W środę ogłoszono, że Frances H. Arnold oraz George P. Smith i Gregory P. Winter zostali laureatami Nagrody Nobla w dziedzinie chemii. Szwedzka Akademia doceniła ich prace za wykorzystanie ewolucji w chemii i jej praktycznego zastosowania na potrzeby ludzi.

Prof. Arnold jest autorką strategii modyfikowania sekwencji białek tak, aby spełniały one cenne, pożądane funkcje. Jak wyjaśnił PAP prof. Skowronek, jest to inna metoda niż planowanie racjonalne, które polega na tym, że naukowcy z użyciem technik komputerowych próbują odgadnąć, jak zmienić kształt białka, aby na przykład działało szybciej i w wyższych temperaturach, co ma wielkie znaczenie dla przemysłu. Opisana przez noblistkę metoda sterowanej ewolucji pozwala biotechnologom przejąć kontrolę nad naturalnymi mechanizmami powstawania białek.

"Używamy mechanizmów ewolucyjnych do własnych celów. Ewolucja opiera się na dwóch filarach: zmienności i selekcji. Przyspieszamy zmienność, czyli tzw. mutacje i selekcjonujemy te białka, które odpowiadają naszym potrzebom. Ten krótki i łatwy proces dokonywany jest wiele razy i nie odbywa się z użyciem komputerów, jest to metoda eksperymentalna. Problemem jest tu połączenie fenotypu z genotypem. Musimy powiązać materiał genetyczny z nowym białkiem, co nie jest trywialne, ponieważ w jednym eksperymencie możemy przebadać 10 do potęgi 13 możliwości” – mówi bioinżynier, prof. Krzysztof Skowronek z Międzynarodowego Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej w Warszawie.

Jak tłumaczy, ten problem rozwiązało pozostałych dwóch noblistów. Prof. Smith opracował technikę „prezentacji na fagu białka, które podlega ewolucji”. Prof. Winter wykorzystał tę metodę do wytworzenia adalimumabu – leku stosowanego w chorobach autoimmunologicznych, m.in. w łuszczycy i chorobie Crona.

Bakteriofag to wirus, który tanio i bezpiecznie namnaża się w bakteriach. Technika polega na wstawieniu genu kodującego nasze białko do genu, który koduje osłonkę faga. Dzięki temu wirus prezentuje nasze białko na zewnątrz, ale w środku jest zapis sekwencji genetycznej.

Jak wyjaśnił, selekcja w tym przypadku polegała na wybraniu takiego białka, które wiąże się do pewnych cząsteczek układu odpornościowego. Dzięki tej technice można uzyskać białka blokujące reakcję autoimmunologiczną u chorego.

Prof. Skowronek stosuje techniki ewolucji enzymów w badaniach podstawowych. Pracuje nad enzymami, które rozpoznają sekwencję DNA i ją przecinają, bardzo specyficzne. Jego badania potwierdziły, że przy użyciu metod sterowanej ewolucji można zmienić sekwencję kwasów nukleinowych rozpoznawaną przez enzym.

Profesor przyznaje, że nie spotkał innych polskich badaczy, którzy używają technik ewolucji w rozpoznawaniu sekwencji DNA. Jest jednak przekonany, że to metody przyszłościowe dla polskiej nauki, szczególnie, że nie wiążą się z żadnymi inwestycjami. Jego zdaniem mogą być stosowane w każdym laboratorium zajmującym się biologią molekularną.

„Zazwyczaj pokłosiem Nagrody Nobla jest rosnące zainteresowanie daną techniką. Dlatego przyjemne było, gdy dowiedziałem się, ze komitet noblowski uznał coś tak bliskiego mojemu sercu za godne nagrody” – powiedział prof. Skowronek.

Zaznaczył, że miał szczęście prowadzić swoje badania w zespole z udziałem bioinformatyków. Potrafili oni ograniczyć całą zmienność do pewnych regionów białka i wskazać, które aminokwasy są kluczem do tego, żeby to białko zyskało cenne funkcje.

„Przy 50 aminokwasowym białku liczba kombinacji takiej sekwencji jest większa niż liczba atomów we Wszechświecie – szacuje prof. Skowronek. - Łatwo w tej technice zapędzić się w kozi róg, bo można wyizolować białka, które nie są aktywne albo wiążą się absolutnie ze wszystkim, a nie tylko z naszą substancją” - mówi. (PAP)

autorka: Karolina Duszczyk

kol/ jjj/ ekr/