20%: δεν είναι πλέον 10 εκατομμύρια κορόνες, αλλά «μόνο» 8 εκατομμύρια (περίπου εννιακόσιες χιλιάδες ευρώ)!
Σύμφωνα με την επίσημη δικαιολογία, αυτή η επιλογή ήταν επιβεβλημένη δεδομένης της επίμονης χρηματοπιστωτικής κρίσης. Μια δυσάρεστη απόφαση για να διασφαλιστεί ότι, μακροπρόθεσμα, το ύψος του ποσού του πολυπόθητου βραβείου θα παραμείνει αρκετά υψηλό ώστε να εξακολουθήσει να είναι δελεαστικό, αλλά και ανταγωνιστικό σε σχέση με άλλα διεθνή βραβεία.
Αν όμως μειώθηκε η χρηματική «αξία» του βραβείου Νόμπελ, η γνωστική και επιστημονική αξία των ερευνών που αυτό επιβραβεύει παραμένει αμείωτη, παρά τους δύσκολους καιρούς που διανύουμε. Απόδειξη τα φετινά βραβεία Νόμπελ στις πιο «σκληρές» επιστήμες: για το Νόμπελ στη Φυσική μιλήσαμε στο προηγούμενο άρθρο μας, σήμερα θα παρουσιάσαμε τα εξίσου σημαντικά Νόμπελ στην Ιατρική-Φυσιολογία και στη Χημεία.
Οι έρευνές τους αποκάλυψαν το κυκλοφοριακό σύστημα των κυττάρων μας
Γράφει ο Σπύρος Μανουσέλης
Το βραβείο Νόμπελ Ιατρικής και Φυσιολογίας 2013 μοιράστηκαν από κοινού τρεις διαπρεπείς ερευνητές της λειτουργικής και επικοινωνιακής οργάνωσης των κυττάρων: οι Αμερικανοί Τζέιμς Ρόθμαν (James E. Rothman) και Ράντι Σέκμαν (Randy W. Schekman) και ο Γερμανός Τόμας Σίντχοφ (Thomas C. Südhof).
Κάθε χρόνο τον Οκτώβριο, τα πολυαναμενόμενα Νόμπελ Ιατρικής δεν απονέμονται από τη Βασιλική Ακαδημία Επιστημών της Στοκχόλμης (όπως συμβαίνει με τα άλλα Νόμπελ), αλλά από το διάσημο Ιατρικό Ινστιτούτο Καρολίνσκα. Το Karolinska Institute ιδρύθηκε το 1810, έχει την έδρα του στην πανέμορφη πόλη Σόλνα, λίγα μόλις χιλιόμετρα έξω από τη Στοκχόλμη, και είναι το σημαντικότερο ιατρικό πανεπιστημιακό κέντρο στη Σουηδία.
Σύμφωνα με την επίσημη ανακοίνωση της ειδικής επιτροπής, η φετινή επιλογή έγινε επειδή: «Μέσω των ανακαλύψεών τους οι Ρόθμαν, Σέκμαν και Σίντχοφ αποκάλυψαν το εξαιρετικής ακρίβειας σύστημα ελέγχου για τη μεταφορά και την παράδοση του κυτταρικού φορτίου», επιβράβευσαν δηλαδή την ανακάλυψη του «κυτταρικού μηχανισμού που ρυθμίζει τη μετακίνηση των κυστιδίων, τα οποία αποτελούν το μείζον σύστημα μεταφοράς στα κύτταρά μας».
Πράγματι, με αυτή την επιλογή της η επιτροπή των ειδικών του Ινστιτούτου Καρολίνσκα αναγνώρισε -κάποιοι κακεντρεχείς θα έλεγαν «επιτέλους!»- την αποφασιστική συνεισφορά των τριών πρωτοπόρων κυτταρολόγων στην αποκάλυψη των ενδοκυτταρικών μηχανισμών που επιτρέπουν την ακριβή και έγκαιρη μεταφορά πολύτιμων βιομορίων (πρωτεϊνικών ή άλλων ουσιών) από το ένα σημείο του κυττάρου στο άλλο. Για παράδειγμα, από τα διάφορα κυτταρικά οργανίδια, όπου παράγονται αυτά τα βιομόρια, σε άλλα σχετικά απομακρυσμένα σημεία του κυττάρου, καθώς και στην απελευθέρωση αυτών των βιομορίων εκτός του κυττάρου. Και όλα αυτά με απίστευτη χωροχρονική ακρίβεια και αξιοζήλευτη ενεργειακή οικονομία.
