Milliárd éves nanotechnológia

Az Élet és tudomány beszélgetése Vonderviszt Ferenc professzorral.

Ha ellessük az élő szervezetekben évmilliárdok óta jelen lévő fehérje alapú nanotechnológiát, egyebek között szike nélkül "megjavíthatjuk" az ember szervezetét, vagy akár programvezérelt molekuláris összeszerelő rendszereket építhetünk. A fehérje alapú gépezetekről, az építkezés filozófiájáról beszélgetünk Vonderviszt Ferenc biofizikussal.
Mit értsünk fehérje alapú gépezeten? És közülük melyek azok, amelyek kutatásának homlokterében állnak?

Hogyan épül fel egy ilyen bonyolult rendszer?
- A motor és a külső flagelláris struktúrák önszerveződő rendszerek, tehát alkatrészeikből spontán módon összeállnak. Amennyiben a megfelelő fehérjéket a helyes sorrendet tartva egymáshoz adjuk, akkor az egyes részegységek "maguktól" felépülnek. "Megismerik egymást" az alkatrészek, kialakul a struktúra "magától". Ez olyan, mintha egy autó alkatrészeit betennénk egy nagy zsákba, kicsit összeráznánk, s összeállna a működőképes autó.

Miként lehetséges az önszerveződés?
- Egy fehérjemolekula általában több tízezer atomból áll. Gömbszerű felszínén sok jellegzetes régió található, ezek kötőhelyként szolgálhatnak más molekulák számára. Az összeilleszkedést nem feltétlen csak a felszíni formák illeszkedése szolgálja, hanem a kölcsönhatási mintázatok is meghatározóak (egymást vonzó ellentétes töltések, hidrogénhíd képző partnerek, stb.). Egy-egy fehérjéhez - minthogy a felszíne viszonylag nagy - több "partner" is kapcsolódhat. A leendő partnerek találkozását a véletlenszerű hőmozgás biztosítja. A molekulák másodpercenként több milliárd téralakzatot "próbálnak ki", ennyi változat bőven elég ahhoz, hogy az egymáshoz illő molekulák egymásra találjanak, és egymáshoz kapcsolódjanak.

Az önszerveződésnek vannak bonyolultabb szintjei is?
- Eddig viszonylag egyszerű - fehérjéken vagy fehérjék komplexumain alapuló - rendszerekről beszéltem. De vannak egészen hihetetlen tulajdonságú rendszerek is, ilyenek a riboszómák: "a programvezérelt összeszerelők". A riboszómákban történik a fehérjék szintézise. A riboszómák három hatalmas ribonukleinsav (RNS) molekulából állnak, amelyekhez több mint ötven különféle fehérjekomponens kapcsolódik. Ez az óriási molekulaegyüttes ugyancsak önszerveződés révén jön létre, s egy kémcsőben magunk is előállíthatjuk, ha megfelelő sorrendben adogatjuk a komponenseket. Fantasztikus, hogy mire képes ez a molekularendszer. Ha például a hírvivő RNS információt hoz a DNS egy darabjáról, a riboszómák az információ alapján legyártják a "megrendelt" fehérjét.

Tudjuk ezt utánozni?
- Őszintén szólva ettől még nagyon távol vagyunk. De az élő szervezetekben működő molekuláris gépezeteket megismerve kidolgozhatjuk a mi saját fehérje alapú nanotechnológiánkat. S elvileg mindazt létrehozhatjuk, amit az élő szervezetekben megcsodálhatunk. Sőt, talán még annál többet is!

Milyen úton haladva érthetünk célba?
- Az első lépés: értsük meg pontosan, hogy mi zajlik az élő szervezetekben! Ismerjünk meg minél több molekuláris gépezetet, derítsük fel a szerkezetüket, lessük el az alkalmazott trükköket, s próbáljunk belőlük tanulni! Az első szakasz már bő harminc éve megkezdődött. Fehérjeszerkezetet először a hatvanas évek közepén határoztak meg. Manapság több mint húszezer fehérjének ismerjük a felépítését, bár ezek között különböző élőlényekből származó rokon fehérjék nagy számban találhatók. Egy emberben nagyjában negyvenezer-ötvenezer különböző fehérje lehet, vagyis rengeteg munka áll még előttünk. Mindenesetre a már megismert húszezer fehérje is kellő alapot adhat a törvényszerűségek kereséséhez.
Ha már elég sokat tudunk a fehérjékről, megpróbálhatjuk azokat módosítani, hogy ne egészen azt tegyék, ami a feladatuk a természetben, hanem inkább azt, amit mi szeretnénk. Ezzel foglalkozik a fehérjemérnökség. Hogy egy példát is említsünk: a mosóporokban lévő enzimek általában természetes eredetű fehérjék. Ha azt szeretnénk, hogy egy mosópor 90 Celsius-fokon és erősen lúgos közegben is használható legyen, akkor az eredeti fehérje hőstabilitását és pH-tűrését meg kell növelnünk. Erre ma már képesek vagyunk. A génsebészet segítségével egy fehérje aminosavsorrendjét tetszés szerint átalakíthatjuk, s ezáltal a fehérje szerkezetében célzott változásokat idézhetünk elő.

A riboszóma 30S és 50S alegységeinek szerkezete. A 30S és 50S alegységekből álló riboszómák végzik a fehérjék szintézisét. Összesen három hatalmas RNS láncból (szürke) és több mint ötven különféle fehérje komponensből (színes) épülnek fel. A riboszómák a hírvivő RNS molekulák nukleotid-sorrendjében kódolt program által vezérelt összeszerelő rendszerek. Forrás: http://www.weizmann.ac.il/Structural_Biology/Pages/Yonath

Horányi Gábor