Prēmija medicīnā – par mikroRNS atklāšanu
Nobela prēmija fizioloģijā vai medicīnā šogad piešķirta diviem amerikāņu zinātniekiem – Masačūsetsas Universitātes profesoram Viktoram Ambrosam un Hārvarda Medicīnas skolas ģenētikas profesoram Gērijam Ruvkunam – par mikroRNS atklāšanu un pētījumiem, kas palīdzēja labāk izprast gēnu regulēšanas sistēmas.
"Viņi pētīja būtībā, kā attīstās nematode C.elegans. Būtībā tas ir tāds kā mazs tārps, kuru mēs varam redzēt tikai mikroskopā. Tas ir ļoti plaši pētīts modeļorganisms, lai varētu izpētīt, kā vispār eikarioti funkcionē. Viņi gribēja saprast, kā embrionāli attīstās šis tārpiņš, un atklāja divus gēnus," stāstīja Niedra.
Viens no atklātajiem gēniem bija proteīnu kodējošais gēns, kas nav nekas neparasts un ir labi zināms, savukārt otrs – nebija.
"Tas nebija proteīnu kodējošs, bet gan tā kā ļoti maza RNS molekula. Tas pētniekus izbrīnīja, jo būtībā pirmo reizi kaut kas tāds tika redzēts. Tālāk pētot, viņi identificēja, ka šī mazā molekula būtībā var mijiedarboties ar to otru gēnu," stāstīja Niedra.
Viņi noskaidroja, ka jaunatklātā un līdz tam pasaulei nezināmā mikroRNS molekula patiesībā ietekmē mums jau zināmos gēnus un pat regulē to darbību.
"Būtībā viņi atklāja tādu sistēmu, kurā ir divi gēni. Viens ir tas, kurš ir svarīgs embrionālajai attīstībai, un otrs ir tas, kurš būtībā regulē to gēnu.
Lielākais atklājums būtībā ir, ka tas nav klasisks proteīnu kodējošs gēns, tas ir mikroRNS. Pirmo reizi kaut kas tāds tika novērots," skaidroja Niedra.
Sākotnēji tika uzskatīts, ka šādi gēni sastopami tikai nematodēs, bet daudzus gadus vēlāk tika secināts, ka arī cilvēku genomā tādi pastāv. Tālāk, protams, tas tika padziļināti pētīts, līdz tika noskaidrots, ka mikroribonukleīnskābes (mikroRNS) molekulām ir būtiska loma orgānu un līdz ar to visa cilvēka organiska attīstībā.
"Līdz tam brīdim tika uzskatīts, ka proteīna kodējošie gēni, kas pārvērš ģenētisko informāciju proteīnā, ir tādi kā galvenie gēni, kas būtībā regulē visu organisma attīstību un darbību, un mijiedarbību ar vidi, un vispār veido to organismu, bet tālāk tika atklātas šīs mazās, nekodējošās RNS, tostarp mikroRNS, kas būtībā tā kā ir pa vidu tam visam ceļam no DNS līdz proteīnam," skaidroja Niedra.
MikroRNS būtībā ir pa vidu visam šim sarežģītajam procesam, jo tas netiek realizēts tālāk proteīnos. Tās tā arī saglabājas kā ribonukleīnskābes molekulas, kuras būtībā šūnā darbojas kā slēdzis. To uzdevums ir ieslēgt, izslēgt, saslēgt un regulēt mūsu gēnus.
Zinātnieki norāda, ka šīs gēnu regulēšanas sistēmas izpēte var palīdzēt cīņā ar dažādām slimībām.
"MikroRNS būtībā ir kā slēdzis šūnā, kas pasaka, kuriem gēniem vajadzētu būt aktīviem, bet kuriem ne.
Respektīvi, mikroRNS var kalpot kā terapijas un zāļu mērķis, kā arī mūsdienās ir pētījumi, kas parādījuši, ka tie var kalpot kā marķieri – kaut kas, kas varētu raksturot, kas ir noticis tajā slimībā, cik bīstams, piemēram, ir konkrētais audzējs, vai tas ir agresīvs vai mazāk agresīvs. MikroRNS būtībā var iedot vairāk informācijas par to," stāstīja Niedra.
