Korunk egyik gyorsan, ha ugyan nem a leggyorsabban fejlődő tudományágai közé tartoznak az élettudományok. Ennek ellenére az orvostudományról az a benyomása az embernek, hogy gyakran nem tud megoldani viszonylag egyszerűnek látszó problémákat. Bár ismerjük a szervezet védekezőképességének apró, molekuláris részleteit is, mégsem tudunk védekezni például annak túlzott működése ellen. Az allergia kezelése, a szervátültetések következményeinek elkerülése – minden igyekezet ellenére – csigalassúsággal halad előre. Ugyanakkor a molekulák, sejtek kutatói látszólag „felhasználhatatlan” adatok sokaságát gyűjtik össze fáradságos munkával.
A játékszabályok elsajátításához meg kell ismerkednünk a sejtbiológia néhány egyszerű összefüggésével, hogy azokról a „varázsgolyókról” is tudjunk tárgyalni, amelyekkel jobbára csak a beteg sejteket találjuk el, sokkal kisebb kárt okozva az ép sejtekben. Maga a sejtbiológia annyira összefonódott a molekuláris biológiával, hogy – némi túlzással – sokszor nem is teszünk túl nagy különbséget a két tudományág között. Noha minden egyes sejt önálló része szervezetünknek, létfenntartásához folyamatos kapcsolatban kell lennie a szomszédos sejtekkel. Egy-egy sejt számára a legközelebbi szomszéd sejt is külvilágnak számít! Szervezetünk legkisebb önálló egységei a sejtek, s felszínük, a plazmamembrán sokat elárul a sejtek előéletéről és további sorsáról. A sejtfelszín a sejtek genetikai állományában kódolt molekuláris információkat is hordozza, s összehasonlítja őket a környezet jellemzőivel.
A kapcsolattartásban az „összekötő kapocs” éppen a határoló hártya, a plazmamembrán. A sejtek plazmamembránja zsírnemű anyagokból, lipidek kettős rétegéből áll, ebbe szigetszerűen különböző fehérjék ágyazódnak be. A fehérjékből és szénhidrátokból felépülő molekuláris antennák, a receptorok a sejtfelszínen a külvilágból származó különböző molekulákat kötik meg szelektív módon, és indítanak el a sejtet ért ingernek megfelelő sejtbiológiai válaszokat. Mivel a külvilágból érkező anyagokkal először a receptorok találkoznak, reakciójuktól függ, hogyan reagál a sejt a külvilág üzeneteire, ingereire. A receptorok minőségéből, mennyiségéből és egymáshoz viszonyított elhelyezkedéséből gyakran meg lehet mondani: egészségesek vagy betegek-e, jó- vagy rosszindulatúak-e szervezetünknek ezek a sejtjei? A receptorok információhordozók abban az értelemben is, hogy bizonyos receptorfajtákból van-e, és ha igen, sejtenként hány van a felszínen, mely receptorok szomszédosak egymással stb.
Magukat a parányi, fénymikroszkóppal nem látható receptormolekulákat oly módon tanulmányozhatjuk, hogy a receptorokat fajtánként meg tudjuk jelölni, azonosítani különböző színű festékkel. A festékmolekulákat a receptorokhoz specifikusan kötődő antitestek (az immunológiából ismert ellenanyag-molekulák) viszik a kellő helyre. Így minden egyes sejt felszínén fajtánként és akár egyenként megszámolhatjuk a megjelölt receptorokat. Bizonyos rákos megbetegedésekben a beteg sejtek felszínén olyan receptorok jelennek meg, amelyek az egészséges sejtek felszínén nincsenek, vagy csak nagyon kis számban vannak jelen. Máskor a sejtfelszíni receptorok egymással való sajátságos kölcsönhatása lehet kórjelző. Bizonyos receptormolekulák jelenléte, esetleg más receptorok megfogyatkozása betegségek bekövetkeztét, netán az egész szervezet elpusztítását vetíti előre. Ám ezeken a receptorokon keresztül az ellenséges sejtek is azonosíthatók, majd célzottan elpusztíthatók. Máskor épp bizonyos sejtpopulációk elszaporítása a feladat: például a beteg sejteket receptoraikról felismerő és elpusztító fehérvérsejtek gyarapítása. Megint más esetben a megfogyatkozott, de feltétlenül szükséges molekulák újratermelésének a megindulását kell elérnünk.
A céltáblák tehát adottak, most már „csak” a varázsgolyókat kellene megtalálni, amelyek a megfelelő anyagokat a megfelelő sejtekhez, azaz célba juttatják. Az ilyen vizsgálatok kellően finom „vallató” módszereket kívánnak meg. Ezek az áramlási citometria, a konfokális pásztázólézer-mikroszkópia stb. A molekulák egymás közötti távolságának mérésére, együttes mozgásának kimutatására pedig a fluoreszcencia jelenségén alapuló vizsgálati módszer alkalmas.
