A világ biokémikusai Budapesten

Szombaton délután megkezdődött az Európai Biokémiai Társaság 30. kongresszusa, és a Biokémiai és Molekuláris Biológiai Világszövetség 9. konferenciája Budapesten. A rendezvényre közel 3000 résztvevő érkezett a világ 88 országából, köztük két Nobel-díjas és rengeteg nemzetközi hírű kutató. A rendezvény lebonyolításának gördülékenységét a legfiatalabb "tudósok", a Kutató Diákok Országos Szövetségének középiskolásai felügyelik.

A szakmai programot Ada Yonath, az amerikai Kimmelman Központ igazgatója nyitotta meg. Előadásában a fehérjetermelésében központi szerepet játszó sejtszervecskéről, a riboszómáról beszélt. E parányi fehérjegyár szerkezetének és működésének pontos leírása új baktériumölő szerek, azaz antibiotikumok felfedezésének, fejlesztésének lehetőségét rejti magában, mondta el Dr. Yonath.

Ezután a kongresszus egyik prominens vendége következett. Peter Agre 2003-ban kapott megosztott kémiai Nobel-díjat Roderick MacKinnonnal, a sejtek határolóhártyáján lévő sejtmembrán-csatornák felfedezéséért, valamint szerkezetük és működésük leírásáért. Agre az ún. aquaporinok, a víz transzportjáért felelős sejtmembrán-csatornákról tartott előadást. Agre és kutatócsoportja több éven keresztül tanulmányozta az aquaporinok működését. Ennek köszönhetően most már értjük, hogyan történik a víz áthaladása a biológiai membránokon. Mint minden, ez a fehérje is el tud romlani, és a legkülönbözőbb betegségek kialakulását okozza.

A vizet sokszor emlegetik az "élet oldószereként": minden biológiai folyamat, a sejtekben zajló kémiai reakciók mind vizes közegben játszódnak le. Az emberi test 70 százaléka vízből áll, és az összes többi élőlény - a baktériumoktól a növényeken keresztül a gerincesekig - testének jelentős hányadát víz alkotja. A víz jelenléte nélkülözhetetlen a sejtek működéséhez.

Az aquaporinok (ejtsd: akvaporinok) tulajdonképpen vízvezetékként, csatornaként szolgálnak a sejthártyában. Felfedezésük és működésük megértése segít megmagyarázni például a szemben lévő csarnokvíz keletkezését, a nyálelválasztást, az izzadást, az epe kiválasztását és a vesék működését. Az állatok élettani folyamataiban alapvető szerepük van ezeknek a fehérjéknek, de a mikroorganizmusok és a növények életében is nélkülözhetetlenek.

A sejthártyának határoló funkciója van: megakadályozza a membrán két oldalán lévő molekulák szabad áramlását. Ez alól kivétel a víz. Már az 1920-as években feltételezték, hogy a membránon a víz diffúzióval tud közlekedni, azaz a víz a hártya két oldalán lévő koncentrációkülönbségek hatására a hígabb oldalról a töményebb felé vándorol.

Napjainkban már azt is tudjuk, hogy a diffúziót kiegészíti egy igen hatékony víztranszportáló mechanizmus, melyért az aquaporin fehérjék a felelősek. Jelentős eltérés van a két mechanizmus hatékonysága között. A diffúzió alacsony hatásfokú folyamat, és minden sejtmembrán jellemző tulajdonsága. Ugyanakkor bizonyos sejtek membránja aquaporin csatornákkal is fel van szerelve, ami igen gyors vízáteresztést tesz lehetővé. Az aquaporin-csatornák kizárólag a vizet engedik át, más anyagokat, például a savas tulajdonságú molekulákat nem.