Tāpat nākotnē, ja izdotos atrast veidu, kā kontrolēt šo mikroRNS, kas savukārt regulē gēnus, daudzas slimības varētu novērst to sākuma stadijā, vēl pirms tās vispār ir sākušas izpausties.
Prēmija ķīmijā – par datormodelēšanas sistēmu
Savukārt Nobela prēmija ķīmijā piešķirta trim cilvēkiem – Deividam Beikeram par proteīnu skaitļošanas dizainu, kā arī zinātnieku duetam Demisam Hasabisam un Džonam Džamperam par proteīnu struktūras prognozēšanu.
"Mums jau bija labs ievads par RNS un DNS, un to, kā mēs nonākam līdz proteīniem. Proteīni ir tās lielās molekulas mūsu organismā, kas veic daudz un dažādas funkcijas. Tās ir mūsu muskuļos, ādā un veic ķīmiskas reakcijas, kas palīdz kaut ko sašķelt, kaut ko savienot," skaidroja Bobrovs.
Problēma līdz šim bija tāda, ka zinātniekiem bija zināšanas par to, kā aminoskābes, kas veido proteīnus gluži kā "Lego" klucīši, savā starpā savienot un salikt virknītē, bet nebija skaidrs, kā veidot šo proteīnu 3D modeli – kā tas viss kopums izskatās telpā.
"Zinātnieki, kas saņēma šogad prēmiju, strādāja pie tā, lai ar datora palīdzību varētu uzmodelēt šo struktūru, kā tad tas proteīns īsti izskatīsies, un viņiem tas izdevās," stāstīja Bobrovs.
Kāpēc mums ir svarīgi redzēt, kā proteīni izskatās? Varbūt pietiek ar to, ka zinām, kā izskatās tās aminoskābes jeb "Lego" klucīši, kas proteīnus veido?
Bobrovs paskaidroja: "Proteīniem to, kādu funkciju tie veic, nosaka to struktūra jeb tas, kā tie [aminoskābju] gabaliņi ir salikti kopā. Tur tās iespējamās kombinācijas var būt, es nezinu, miljardiem. Tas, kā tie ir izkārtoti 3D struktūrā, kā tie izskatās, maina to, kādu funkciju tie veiks."
Proti, ja mums ir vēlme panākt, lai konkrēts proteīns palīdz notikt kaut kādai reakcijai mūsu organismā, mums ir jāzina, kā vizuāli šim proteīnam ir jāizskatās, lai mēs to varētu atpazīt un, iespējams, mākslīgi ģenerēt.
"Ir metodes, kā to var izdarīt, eksperimentāli nosakot proteīna struktūru, bet tā eksperimentālā struktūras noteikšana var aizņemt ideālā gadījumā pāris nedēļas vai mēnešus, bet tie var būt arī gadi.
Tagad mums ir datormodeļi, ar kuriem mēs to varam izdarīt pāris minūtēs vai stundās," skaidroja Bobrovs.
Praktiski tas var palīdzēt nonākt pie jaunām zāļvielām, jo tas, ka mēs zinām, kā konkrētais proteīns 3D struktūrā izskatās, var palīdzēt mērķtiecīgi atrast zāļvielas, kas sasaistās ar šo proteīnu, un nobloķēt to – neļaut tam veikt kaut kādas nevēlamas darbības.
"Tagad mums ir pieeja šiem datormodeļiem, un mēs varam sākt izmantot datora resursus daudz ātrāk šo zāļvielu attīstīšanas stadijā. Mums vairs nav jāgaida tie daudzie gadi, kamēr tiksim pie tās [proteīna] struktūras, bet varam jau ļoti ātri uzreiz sākt strādāt. Tas viss ļoti ātri paātrina darbu laboratorijā," norādīja Bobrovs.
