Osiem medali

Osiągnięcia tegorocznych laureatów można bez przesady nazwać wiekopomnymi. Nobla z medycyny dostali naukowcy, którzy wynaleźli leki ratujące miliony istnień na świecie. Nobel z fizyki powędrował do badaczy jednych z najczęściej występujących we Wszechświecie cząstek elementarnych. Nagrodę z chemii dostali zaś uczeni, których badania pomagają walczyć z rakiem.

Komitet noblowski przyznał w sumie osiem medali w trzech dziedzinach. Z fizjologii i medycyny otrzymali je Irlandczyk William C. Campbell, Japończyk Satoshi Ōmura i Chinka Youyou Tu. Z fizyki – Japończyk Takaaki Kajita z zespołu Super-Kamiokande i Arthur B. McDonald z kanadyjskiego Sudbury Neutrino Observatory. Nagrodą z chemii podzielą się Szwed Tomas Lindahl, Amerykanin Paul Modrich i Amerykanin tureckiego pochodzenia Aziz Sancar.

Substancje, które ratują
Noble z medycyny i fizjologii łączy wspólny mianownik: choroby powodowane przez pasożyty. W przypadku duetu irlandzko-japońskiego chodzi o nicienie – robaki, których larwy przenoszone są przez muchy i komary. Chińska laureatka zajmowała się malarią – chorobą wywoływaną przez pierwotniaki rodziny plasmodium, których zarodniki również przenoszą komary.

Campbell i Ōmura odkryli substancję zwaną awermektyną, która po serii modyfikacji chemicznych przekształcona została w lek – iwermektynę (niedostępny w Europie), zabijający larwy różnego rodzaju pasożytów u zwierząt i ludzi. Lek uzyskał Campbell, badając substancje produkowane przez szczepy bakterii glebowych, wyselekcjonowane przez Satoshi Ōmurę. Iwermektyna jest bardzo skuteczna w walce z rozmaitymi nicieniami trapiącymi mieszkańców ciepłych rejonów świata: Afryki Subsaharyjskiej, południowej Azji i centralnej oraz południowej Ameryki.

Z kolei Youyou Tu pod koniec lat 60. XX w. badała metody tradycyjnej medycyny chińskiej. Jak opisuje we wspomnieniach (opublikowanych w 2010 r. na łamach „Nature”), zaintrygowała ją metoda leczenia malarii za pomocą wyciągu ze spotykanej również w Polsce bylicy rocznej (artemisia annua). Stare opisy stosowania zioła mówiły o wykorzystaniu soku rozpuszczonego w zimnej wodzie, a nie naparu. Doprowadziło to Youyou do wniosku, że wysoka temperatura może niszczyć substancję aktywną obecną w soku bylicy. Po opracowaniu metod ekstrakcji substancji czynnych na zimno udało się zidentyfikować związek, który nazwano później artemisinin (po chińsku qinghaosu). Jest on obecnie składnikiem wielu leków antymalarycznych. Uznaje się go za jeden z najskuteczniejszych przeciwko tej chorobie. Zmniejsza on odsetek powodowanych przez nią zgonów o 20-30 proc. Oznacza to, że w samej Afryce lek ratuje życie 100 tys. ludzi rocznie.

Na miarę Kopernika
Laureaci nagrody z fizyki pracują w dwóch wielkich zespołach: Super-Kamiokande i Sudbury Neutrino Observatory. Zajmują się badaniem najbardziej tajemniczych cząstek elementarnych – neutrin.
Prace, które zaowocowały Nagrodą Nobla, zaczęły się stosunkowo niedawno, bo w latach 90. ubiegłego wieku. Fizycy nauczyli się wówczas odróżniać typy neutrin – a są ich w sumie trzy rodzaje plus ich antycząstki. Z obliczeń wynikało, że na Słońcu powstaje tylko jeden ich rodzaj: neutrina elektronowe. Ale gdy zaczęto sprawdzać, ile neutrin elektronowych dociera do Ziemi ze Słońca, okazało się, że brakuje ich bardzo dużo: aż dwie trzecie. To za wiele jak na błąd w pomiarach albo rachunkach.

Jedną z propozycji odpowiedzi była tzw. oscylacja – czyli zmiana rodzaju neutrina w trakcie podróży. To dziwny pomysł, bo można go porównać do piłki, która lecąc zmienia się z tenisowej w futbolową, potem pingpongową i tak w kółko. Ale nie takie koncepcje przechodziły we współczesnej fizyce, więc i tę zaczęto badać. Z obliczeń teoretycznych wynikało, że w zasadzie wszystko jest możliwe pod warunkiem, że neutrino ma masę. Tyle tylko, że Model Standardowy – dotychczas najlepsza dostępna nam teoria opisująca świat cząstek elementarnych – zakładał, że neutrino masy nie posiada. Słowem, jeśli rzeczywiście mamy do czynienia z oscylacją neutrin, to trzeba przerobić Model Standardowy, czyli zacząć pisać fizykę cząstek elementarnych od nowa.

I rzeczywiście – w 1998 i 2001 r. przeprowadzono eksperymenty, które udowodniły, że neutrina mają masę. Był to przewrót na miarę kopernikańskiego dla wszystkich na świecie fizyków dogłębnie badających Model Standardowy (czyli pewnie dla jakichś 300 osób).

Na szczęście nie ma tego złego, co by na dobre nie wyszło. Jeśli neutrina mają masę – a wciąż nie wiemy jaką; pole do popisu na miarę następnego Nobla – to są znakomitymi kandydatami do rozwiązania zagadki ciemnej materii. Czyli problemu zaprzątającego głowę astrofizykom: dlaczego obserwujemy tylko niespełna 5 proc. materii Wszechświata, a pozostałe 95 proc. bilansu jego masy i energii jest niewidzialne.