Ez a szelektivitás az élet szempontjából alapvető fontosságú. A vesék például az elsődleges szűrletből visszanyerik a víz 99 százalékát. Ez biztosítja, hogy a szervezet nem szárad ki. Ha a veséink a savakat is visszaszívnák, akkor ún. acidózis alakulna ki. A víz mozgását ezekben a sejtekben is az ozmózis, azaz a sejtmembrán két oldala közötti koncentrációkülönbségek határozzák meg, de az aquaporin-fehérjék rendkívül gyors kiegyenlítődést tesznek lehetővé. Az is különlegessége a vízcsatornáknak, hogy működésük "kikapcsolható" higannyal - szemben a diffúzióval, melynek nincs ismert gátlószere.

A csatornák felfedezésének története

Korábban rengeteg kutatócsoport próbálta azonosítani ezeket a vízcsatorna-molekulákat, de ez nagyon bonyolult feladatnak bizonyult. A víz rendkívül egyszerű molekula, és nem lehet például olyan oldalláncot hozzákötni, melynek segítségével láthatóvá válna. Próbálkoztak azzal, hogy a higany egyik izotópjával jelölik a csatornát. A higanyról ekkor már tudták, hogy gátolja a vízcsatornákat, tehát valószínűleg kötődik hozzájuk, de ezzel a módszerrel sem sikerült azonosítani a víztranszport fehérjéket. Úgy tűnt, mindenhol zsákutcába futottak a kutatások.

"Ekkor egy kutatói körökben jól bevált 'tudományos módszerhez' folyamodtunk, amit egyszerűen vakszerencsének hívnak. Egy fehérjére bukkantunk a vörösvértestek felszínén található Rh-csoport vizsgálata során. Ekkor még nem tudtuk, hogy milyen szerepet tölt be" - mondta előadásában Peter Agre.

A további vizsgálatok során kiderült, hogy a fehérje hatalmas mennyiségben található vörösvértestek sejthártyáján (sejtenként körülbelül 200 ezer kópia van belőle), és hogy a régóta keresett víztranszport-fehérjét találták meg, amelyből négy példány alkot egy funkcionális egységet, azaz egy vízcsatornát. A fehérjét aquaporin 1-nek nevezték el (AQP1). Azóta csak az embernél tíz különböző aquaporin fehérjét-írtak már le. A különböző csatornák más és más sejtekben, szövetekben vannak jelen.

Vízcsatornák és betegségek

Az AQP1 minden olyan szövetféleségben működik, ahol nagy mennyiségű folyadék kiválasztása folyik, beleértve az agyvíz termelődésének helyét és a szemcsarnokot is. Az AQP0 a szemlencse rostsejtjeiben termelődik, a génjében bekövetkező mutációk örökletes szürkehályog kialakulásához vezethetnek. Az AQP2 a vese gyűjtőcsatornáinak sejtjeiben működik. A vesének ezen a részén a víz áramlását a sejtmembránon keresztül egy hormon - a vazopresszin - irányítja. Az AQP2 gén bizonyos mutációi a cukorbetegség egy fajtájának kialakulásáért felelősek. Amennyiben nincs elég AQP2-csatorna a sejtek membránján, akkor más klinikai elváltozások alakulhatnak ki, például csökkent vizelet-koncentrálási képesség mutatkozhat lítiumkezelés hatására. Abban az esetben, ha a mutáció következtében túlzott mértékű a csatorna megjelenése a sejteken, rendellenes folyadékvisszatartás jelentkezhet, például terhességkor. Az AQP5 a nyál- és könnymirigyekben van jelen, a csatorna rendellenes megjelenését Sjorgen-szindrómában szenvedő betegeken figyelték meg. A Sjorgen-szindróma egy autoimmun betegség, amely a könny és a nyáltermelődés elapadásával, valamint idült ízületi gyulladással jár együtt. Az aquaporinoknak valószínűleg számos más emberi betegség, rendellenesség kialakulásában is szerepe van.

Bodrogi Lilla

A kongresszus néhány izgalmas témájáról az elkövetkező napokban részletesen is beszámolunk.