A napi biológiai óra tanulmányozásáért járt a Nobel-díj

A cirkadián ritmust, azaz a "napi biológiai órát" szabályozó molekuláris mechanizmus kutatásáért három amerikai tudós kapja az idei orvosi-élettani Nobel-díjat - jelentették be hétfőn a Karolinska Intézetben Stockholmban.

Az illetékes bizottság indoklása szerint Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash és Michael W. Young felfedezései rávilágítanak arra, hogy a növények, az állatok és az emberek biológiai ritmusa miként alkalmazkodik a Föld forgásához.

Forrás: AFP/Jonathan Nackstrand

A három kitüntetett 9 millió svéd koronával (291,6 millió forintos összeggel) gazdagodik, a díjátadó ünnepséget hagyományosan december 10-én, az elismerést alapító Alfred Nobel halálának évfordulóján rendezik.

Minden soksejtes élőlényben ugyanúgy működik

A földi élet a bolygó forgásához igazodik. A kutatók előtt már régóta ismert, hogy az élő szervezeteknek - beleértve az embert - belső, biológiai órájuk van, amely segíti őket a napi ritmushoz való alkalmazkodásban és az arra való felkészülésben. Ennek a belső órának a mechanizmusa részben annak köszönhetően vált ismertté, hogy a három amerikai tudós megvilágította belső működését.

Gyümölcslegyeket használva modellorganizmusként, az idei orvosi Nobel-díj kitüntetettjei izoláltak egy olyan gént, amely szabályozza a napi biológiai ritmust.

Kimutatták, hogy ez a gén kódol egy fehérjét, amely éjszaka felgyülemlik a sejtben, nappal pedig lebomlik.

Később a gépezet működésében részt vevő további fehérjéket azonosítottak, megvilágítva a mechanizmust, amely a sejten belüli önfenntartó óra működését szabályozza. Ma már ismert, hogy a biológiai órák ugyanazon elvek mentén működnek más soksejtes organizmusokban is, beleértve az embert.

Thomas Perlmann svéd professzor, az orvosi és élettani Nobel-díjat odaítélő bizottság titkára Forrás: MTI/EPA/TT NEWS AGENCY/Jonas Ekstromer

A belső óra rendkívüli precizitással igazítja a szervezet működését a nap eltérő szakaszaihoz. Ez az óra szabályozza az olyan kritikus funkciókat, mint a viselkedés, a hormonszintek, az alvás, a testhőmérséklet és az anyagcsere. Az ember egészségét befolyásolja, ha átmenetileg felborul a külső környezet és a belső biológiai óra összhangja. Ez történik például akkor, ha valaki átutazik több időzónán és ez zavarokat vált ki szervezete működésében. Vannak arra utaló jelek, hogy az életvitel és a belső óra által diktált ritmus közötti összhang krónikus hiánya összefüggésben áll több betegség kialakulásával.

A felfedezés

A legtöbb élő szervezet alkalmazkodik a környezet napi változásaihoz. A 18. században Jean Jacques d'Ortous de Mairan csillagász mimózákat tanulmányozva megfigyelte, hogy a növény levelei napközben a fény felé nyíltak, alkonyatkor lekonyultak. Megfigyelte azt is, hogy a virág állandó sötétségben is megtartotta ezt a napi ritmusát.

Az 1970-es években Seymour Benzer és tanítványa, Ronald Konopka rájöttek arra, hogy egy ismeretlen gén mutációja megzavarta a muslicák cirkadián ritmusát. A génnek a period (periódus) nevet adták. Szintén gyümölcslegyeket tanulmányozva a Bostonhoz közeli Brandeis Egyetemen Jeffrey Hall és Michael Rosbash, valamint Michael Young a New York-i Rockefeller Egyetemen sikeresen izolálta a periódus gént.

Utóbbi két tudós felfedezte, hogy a gén által kódolt PER fehérje felgyülemlik az éjszaka és lebomlik a nap folyamán, vagyis 24 órás ciklusban ingadozik, a cirkadián ritmussal összhangban működik.

Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash és Michael W. Young amerikai tudósokról (b-j) Forrás: MTI/EPA/CUHK/-------------------

Következő céljuk annak megértése volt, hogy miként lehet generálni és fenntartani ilyen cirkadián ingadozásokat. Hall és Rosbash feltételezte, hogy a PER fehérje gátolja a periódus gén aktivitását. Rájöttek, hogy meg tudja akadályozni saját szintetizálódását és ezáltal ciklikus ritmusban szabályozni képes saját szintjét. 1994-ben Michael Young felfedezett egy másik "óragént", amely a TIM fehérjét kódolja. Ez a protein szükséges a normál cirkadián ritmushoz és ahhoz, hogy vele összekapcsolódva a PER fehérje a sejtmagba jutva blokkolja a periódus gént.

Ezzel összeállt a kép arról, hogy miként változik a fehérjék szintje a sejtben, az azonban továbbra is kérdés maradt, hogy mi szabályozza az oszcilláció gyakoriságát.

Michael Young később azonosított még egy, a doubletime gént, amely a PER fehérje felgyülemlését késleltető DBT fehérjét kódolja. Ez megvilágította, hogyan igazodik az oszcilláció egy nagyjából 24 órás ritmusba.

Azóta a belső óra mechanizmusának egyéb molekuláris összetevőit fedezték fel, megmagyarázva a rendszer stabilitását és működését.

108. alkalommal adták át az orvostudományi Nobel-díjat

Az orvostudományi Nobel-díjat 1901 óta most 108. alkalommal ítélték oda, összesen 214 tudósnak: 39 alkalommal kapta egy, 32 alkalommal két, 37 alkalommal három tudós részesült megosztva az elismerésben. A 214 kitüntetettből 12 nő van, akik közül csak Barbara McClintock vehette át egyedül a díjat 1983-ban.

A kitüntetést kilenc alkalommal (1915, 1916, 1917, 1918, 1921, 1925, 1940, 1941 és 1942) nem ítélték oda. A díjat egy kitüntetett nem vehette át: a német Gerhard Domagkot Adolf Hitler arra kényszerítette, hogy utasítsa vissza a neki 1939-ben megítélt orvosi Nobel-díjat, a tudós az érmet és az oklevelet (a pénzösszeget már nem) csak 1947-ben vette át.

Az eddigiek során a legfiatalabb kitüntetett Frederick G. Banting, aki 1923-ban harminckét évesen vehette át a díjat, míg a legidősebb Francis Peyton Rous, aki nyolcvanhét éves volt, amikor 1966-ban neki ítélték a kitüntetést. 1947-ben fordult elő első alkalommal, hogy egy házaspár mindkét tagja, Gerty és Carl Cori is megkapta az orvosi Nobel-díjat, majd 2014-ben a norvég May-Britt Moser és férje, Edvard Moser szintén megosztott orvosi Nobel-díjat kapott. A díjazottak átlagos életkora ötvennyolc év, a legidősebb élő kitüntetett az 1920-ban született Edmond H. Fischer amerikai tudós, aki 1992-ben kapta meg a díjat.

Érdekesség, hogy a díjat el nem nyert jelöltek kilétéről ötven évig nem közölhető információ. Így például csak a fél évszázad lejártával derülhetett ki, hogy Sigmund Freud osztrák pszichiátert több mint tucatnyi alkalommal jelölték, de egyszer sem kapta meg a díjat.

Eddig három magyar vagy magyar származású kitüntetettje volt a fiziológiai vagy orvostudományi Nobel-díjnak. A Svédországban élt Bárány Róbert (1876-1936) 1914-ben kapta a díjat "a vesztibuláris apparátus (egyensúlyszerv) fiziológiájával és kórtanával kapcsolatos munkáiért". 1937-ben Szent-Györgyi Albert (1893-1986) - eddig egyetlen magyarként, aki idehaza folytatott kutatásokat - kapta a kitüntetést "a biológiai égésfolyamatok terén tett felfedezéséért, különösen ami a C-vitamin és a fumársav-katalízis felfedezését illeti". Az Amerikában letelepedett Békésy György (Georg von Békésy, 1899-1972) "a fül csigájában létrejövő ingerületek fizikai mechanizmusának felfedezéséért" 1961-ben kapott orvosi Nobel-díjat.