A sejtfelszínen megjelenő molekulákról szerzett információkat megpróbálhatjuk alkalmazni a betegek közvetlen gyógyításában. A keringő vérsejtek egyik fajtája, a limfociták (nyiroksejtek) szervezetünk egyik legfőbb védekező rendszerének alapját képezik. Ha egy T-limfocita más sejtekkel való találkozása során idegen anyagot (például vírusból, baktériumból vagy más idegen sejtből származó fehérjét) észlel, akkor az egész sejtet igyekszik elpusztítani. Vagy emlékezni fog rá, és ellenanyagok (antitestek) termelését indítja el az idegen fehérjék ellen. Kérdés, hogy ezt a fontos tevékenységet hogyan tudjuk befolyásolni, mivel ezek a bennünket védő sejtek néha ellenünk fordulnak, és ellenségnek, idegennek tekintik a transzplantátumot, az életünket megmenteni hivatott szervet (szív, tüdő, vese stb.) is. Ez ellen ugyan lehet gyógyszerekkel védekezni, de a védekezés ugyanakkor gyengíti a saját védelmi rendszerünket. Noha számos olyan gyógyszerünk van, amely az egész testben eloszolva oda is eljut, ahova kell, de többségük nem csak oda jut el, és így esetenként bizonyos állandó mérgezettségi állapotban kell élnünk, ha gyógyszereinkkel kezelni akarjuk magunkat.
Lehetséges-e úgy irányítani a gyógyszereinket a szervezetben, hogy csak a valóban beteg sejtekre fejtsenek ki hatást? Kézenfekvő lehetőséget kínálnak az immunrendszer által termeltethető ellenanyagok. Ezek specifikusan csak egyetlen fehérjetípushoz fognak kötődni. Bajt okozhat, hogy az ellenanyagokat állatokban, rendszerint egerekben termeltetjük, és a szervezetben küldöncként használt antitest – mint idegen fehérje – ellen is ellenanyagot fogunk termelni. Elképesztően finom – és sajnos igen drága – kémiai módszerekkel ezeket az egérfehérjéket tartalmazó készítményeket „humanizálni” lehet: az egérből származó kritikus fehérjealkotókat emberi fehérjére cseréljük ki. Ezek az antitestek már alkalmasak lehetnek arra, hogy a beteg sejtekhez odavigyenek olyan anyagokat – például radioaktív izotópokat, toxinokat –, amelyekkel a beteg sejteket (a veszedelmes daganatsejteket) célzottan megölik. Fontos megvizsgálni azt is, hogy a célsejtekhez nem kötődő izotópot vagy toxint hordozó antitestek elég gyorsan kiürülnek-e, avagy egészséges sejtekhez rendellenesen hozzátapadva bajt okoznak.
A betegségeket jelző receptorokon kívül vannak olyan, sejtek által termelt molekulák (például hormonok, citokinek), amelyek a szervezetben képződnek, és igen alaposan befolyásolhatják a sejtek működését, aktivitását. Esetenként olyan sejteket képesek megölni, amelyek idegen fehérjéket mutatnak be felszínükön. Az idegen fehérjék elleni antitestek képződését elősegítő molekulák rendszerint több alegységből álló receptorokhoz kötődnek, akár azon a sejten is, amely épp termeli ezeket a citokineket. Ezek is alkalmasak lehetnek beteg sejtek kezelésére vagy kellemetlen hatások kivédésére.
Pusztán kémiai kölcsönhatások vizsgálatával nem érthetjük meg a sejtek, illetve a sejtfelszíni molekulák, receptorok működését. Vizsgáljuk meg behatóbban a citokinek közül az interleukin-2 és az interleukin-15 nevű molekuláris szabályozóelemeket! Az interleukin név arra utal, hogy a citokinek a fehérvérsejtek, a leukociták között „postáznak” molekuláris üzeneteket. Egyebek között ezek a molekulák szabályozzák szervezetünk immunológiai védelmét, de esetenként káros hatást is kifejthetnek, például az autoimmun betegségek kiváltásával, amikor is immunrendszerünket ellenünk fordíthatják. A bonyolult szerkezetű IL2- és IL15-receptorok szelektív és időben való gátlása megóvhat bennünket egy sor olyan mellékhatástól, amely súlyos betegségnek számít.
Napjainkig a molekuláris biológiai kölcsönhatások hangsúlyozása mellett a fizikai – például elektromos – kölcsönhatások szerepe csak marginális hangsúlyt kapott az immunológiában. Holott az ioncsatornák által szabályozott feszültség- és ionáramviszonyok nagymértékben képesek befolyásolni a membránfehérjék alakját és ezáltal működési állapotát, sőt a régi-új gyógyszerek sokaságát kínálják eddig számításba sem vett területeken, elsősorban ugyancsak az autoimmun betegségek gyógyításában. A közelmúlt fontos felfedezése: a limfociták ioncsatornái közel helyezkednek el azokhoz a molekulákhoz, amelyek a sejtek közötti felismerési folyamatok fő alkotói. Például a T-sejtek receptorai, amelyek nemcsak megismerik, hanem el is pusztítják az idegen fehérjéket bemutató – fertőzött – sejteket, a káliumionnak a sejten belüli mennyiségét befolyásoló ioncsatornák mellett helyezkednek el. Sőt amikor ezek a receptorok a beteg sejteket felismerve odatapadnak hozzájuk, a tapadás helyén a káliumion-csatornák is feldúsulnak. Az ioncsatornák az „idegenek” (például fertőzött sejtek) megölése során aktívan részt vesznek ebben a folyamatban.