Warsztat genetyczny
Choć tegoroczni laureaci Nobla z chemii nie współpracowali nigdy ze sobą, wszystkich fascynowało to samo – mechanizmy naprawiania nici DNA w żywych komórkach. Każdy z nich odkrył i opisał inną metodę serwisową, którą w komórce stosują molekuły.

Kiedy Lindahl rozpoczynał w latach 60. XX w. swoją przygodę z DNA, wszystkim wydawało się, że jest ono praktycznie niezniszczalne. Przecież gdyby tak nie było, komórki błyskawicznie traciłyby informację genetyczną, a więc nie doszłoby do ewolucji żywych organizmów od bakterii po wieloryba. Zastanowiło go jednak, dlaczego nawet lekkie przegrzanie powoduje uszkodzenie RNA – substancji bardzo podobnej do DNA, choć mniej od niego odpornej. Chciał odkryć źródło niezwykłej wytrzymałości DNA, a odkrył, że – wbrew powszechnym przekonaniom – jest ono nietrwałe.

Według jego szacunków codziennie każda nić DNA podlega tysiącu mutacji potencjalnie podkopujących całą informację genetyczną. Przy takiej częstotliwości błędów nie ma szans, by życie mogło się rozwijać i ewoluować. Jedynym rozsądnym założeniem było, że istnieją mechanizmy naprawcze. Pomysł otworzył drogę do całkiem nowej dziedziny badań naukowych.

Lindahlowi udało się wyizolować enzymy odpowiedzialne za jeden z rodzajów naprawy, zachodzący również w komórkach ludzkich. W 1996 r. odtworzył on cały proces w probówce.

Aziza Sancara z kolei zaintrygował fakt, że bakterie oświetlone morderczą dawką promieniowania UV potrafiły odzyskać zdrowie po oświetleniu niebieskim światłem. Doprowadziło to do odkrycia enzymu zwanego fotoliazą. Później Sancara odkrył również mechanizm naprawy działający w ciemnościach. Szczegóły opublikował w 1983 r. Następnie, podobnie jak Lindahl, zajął się tym samym procesem zachodzącym w ludzkich komórkach. Bardziej skomplikowanym od tego w komórkach bakterii, ale na poziomie czysto chemicznym bardzo podobnym.

Paul Modrich badał inny mechanizm korekcyjny, występujący np. podczas podziału komórki. Gdy w komórce dochodzi do powielenia informacji genetycznej, podwójna spirala DNA rozcinana jest na dwie części i każda z połówek stanowi matrycę, do której dobudowywana jest druga połowa (do zasady A doklejana jest T, do C – G itd.). W czasie tego procesu może dojść do błędów, gdy np. poszczególne „cegiełki” informacji genetycznej zostaną przez przypadek podmienione i zamiast pary A-T otrzymamy A-C. Na straży wiarygodności przekazu stoją enzymy odkryte przez Modricha. Potrafią one zidentyfikować, która z części DNA jest oryginałem, a która kopią, i poprawić błędne elementy kopii, zmniejszając tysiąckrotnie ryzyko błędu.

Już samo rozumienie procesu korekcji informacji genetycznej wewnątrz żywej komórki jest bardzo ciekawe. Ale wiedza ta pozwala też projektować lepsze leki na nowotwory, gdyż powstają one właśnie wtedy, gdy zaburzeniu ulega proces naprawy informacji zawartej w DNA. Nie dziwi więc, że Komitet Noblowski uznał te badania za zasługujące na naukowego Oscara. ©
 

INFORMACJE W NASZYM CIELE

Około 50 bln komórek zawiera ludzki organizm. W każdej znajduje się pełna informacja genetyczna. Zakodowana jest za pomocą czterech zasad azotowych oznaczanych literami A, C, G i T. Zasady łączą się w słynną podwójną helisę zawsze według określonych reguł: A stanowi parę do T, G stanowi parę do C, co daje w sumie cztery możliwe kombinacje A-T, T-A, G-C, C-G. Na ludzki genom składa się około 6 mld tych par, spiętych w nić kwasu deoksyrybonukleinowego – DNA. Praktycznie każda z 50 bln komórek naszego ciała posiada idealną kopię genomu powstałego z jednej zygoty. Pomyślmy: już dziesiąta kserokopia z kserokopii jest w zasadzie nieczytelna. A tu mówimy o 50 bln kopii danych, z których każda zawiera tyle informacji, ile mieści się na trzech płytach CD.
​

NIEUCHWYTNE NEUTRINO

Pod względem liczebności we Wszechświecie ustępują jedynie fotonom. W każdej sekundzie tryliony neutrin przelatują przez każdy centymetr sześcienny powietrza na Ziemi, ale zwykłymi metodami nie da się ich zaobserwować. Ich istnienie postulował Wolfgang Pauli, któremu nie zgadzały się rachunki mas przy rozpadzie radioaktywnym. Najprościej było założyć, że brakująca masa unoszona jest przez niewykrywalną cząsteczkę, którą później Enrico Fermi nazwał neutrinem. Pauli twierdził, że zrobił rzecz straszną: zaproponował istnienie cząstki, której fizycy nigdy nie odkryją. Ale dowody na istnienie neutrina uzyskano w latach 60. XX w. Samo odkrycie zostało uhonorowane Nagrodą Nobla w 1995 r.