Αποφασιστικό και πρωτεύοντα ρόλο σε αυτό το περίπλοκο ενδοκυτταρικό μεταφορικό δίκτυο παίζουν τα «κυστίδια» που, όπως αποδείχτηκε, αποτελούν κυριολεκτικά τους μεταφορείς που εγγυώνται όχι μόνο την ασφαλή, αλλά και την ακριβή -τοπολογικά και χρονικά- μετακίνηση του μοριακού «φορτίου», δηλαδή των απαραίτητων βιομορίων στο εσωτερικό κάθε κυττάρου.
Αυτό ακριβώς έδειξαν με το πολυετές ερευνητικό τους έργο οι τρεις βραβευθέντες πρωτοπόροι εξερευνητές της κυτταρικής συγκοινωνίας-επικοινωνίας. Και συγκεκριμένα ανακάλυψαν πώς, μέσω των κυστιδίων, τα κύτταρά μας μπορούν να δημιουργούν ένα αποτελεσματικό σύστημα μεταφοράς του μοριακού τους «φορτίου» και να το παραδίδουν στο σωστό σημείο τη σωστή στιγμή.
Μεταφοραί – Εκδρομαί … «Τα κυστίδια»
Από καθαρά βιοχημική άποψη, η βασική λειτουργία κάθε ζωντανού κυττάρου είναι να συνθέτει, να μετασχηματίζει και να παράγει βιομόρια. Κάθε κύτταρο θεωρείται, δηλαδή, μια μικροσκοπική αλλά περίπλοκη «χημική μηχανή», που με την εξειδικευμένη λειτουργία της συμβάλλει στην επιβίωση του πολυκύτταρου οργανισμού που περιέχει αυτό το κύτταρο. Χωρίς όμως το κατάλληλο μεταφορικό-επικοινωνιακό σύστημα, τα μόρια αυτά δεν θα έφταναν ποτέ στον στόχο τους.
Ετσι, παράλληλα με την ανάπτυξη των πολυκύτταρων οργανισμών, εξελίχθηκε σταδιακά και ένα αποτελεσματικό «συγκοινωνιακό» δίκτυο στο εσωτερικό κάθε μεμονωμένου κυττάρου, το οποίο επιτρέπει τη μεταφορά και την απελευθέρωση των απαραίτητων βιομορίων. Πρόκειται για το ενδοπλασματικό δίκτυο, ένα σύνολο από μεμβράνες που καλύπτουν πάνω από το ήμισυ της συνολικής μάζας του κάθε κυττάρου. Τα βιομόρια που συντίθενται ή αποδομούνται σε ένα σημείο του ενδοπλασματικού δικτύου πρέπει πολύ συχνά να διανύσουν τεράστιες αποστάσεις για να φτάσουν σε κάποιο άλλο προκαθορισμένο σημείο, π.χ. σε ένα απομακρυσμένο κυτταρικό οργανίδιο ή στην εξωτερική μεμβράνη για να βγουν εκτός κυττάρου.
Αυτήν τη μεταφορική λειτουργία την επιτελούν τα «κυστίδια», μικροσκοπικές φυσαλίδες που μέσα στη λεπτότατη μεμβράνη τους τυλίγουν τα εισερχόμενα ή εξερχόμενα βιομόρια. Τα κυστίδια αποκόπτονται από το ενδοπλασματικό δίκτυο και προεκβάλλουν σαν μικροσκοπικές μεταφορικές φουσκίτσες που κινούνται πάνω στις «ράγες» του κυτταροσκελετού. Πώς όμως προσανατολίζονται τα μεταφορικά κυστίδια στο εσωτερικό του κυττάρου; Πότε και πώς βρίσκουν -δηλαδή πώς αναγνωρίζουν- τον τελικό προορισμό τους; Οι έρευνες των τριών βιολόγων που βραβεύτηκαν φέτος με το Νόμπελ απαντούν σε αυτά (και πολλά άλλα) ερωτήματα.
