Nobelova cena za chemii udělena za výzkum ribosomů

DNA se těší velké slávě, ale genetický materiál by nebyl ničím bez ribosomů - buněčných proteinových „továren", které vytváří všechno od insulinu až po nehty na rukou. Královská švédská akademie věd 7. října 2009 rozhodla, že tři vědci dostanou Nobelovu cenu za rozluštění struktury ribosomů. Práce obohatila základní výzkum proteinů, přispěla k pochopení toho, jak začal na Zemi život, a vede k vývoji nových antibiotik.

Ada Yonath z Weitzmannova institutu věd v Rehovotu v Izraeli sdílí cenu s badatelem Lékařského institutu Howarda Hughese Thomasem Steitzem z univerzity Yale a Venkatramanem Ramakrishnanem z MRC laboratoře molekulární biologie v Cambridge v Anglii. Výzkumníci se podělí o cenu v hodnotě 10 milionů švédských korun (1 420 000 amerických dolarů).

Do roku 1960 vědci zjistili, že pokyny kódované v buněčné DNA jsou přepisovány do RNA. V buňkách, kde jde DNA uložena v jádře, přenáší tento RNA posel (neboli messenger RNA - mRNA) instrukce z jádra do cytoplazmy buňky (v bakteriích a dalších buňkách bez pravého jádra se vše odehrává v cytoplazmě). Potom přichází na řadu ribosomy. Ty se skládají ze dvou částí, velké a malé podjednotky, jež jsou spolu spojeny, a s pomocí dalších RNA molekul staví specifikované proteiny, ať už se jedná o hemoglobin nebo vlas.

Do roku 1970 znali vědci schéma toho, jak se genetická informace přetvoří v protein. Ale bylo zde o ribosomech ještě stále mnoho neznámého. V 70. letech začala Yonath svoji průkopnickou práci a použila rentgenovou krystalografii, aby vytvořila rudimentární mapu ribosomu bakterie Geobacillus stearothermophilus (zvolila tuto bakterii horkých pramenů, protože si myslela, že by mohla mít velice stabilní ribosomy). Postupně získávala na tyto organely stále detailnější pohled. Do poloviny 90. let pronikali i ostatní vědci včetně Steitze a Ramakrishnana do tajů této buněčné „továrny".

„Zkoušeli jsme to mnoho let... Připadalo nám to trochu jako snažit se zdolat Mount Everest," prohlásil Steitz během tiskové telekonference 7. října. „Věděli jsme, že to bylo v principu uskutečnitelné, ale nevěděli jsme, jestli budeme schopni se tam dostat, ani jsme nevěděli, po jaké cestě bychom se tam měli dopravit."

V srpnu a září v roce 2000 dosáhli všichni tři laureáti kýžené destinace, když publikovali vysoce podrobnou strukturu podjednotek určitých bakteriálních ribosomů. „Byl to výzkum s daleko sahajícím dopadem," říká Jeremy Berg, ředitel Národního institutu všeobecných lékařských věd v Bethesda.

Vyrábění proteinů - základního stavebního materiálu živých věcí - je podle Berga „absolutní základ celé biologie". Vědci užasli nad tím, jak dobře provádějí ribosomy svoji práci: jeden ribosom formuje na 20 vazeb za sekundu, aby spojil stavební bloky bílkovin. A přesto ribosomy zřídka udělají chybu. Ramakrishnanova práce zejména objasnila, jak malá podjednotka ribosomu molekulárnímě řídí to, aby se každý protein správně navázal. Protože je tento mechanismus použit dvakrát, ribosom tím dvojnásobně kontroluje každý stavební blok, díky čemuž dojde k výskytu pouze jedné chyby na 100 000 stavebních bloků.

„Výzkum ribosomů také řeší známou otázku, co bylo dřív - slepice, nebo vejce," říká Berg.

Předtím, než laureáti počali svůj výzkum, už panovalo ponětí o „RNA světě", podle nějž existoval prastarý život jako RNA před vytvořením proteinů a DNA. Ukázalo se, že ribozomy mají k této věci také co říci. Po mnoho let bylo na proteiny nahlíženo jako na  pracující koně života. „Ale ribosomy, jež vytvářejí proteiny, jsou také tvořené RNA," poznamenává Berg. Byla to zejména Steitzova zásluha, že bylo objeveno, že část ribosomů, na níž spočívá těžká práce, je složena převážně z RNA, ne z proteinů. „Tento výzkum úplně podporuje hypotézu o světě RNA," prohlašuje Berg.

Ribosomy jsou tedy dobrými terči pro vývoj antibiotik, především kvůli rozdílům mezi lidskými a bakteriálními ribosomy. Zásah do procesu vytváření proteinu v bakterii se ukázal úspěšnou strategií, pomocí níž můžeme deaktivovat některé z těchto mikrobů, kteří způsobují nemoci. Výzkum všech tři vítězů ukázal způsob, jak se různá antibiotika váží na ribosomy. Například některá antibiotika blokují kanál, přes který rostoucí protein opouští ribosom, zatímco jiná zabraňují formaci vazby mezi stavebními bloky proteinů. Výzkum antibiotik pokračuje.

„Ne jenom že byl výzkum jako zdolávání Mount Everest, konečný výsledek byl podobně vzrušující," poznamenává Steitz. „Nahlédnout to vnitřních pochodů ribosomů bylo velmi radostné," říká. „Vlastně to byl můj nejradostnější moment, který jsem zatím prožil ve vědě."

Zdroj: Rachel Ehrenberg, www.sciencenews.org

Překlad: Pavla Čermáková