Автофагията е важна за правилното функциониране на клетките, за борба с вирусите и бактериите или по време на развитието на ембриона. Неговите нарушения водят до болестта на Паркинсон, епилепсия, диабет или рак.
Тази година 273 учени от цял свят номинираха за Нобелова награда за физиология или медицина. Сред тях най-престижната научна награда получи 71-годишният японец Йошинори Осуми за "изясняване на механизма на автофагията".
Автофагията протича във всяка от нашите клетки. Това всъщност е процес на „самопоглъщане“, когато клетките унищожават и рециклират ненужни или нежелани клетъчни компоненти като увредени протеини или вируси и бактерии.
Феноменът на автофагията е известен повече от 50 години. Значението му в клетъчната физиология и медицина обаче започва да се изследва едва след 1992 г., когато Осуми и неговите колеги пишат статия, описваща механизма на автофагията.
Транспортна система
В животинските клетки процесът на автофагия протича в така наречените лизозоми, т.е. клетъчни органели, които могат да разграждат всички биомолекули: захари, мазнини и протеини. Те вече са отличени с Нобелова награда за откриването на лизозомата и е присъден на Кристиан де Дюв през 1974 г.
За да може товарът (биомолекули, вируси и бактерии) да достигне до лизозомата, в клетката трябва да има някаква сложна транспортна система. Той действа, като създава везикул, преносим мембранен пакет, който първо обгражда товара си, а по-късно го затваря.
Везикулът с натоварване вътре се нарича автофагозома и е в състояние да се свърже с лизозомата, в която разграждащите ензими си вършат работата.
Самият механизъм на автофагията обаче не е изследван, докато Ошуми не създава изследователска група през 1988 г.
За дрождите и хората
Осуми извърши първоначалните експерименти с дрожди, каквито използваме при печенето или производството на бира. Дрождите често служат като модел на организма, особено поради своята простота, бърз растеж и възможност за въвеждане на мутации.
Те също така съдържат специални клетъчни органели, наречени вакуоли (подобни на лизозомите на животинските клетки). За да ги наблюдава под микроскоп и да докаже, че в тях се среща и автофагия, Осуми трябваше да развие мутантни дрожди, в които блокира обработката на автофагозомите.
Те започнаха да се натрупват във вакуолите, така че ги видяха под микроскоп.
Дрождите съдържат вакуоли, органели, подобни на нашите лизозоми (вдясно). Ако блокират възможността за обработка на автофагозоми в тях, те започват да се натрупват във вакуоли, което им позволява да бъдат наблюдавани директно под микроскоп (в центъра). След това Осуми изследва хиляди различни дрождови мутанти (вдясно, чаши на Петри, пълни с дрождни култури), в които идентифицира 15 гена. Снимка - nobelprize.org
По-нататъшни изследвания са идентифицирали 15 гена, отговорни за задействането и регулирането на автофагията. Те кодират цяла каскада от различни контролни протеини и протеинови комплекси, всеки от които засяга някои от етапите на автофагозомно образуване.
Yoshinori Ohsumi Photo - Ill. Niklas Elmehed/Nobel Media 2016.
"(Осуми) е много скромен генетик, който е променил цялата научна област. Той се интересуваше от странен метаболитен път, което доведе до много важен път в медицината “, каза Шарън Туз, биолог от института Fracis Crisk в Лондон, пред Nature на маржа на наградата.
„Йошинори Осуми е много добре познат в Япония, особено в научната общност. Студентите вече научават за него и неговите изследвания на ниво бакалавър “, каза Джанунори Окамото, постдокторант от Япония, работещ в Швейцария, пред Denník N.
Значение в медицината
Изследванията на автофагията и свързаните с нея процеси започват да постигат значителен напредък след първите публикации на Ohsum. Днес например вече знаем, че процесът на автофагия осигурява материал за ремонт на клетъчни компоненти и рециклирането им.
Това е важен отговор на клетката на различни стресови стимули от околната среда, като липса на хранителни вещества или заразяване от вируси и бактерии.
Автофагията помага на клетъчната диференциация и развитието на ембриона. В допълнение, това е един от основните механизми, свързани със стареенето.
Ако механизмите на автофагия в клетката са повредени, могат да се развият различни заболявания като диабет, болест на Паркинсон, епилепсия, различни генетични нарушения или дори рак.
Автофагия в медицината. Този механизъм е важен за осигуряване на правилното функциониране на клетките, по време на развитието на ембриона, но също така и в борбата срещу вируси и бактерии. Неговите нарушения водят до невродегенеративни заболявания или рак. Снимка - nobelprize.org
Благодарение на изследването на Осум на процесите, свързани с автофагията, интересът на научната общност към този въпрос се е увеличил значително. Към днешна дата автофагията се превърна в една от най-изследваните области на биомедицината, което може да се види в значителното увеличение на броя на публикациите, особено от 2000 г. насам.
Седмицата на Нобеловата награда традиционно започва с Нобелова награда физиология или медицина. Тази година Йошинори Осуми я взе за 23-та наградена японка.
До 2015 г. 106 от тях бяха наградени, от които 38 само на един лауреат. До миналата година 12 жени спечелиха наградата за физиология или медицина.
Най-младият победител беше Фредерик Г. Бантинг, който бе награден за откриването на инсулин през 1923 година. Тогава той беше на 32 години. Напротив, най-старият беше Пейтън Рус, който през 1966 г., на 87-годишна възраст, получи награда за откриването на тумор-причиняващи вируси. Средната възраст на носител на Нобелова награда за физиология или медицина е 58 години.
Миналата година те похвалиха изследванията на така наречените „пренебрегвани тропически болести“. Той е отнет от китайския Джуджу Туова за откриването на Артемизинин, лекарство за малария, и двойката Уилям К. Кембъл и Сатоши Омура за съвместни изследвания при лечението на онхоцеркоза (речна слепота) и филариаза.