Συχνά φανταζόμαστε τα κύτταρα του σώματός μας σαν ημιαυτόνομα μεσαιωνικά χωριά, απομονωμένα όχι από ένα τείχος, αλλά από την κυτταρική μεμβράνη. Το ερευνητικό έργο των Τζέιμς Ρόθμαν, Ράντι Σέκμαν και Τόμας Σίντχοφ μάς αποκαλύπτει πόσο παραπλανητική είναι αυτή η «αυτιστική» εικόνα, αφού κατάφεραν να εισδύσουν μέσα από τα «προστατευτικά τείχη», δηλαδή τις κυτταρικές μεμβράνες, και να κατανοήσουν λεπτομερώς το αέναο πηγαινέλα, μέσω κυστιδίων, των απαραίτητων για τη ζωή ουσιών.
Οι έρευνες του Ράντι Σέκμαν αποκάλυψαν το βιοχημικό «σύστημα σηματοδότησης» που ρυθμίζει την ενδοκυτταρική κυκλοφορία των κυστιδίων. Ανακάλυψε τα γονίδια που κωδικεύουν για τις πρωτεΐνες που καθορίζουν τον σχηματισμό και την είσοδο στην κυκλοφορία των νέων κυστιδίων.
Ο Τζέιμς Ρόθμαν εστίασε σε μια άλλη αποφασιστικής σημασίας διαδικασία: στην αδιάλειπτη δημιουργία πυλών εισόδου-εξόδου των βιομορίων. Ταυτοποίησε εκείνες τις πρωτεΐνες οι οποίες επιτρέπουν στα κυστίδια που μεταφέρουν τα πολύτιμα βιομόρια να συντήκονται με την εξωτερική μεμβράνη του κυττάρου και να απελευθερώνουν το αναγκαίο για τον οργανισμό περιεχόμενό τους.
Οσο για τον Τόμας Σίντχοφ, αυτός επικεντρώθηκε στο κυτταρικό «λογισμικό» που ρυθμίζει τους σηματοδότες του κυτταρικού οδικού δικτύου. Το κυτταρικό «πρόγραμμα» επικοινωνίας που διασφαλίζει ότι τα κυστίδια με το περιεχόμενό τους θα βρίσκονται στο σωστό σημείο την κατάλληλη στιγμή.
Στην απόφαση της απονομής του βραβείου σε αυτές τις έρευνες θα πρέπει να συνυπολογιστούν και οι πολυάριθμες ιατρικές εφαρμογές. Η κατανόηση του μηχανισμού κυκλοφορίας των βιομορίων έχει ως αποτέλεσμα την καλύτερη κατανόηση των δυσλειτουργιών ή των ανεπαρκειών κατά την παραγωγή και τη ρύθμιση της απελευθέρωσης πολύτιμων ορμονών ή χημικών σημάτων, π.χ. της ινσουλίνης στους διαβητικούς ή ορισμένων νευροδιαβιβαστών σε διάφορες νευρολογικές παθήσεις.
Οι ανακαλύψεις αυτές θέτουν τις βάσεις για νέες πολύ πιο αποτελεσματικές θεραπείες των πολυάριθμων μεταβολικών ή ανοσοποιητικών παθήσεων.
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Ποιοι είναι οι πρωτοπόροι εξερευνητές του μεταφορικού συστήματος των κυττάρων μας;
•Ράντι Σέκμαν (Randy W. Schekman). Γεννημένος στις ΗΠΑ το 1948 θεωρείται ένας από τους πιο επιφανείς κυτταρικούς βιολόγους. Σήμερα εργάζεται στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ. Ηδη από τη δεκαετία του 1970 άρχισε να μελετά την «οδική συμπεριφορά» των κυστιδίων από γενετικής απόψεως. Μελετώντας αρχικά μικροοργανισμούς, κατάφερε να εντοπίσει τις γονιδιακές μεταλλάξεις που καθορίζουν τη δυσλειτουργία των κυστιδίων. Κατόπιν κατάφερε να ταυτοποιήσει τις τρεις διαφορετικές ομάδες γονιδίων που ρυθμίζουν τις διαφορετικές φάσεις της κυστιδικής μεταφοράς. Οι πολυετείς έρευνές του αποκάλυψαν το πώς ακριβώς σχηματίζονται τα νέα κυστίδια και ποια είναι η δυναμική της ανάπτυξής τους.