Ezért alkalmaznak sok gyógyíthatatlannak hitt autoimmun betegségben ioncsatorna-gátlókat is. A sokgócú idegrendszeri meszesedés (sclerosis multiplex) és egy sor más betegség kombinált gyógyításában már eddig is fontos eredményeket értek el. A jövő útja minden bizonnyal a kombinált, antitesttel irányított és önmagukban is szelektív gyógyszerek alkalmazása lesz, s ez minimálisra csökkentheti a mellékhatásokat. Gyógyszereinkből igen kis mennyiség is elegendő lesz ahhoz, hogy a megfelelő céltáblákhoz kötődve kifejtse hatását. A nem kötődő gyógyszermolekulák szerencsés esetben előre tervezetten olyan szerkezetet nyerhetnek, amely elősegíti, hogy e gyógyszereket a szervezet hamar kiürítse.
A betegségek egész sora eredményesen kezelhető az interleukinok, illetve az interleukinok sejtfelszíni megkötésére alkalmas receptorok felhasználásával. A legrégebbi példa erre a heveny felnőttkori T-sejtes leukémia, a fehérvérűség néven ismert betegség egyik igen veszélyes válfaja. Ez a betegség Európában elég ritka, de Ázsiában (például Japánban) és Amerikában (így az Egyesült Államokban) gyakoribb betegségnek számít. A betegek várható élettartama kezelés nélkül a betegség felismerése után átlagosan hat hónap. Az ismert gyógyszerek legtöbbjére a beteg fehérvérsejtek nem vagy csak igen gyengén reagálnak. E téren fontos felfedezést tett T. A. Waldmann, az USA Nemzeti Egészségügyi Intézetének egyik vezető kutatója. Megállapította, hogy amennyiben az interleukin-2 receptorának alfa alegységére irányítjuk a kezelést, azaz a beteg sejteket célzottan pusztítjuk el, akkor három–öt év közötti élettartam is várható.
Ám még mindig nem tudjuk, hogyan lehet molekulákra akár csomót kötni, ami alkalmas például hosszú molekulák mechanikai tulajdonságainak jobb megértésére is. Nos, a recept így szól: optikai csipeszekkel megfogunk két fénymikroszkóp méretű plasztikgolyócskát. Az egyiket megfelelő ragasztóanyaggal bekenve és optikai csipesszel „kézben” tartva belemárthatjuk olyan egyszálú DNS-oldatba, amelyben a DNS-molekulák egyik vége az egyik plasztikgolyócska ragasztójával képes reagálni, a másik vége pedig a másik plasztikgolyócska ragasztójához tapadhat hozzá. Az egyik plasztikgömbbel kihalászott DNS-szálat lassan áramló pufferoldatban egy irányba úsztatjuk. A plasztikgömb helyzetét optikai eszközökkel pontosan bemérjük. A másik gömbbel a DNS-molekula ellentétes végének feltételezett helyéhez közelítünk. Ha elég ügyesen próbálkozunk, a másik plasztikgömb elmozdul, jelezve, hogy a molekulát mind a két végén megfogtuk. Ettől kezdve már viszonylag egyszerűvé válik a művelet, mert az optikai csipesz a fókuszpontjában tartja a DNS-t. Ha a két golyócskát ügyesen mozgatjuk, a csomó megköthető, és fluoreszkáló molekulákkal láthatóvá is tehető.
A DNS-, majd az izom-összehúzódásért felelős aktinszálakon végzett kísérletek igazolták, hogy a DNS-molekulákat a csomó meghúzásával nem lehet eltörni, míg a sokkal vastagabb aktinmolekulákat igen. Ebből a játékos kísérletből a két különböző típusú makromolekula eltérő mechanikai tulajdonságaira következtethettünk: ez a másság teljesen egybeesett eltérő biológiai szerepükkel. Tehát az alapkutatások ilyen játékos és haszontalannak látszó fajtái is nagymértékben gyarapíthatják biológiai tudásunkat.
A fenti szöveg a szeptember 27-én elhangzott előadás rövidített, szerkesztett változata.
Az előadás megtekinthető október 2-án (szombaton) 10.55 órától a Duna Televízióban és október 3-án (vasárnap) 14 órától az MTV-n, valamint 21.40-től az M 2-n.
A következő előadást október 4-én 19.30-kor a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Kozma László termében (Budapest XI., Magyar tudósok körútja 2.) Pucsok József tartja Teljesítményfokozás, dopping és sport címmel.
Az előadások teljes szövegét a hozzászólásokkal és a vitával együtt a www.mindentudas.hu weblapon találják meg az érdeklődők.
origo.hu
Videón a látványos drogfogás
