Canalul Youtube Raportul de gardă
Rolul educației pentru sănătate în medicina personlizată

Premiul Nobel pentru Chimie 2018: aplicarea principiilor lui Darwin în eprubete și dezvoltarea de medicamente biologice în beneficiul întregii umanități

mm
07 Dec 2018
933 Views

Săptămâna Nobel continuă cu prezentarea Premiul Nobel pentru Chimie, acordat de către Comitetul Nobel lui Frances Arnold, pentru evoluția controlată a enzimelor, și lui George Smith și Sir Gregory Winter, pentru expunerea peptidelor și anticorpilor prin intermediul bacteriofagilor.

Cine sunt câștigătorii și cum au primit vestea?

Frances H. Arnold, născută în 1956 în Pitsburgh, Statele Unite ale Americii, este cercetător și profesor de Inginerie Chimică la Institutul de Tehnologie din California, SUA. Aceasta a efectuat studiile la Universitatea din California, Berkley, SUA. Primul articol în care detaliază metoda evoluției controlate a fost publicat în 1993.

abonare
nobel-chim-4-arnold-reactie

Copyright: Nobel Media AB 2018

Este primul laureat care a răspuns apelului telefonic, la 4 dimineața. A acordat un interviu jurnaliștilor din Suedia la mai puțin de o oră de la anunțul oficial. Aceasta și-a exprimat entuziasmul pentru câștigarea acestui premiu prestigios. În noaptea anunțului, Arnold se afla în alt oraș pentru o conferință, iar familia și prietenii nu au reușit să o felicite personal până în acel moment.

Aceasta a afirmat că activitatea ei profesională, care a condus la procedeul de evoluție controlată, poate fi descrisă drept copierea procesului de proiectare al naturii. Frances Arnold este a cincea femeie care a primit vreodată premiul Nobel pentru Chimie, și a încheiat interviul cu o încurajare pentru femeile care lucrează în domenii științifice.

George P. Smith, născut în 1941 în Norwalk, SUA, este Profesor la Universitatea din Missouri, Columbia, SUA și a absolvit studiile la Universitatea Harvard, Cambridge, SUA.

nobel-chim-3-smith

Copyright: Nobel Media AB 2018

George Smith își bea deja cafeaua la ora 4:30 când a fost anunțat telefonic. Acesta a declarat că un merit semnificativ îl au toți cercetătorii care au efectuat descoperiri în acest domeniu. În zilele următoare a fost răsplătit de către Universitatea Missouri, unde este profesor, cu propriul loc de parcare a bicicletei cu care vine în fiecare zi la laborator.

Sir Gregory P. Winter, născut în 1951 în Leister Marea Britanie a absolvit studiile doctorale la Universitatea din Cambridge și este Cercetător la Laboratorul de Biologie Moleculară al aceleiași Universități.

nobel-chim-3-winter

Copyright: Nobel Media AB 2018

Sir Gregory Winter a fost anunțat în dimineața care a urmat unei petreceri cu colegii săi și s-a temut că este o farsă. Acesta a declarat că prima sa acțiune în calitate de Laureat Nobel va fi o altă petrecere pentru colaboratorii săi din cadrul laboratorului unde a efectuat descoperirile. Acesta a rememorat interacțiunea cu primul pacient oncologic care a primit o terapie creată prin procedeul său. Acela a fost momentul în care a înțeles că un cercetător are datoria morală de a produce molecule de care să beneficieze cât mai mulți oameni.

Ce sunt evoluția controlată a enzimelor și expunerea la fagi și ce impact au avut asupra clinicii medicale?

După cum a afirmat și Klaus Gustavson, membrul al comitetului Nobel care a decis acordarea premiilor, anul acesta este premiată evoluția științifică bazată pe evoluția naturală. Laureații au aplicat principiile lui Darwin în eprubete și au dezvoltat molecule terapeutice în beneficiul întregii umanități, prin creșterea vitezei de proceselor naturale și prin direcționarea acestora (pentru o descrie detaliată a mecanismelor citiți aici).

chim-1-evolutie-controlata

Copyright: Nobel Media AB 2018

Teoria evoluției este un mecanism prin care toate formele de viață existente pe Pământ au apărut și s-au adaptat la mediul înconjurător. Prin evoluție și adaptare, forme de viață variate au populat cele mai improbabile și periculoase ecosisteme, precum oceanele adânci sau apele termale. Această adaptare nu ar fi posibilă fără evoluția permanentă a substanțelor chimice din interiorul celulelor – proteine cu diverse funcții, precum enzimele.

Evoluția controlată și expunerea la fagi sunt metode științifice care au marcat profund felul în care cercetăm lumea naturală și dezvoltăm noi substanțe.

Procedeul de selecție controlată

Frances H. Arnold a efectuat în 1993 primele experimente în evoluția controlată a bacteriilor, care pot astfel produce enzime. Metoda ei este astăzi utilizată în industria farmaceutică – pentru medicamente, precum cele utilizate în terapia antidiabetică, și substanțe utilizate în imagistica medicală cerebrală, și în cea a combustibililor „verzi”.

Procedeul de selecție controlată implică alegerea unei enzime deja existente, ale cărei proprietăți și funcție trebuie modificate. Inițial a fost utilizată subtilisina, o enzimă care digeră caseina (o proteină din lapte) doar dacă se află în apă. Inițial, Arnold dorea să deteremine subtilisina să catalizeze această reacție într-un alt mediu, într-un solvent organic. Astfel, a modificat ADN-ul care formează gena pentru subtilisină să producă mai multe variante mutante ale genei. Ulterior, a introdus aceste gene în bacterii care au produs numeroase variante de subtilisină. Toate au fost testate în solventul organic, iar varianta care a funcționat cel mai bine a fost selectată, gena corespunzătoare a fost mutată iar procesul s-a repetat. În a treia generație, după introducerea a 10 mutații aleatorii, enzima are o capacitate de 256 ori mai mare de a cataliza decât enzima inițială.

Procedeul de „expunere la fagi”

„Expunerea la fagi”, procedeu dezvoltat de Smith, a fost rafinat de Winter pentru a dezvolta medicamente. Datorită specificității, se cunoștea de pe atunci că anticorpii au potențialul de a deveni medicamente foarte eficiente și sigure. Dezvoltarea lor pornește de la cunoașterea proteinei care trebuie „atacată” pentru a trata boala. În bacteriofag se introduce ADN-ul ce poate transcrie un anticorp. Se produc numeroși bacteriofagi diferiți, prin introducerea de mutații în ADN-ul anticorpului. După infectarea bacteriilor, se introduce proteina care se dorește a fi țintită în soluția care conține bacteriofagi cu numeroase proteine pe suprafață și se selectează anticorpul care se atașează de ea cel mai exact.

Acest anticorp este supus evoluției controlate, iar în câteva generații se obține un anticorp cu o specificitate înaltă pentru proteina-țintă. Primul asemenea anticorp dezvoltat este adalimumab, aprobat pentru comercializare în 2002, care este specific proteinei TNF alfa, implicată în atacul sistemului imun contra celulelor normale ale organismului. Este folosit în boli autoimune și inflamatorii precum artrita reumatoidă, psoriazis și bolile inflamatorii intestinale. „Expunerea la fagi” a fost utilizată și pentru a dezvolta terapii țintite oncologice, un vaccin contra antraxului, iar terapii contra bolii Alzheimer sunt în dezvoltare.

Citește și:

Sursă imagine feature: Niklas Elmehed. Copyright: Nobel Media AB 2018

Leave a Comment

Your email address will not be published.