•Τζέιμς Ρόθμαν (James E. Rothman). Γεννήθηκε στις ΗΠΑ το 1947. Είναι διαπρεπής μοριακός βιολόγος που επί μία εικοσαετία -από το 1980 μέχρι το 2000- πραγματοποίησε τις πρωτοποριακές έρευνές του γύρω από την κυτταρική μεταφορά πρωτεϊνών μέσω κυστιδίων. Κατάφερε να εντοπίσει πρώτος και να αναλύσει ένα σύμπλεγμα πρωτεϊνών που επιτρέπει στα κυστίδια να προσκολλώνται και να συντήκονται με την κυτταρική μεμβράνη-στόχο. Επίσης, ανακάλυψε πώς μέσω διαφορετικών πρωτεϊνών που λειτουργούν ως «οδικά σήματα» τα κυστίδια μπορούν να βρίσκουν με ασφάλεια και να προσδένονται στον στόχο τους. Σήμερα είναι καθηγητής βιοϊατρικών επιστημών και πρόεδρος του Τμήματος Κυτταρικής Βιολογίας στο Πανεπιστήμιο Γέιλ.
•Τόμας Σίντχοφ (Thomas C. Südhof). Γεννήθηκε το 1955 στο Γκέτιγκεν της Γερμανίας. Είναι βιοχημικός και από καιρό θεωρείται μια από τις μέγιστες αυθεντίες σε θέματα συναπτικής μεταβίβασης νευρικών σημάτων στον εγκέφαλο. Σε αυτή την περίπτωση, τα νευρικά σήματα που γεννώνται από τα νευρικά κύτταρα (από τους προσυναπτικούς νευρώνες) μεταφέρονται κατά μήκος των νευραξόνων τους μέσω κυστιδίων.
Οι έρευνες του Τ. Σίντχοφ αποκάλυψαν πώς οι νευροδιαβιβαστές, που μεταφέρουν τα νευρικά σήματα, καταφέρνουν να συνδέονται με ακρίβεια στον επόμενο νευρώνα-στόχο (στους μετασυναπτικούς νευρώνες).
Από το 1983 ζει και εργάζεται στις ΗΠΑ, στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου Στάνφορντ.
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
Το φετινό Νόμπελ στην υπολογιστική χημεία
Σύμφωνα με την επίσημη ανακοίνωση, το φετινό Νόμπελ Χημείας μοιράστηκαν από κοινού ο 83 ετών αυστριακής καταγωγής Αμερικανός καθηγητής Χημείας Μάρτιν Κάρπλους, ο 66 ετών νοτιοαφρικανικής καταγωγής Βρετανός καθηγητής Χημείας στο Πανεπιστήμιο Στάνφορντ Μάικλ Λέβιτ και ο 73 ετών ισραηλινής καταγωγής Αμερικανός βιοχημικός Αριεχ Γουάρσελ του Πανεπιστημίου της Νότιας Καλιφόρνιας.
Η απόφαση της Σουηδικής Ακαδημίας Επιστημών τεκμηριώνεται ως εξής: οι τρεις επιστήμονες «θεμελίωσαν τα ισχυρά προγράμματα υπολογιστών τα οποία χρησιμοποιούνται για να κατανοήσουμε και να προβλέψουμε χημικές διαδικασίες»… «για την ανάπτυξη (υπολογιστικών) μοντέλων, σε πολλαπλές κλίμακες, με σκοπό την κατανόηση περίπλοκων χημικών συστημάτων», αυτές οι «προσομοιώσεις σε υπολογιστή που αναπαριστούν αυτά που συμβαίνουν στην πραγματική ζωή και είναι αποφασιστικής σημασίας για τις περισσότερες προόδους που συντελούνται στη χημεία σήμερα», όπως αναφέρει η αρμόδια επιτροπή στη σχετική ανακοίνωσή της.
Μαθαίνοντας χημεία στους υπολογιστές
Αυτοί οι τρεις ερευνητές επέφεραν, κατά τη δεκαετία του 1970, μια ριζική ανατροπή στον παραδοσιακό τρόπο μελέτης των σύνθετων χημικών συστημάτων. Εκείνη την εποχή και οι τρεις συνεργάζονταν στο Πανεπιστήμιο Χάρβαρντ των ΗΠΑ. Σε τι όμως απέβλεπε αυτή η ερευνητική συνεργασία;
Πρώτοι αυτοί αποφάσισαν να εισαγάγουν και να δημιουργήσουν υπολογιστικά προγράμματα ικανά να αναπαριστούν τη μικροδομή των χημικών φαινομένων και κυρίως να περιγράφουν λεπτομερώς ή να προβλέπουν τη δυναμική τους. Ετσι άνοιξαν νέους δρόμους τόσο στην έρευνα όσο και στις εφαρμογές της υπολογιστικής χημείας. Πράγματι, τα επόμενα χρόνια τα υπολογιστικά μοντέλα στη χημεία θα γνωρίσουν εντυπωσιακή ανάπτυξη, και πλέον εφαρμόζονται ευρέως από τη χημική βιομηχανία, π.χ. από τις φαρμακοβιομηχανίες.
Το εντυπωσιακό με τη φετινή επιλογή των Νόμπελ στη Χημεία είναι ότι δεν επιβραβεύεται μια νέα θεωρία ούτε μια σημαντική εργαστηριακή ανακάλυψη, αλλά μια εντελώς νέα (μεθοδολογικά) προσέγγιση και ανάλυση όλων των χημικών φαινομένων: η υπολογιστική κατασκευή χημικών μοντέλων. Στα σημερινά χημικά εργαστήρια, τα υπολογιστικά προγράμματα προσομοίωσης θεωρούνται εξίσου σημαντικά με τις «παραδοσιακές» εργαστηριακές πρακτικές!
Ολα άρχισαν, όταν αυτοί οι τρεις χημικοί αποφάσισαν να χρησιμοποιήσουν τους πρωτόγονους τότε υπολογιστές για να αναπαραστήσουν (μαθηματικά, δηλαδή υπολογιστικά) πολύ απλές χημικές δομές. Δημιούργησαν γι’ αυτό τον σκοπό απλούστατα μοντέλα με μπαλίτσες (για τα άτομα) και ραβδάκια ή ελατήρια (για τους χημικούς δεσμούς) με την πρόθεση να κωδικεύσουν αυτά τα απλά χημικά μοντέλα σε ένα πρόγραμμα για υπολογιστή ικανό να περιγράφει τις μεταβολές στον χρόνο αυτών των χημικών αναπαραστάσεων. Κάτι που ίσως θυμίζει τα σημερινά παιδικά παιχνίδια, όπως «Ο μικρός χημικός». Αντίθετα όμως με τα παιχνίδια, στα πρώτα μαθηματικά μοντέλα με τις «μπαλίτσες» είχαν ενσωματωθεί όλες οι φυσικο-χημικές γνώσεις της εποχής, καθώς και μεγάλη δόση δημιουργικότητας.
Πάντως αυτό το «παιχνιδάκι» δεν είναι τεχνοεπιστημονικά αθώο, αφού κρατά ήδη πολλές δεκαετίες, ενώ γνώρισε και πολλές εντυπωσιακές βιομηχανικές εφαρμογές!
Οι δημιουργοί της υπολογιστικής χημείας
■ Ο Μάρτιν Κάρπλους (Martin Karplus) γεννήθηκε το 1930 στη Βιέννη. Σε ηλικία 23 ετών μετανάστευσε στις ΗΠΑ. Σήμερα είναι ομότιμος καθηγητής των Πανεπιστημίων Χάρβαρντ και Στρασβούργου.
■ O Μάικλ Λέβιτ (Michael Levitt), Αμερικανός και Βρετανός πολίτης, γεννήθηκε στη Νότια Αφρική το 1947. Το 1971 επέστρεψε στη Βρετανία, όπου δίδαξε στο Κέμπριτζ. Σήμερα είναι καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Στάνφορντ.
■ Ο Αριεχ Γουάρσελ (Arieh Warshel), υπήκοος των ΗΠΑ και του Ισραήλ, γεννήθηκε το 1940 σε ισραηλινό κιμπούτς. Διδάσκει στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνιας και είναι διάσημος για τα περίφημα και ιδιαίτερα ενδιαφέροντα υπολογιστικά μοντέλα του για πολύπλοκα συστήματα.
