Az év molekulái: a gyémántól az őssejtekig

Nanolabda, az egész testet befolyásoló gáz, rákellenes gén, sejtjavító rendszer. Az egymástól látszólag teljesen eltérő fogalmakban viszont közös, hogy elnyerték az Év molekulája címet. Ezt az amerikai Breaker Laboratórium és a Science tudományos magazin ítéli oda 1989 óta minden évben egy kémiai folyamatnak vagy vegyületnek, 1996 óta pedig akár egy kémiával kapcsolatos felfedezésnek is, tudományos jelentősége és gyakorlati haszna alapján. A legérdekesebbek közül áll most itt egy számvetés.1989. Polimeráz láncreakció (PCR)
Olyan DNS-sokszorozó eljárás kapta először az Év molekulája címet, amely leegyszerísíti az apasági vizsgálatokat, könnyebbé teszi az örökletes betegségek kimutatását, segítségével azonosítható a genetikai ujjlenyomat, de fertőző betegségek diagnosztizálásához is alkalmazható. A forradalmi újdonsága abban rejlik az új technológiának, hogy a DNS-ről anélkül készíthetnek másolatokat, hogy más élő szervezetet, például E. coli baktériumot vagy élesztőgombát vennének igénybe. Az eredeti láncreakciós eljárás nagyon hosszadalmas volt, és a ciklus során folyamatosan pótolni kellett az örökítőanyagot, ráadásul állandó figyelmet igényelt, így nem volt hatékony, nem volt alkalmas például nagyobb mennyiségí DNS-t igénylő eljárásra, így betegség kimutatására. Ezt az eredeti PCR-eljárást továbbfejlesztették: elkezdték a 110 °C feletti hőmérsékletí gejzírekben élő, hőkedvelő baktériumok DNS-polimerázát használni a sokszorozáshoz. Ezeknek az organizmusoknak az örökítőanyaga ugyanis magas hőmérsékleten is stabil, és ezért a láncreakció alatt sem bomlik le a hevítési lépésben, amikor a  kettősspirál szálak szétválnak. Ettől fogva nem volt szükséges új örökítőanyagot hozzáadni a folyamathoz az eljárás minden ciklusában. Az adott szál másolásának eljárása leegyszerísödött és automatizálhatóvá vált, és kisebb mennyiségí örökítőanyag-minta is elegendő lett a kutatóknak a szükséges vizsgálatokhoz, például egy betegség diagnosztizálásához vagy az apaság megállapításához.

1990. Szintetikus gyémánt
Gyémánt az áramkörökben és a vezetékekben? A technika fejlődésével lehetségessé vált gyémántot növeszteni olyan vékony filmrétegként, hogy az elektronika és az optika is alkalmazni tudja a szintetikus gyémántot. Az úgynevezett epitaxiális növesztés során a mesterségesen növesztett réteg a hordozóanyag kristályszerkezetének pontos mása lesz. A félvezető gyémántot ipari gyémánt alapra növesztették rá, így a növekedés során ezt másolta le a keletkező kristály.A kezdeti próbálkozások során csak egymáshoz képest rendezetlenül elhelyezkedő gyémánt kristályszemcséket tudtak növeszteni, de ezek alkalmatlanok voltak áramvezetésre. &Aacutem végül sikerült létrehozni egy olyan szintetikus gyémánt filmréteget, melynek elektromos tulajdonságai viszont megközelíthetik a szilíciumét, így akár tranzisztorok is készíthetők gyémántból. Igaz, hogy a tiszta gyémánt alapvetően szigetel, de bór vagy nitrogén szennyező atomok kis mennyiségben való hozzáadásával a szilíciumhoz hasonló félvezető válik belőle. A gyémánt még messze van attól, hogy a szilícium versenytársa lehessen, de egyes különleges alkalmazásokban a gyémánt áramkörök a jobbak. A szilíciumalapú eszközök ugyanis 150 °C-nál magasabb hőmérsékleten általában felmondják a szolgálatot, a gyémántcsipek viszont több száz fokos hőmérsékleten is míködnek. Nem meglepő, hogy szintetikus gyémánt is bekerült az Év molekuláinak társaságába.

1991. C60, a nanolabda
A természetben is előfordul a nanoméretí szénlabda: gyakran megtalálható például a koromban. &Aacutem 1991-ben sikerült mesterségesen is felépíteni a buckyballt, azaz a fullerént. A labda teljesen szénből épül fel, de nem csak golyó formája létezik, lehet ellipszoid vagy éppen cső alakzatú is. Struktúrája hasonlít a grafithoz, amely hatszög alakú gyírík által létrehozott lemezekből áll, de a buckyball tartalmaz ötszög alakú gyíríket is, amelyek tulajdonképpen térbelivé teszik a formát. A fullerén másik kuriózuma, hogy ez a legkisebb olyan nanomolekula, amelyben nincs két olyan ötszög, melyek sarkai találkoznának: ez ugyanis destabilizálná a molekulát. A C60 molekula szerkezete leginkább egy focilabdára hasonlít, melyet húsz hatszög és tizenkét ötszög alkot, egy-egy szénatommal a sokszögek csúcsaiban, és egy kötéssel minden sokszög sarkában.

1992. Nitrogén-oxid (NO)
A kétatomos molekula leginkább légszennyező hatásáról ismert, amely a gépkocsik üzemanyagának elégésekor keletkezik, pedig az élő szervezet fontos alkotóeleme, ingerületközvetítő molekulája. Az emberi szervezet tulajdonképpen minden sejtjének míködésére hatással van, így akár a férfipotencia növelésére is…A nitrogén-oxidot a szervezet különböző sejtjei állítják elő, és a képződés helyéről gyorsan a szomszédos sejtekhez áramlik, így számos élettani folyamatot befolyásol. Kulcsszerepe van a szív míködésében és az érrendszerben. A gáz a vérnyomás és az egyes létfontosságú szervek vérellátásának fő szabályozója is. Hatására az erek simaizomzata elernyed, a vérrögképződés csökken. A fehérvérsejtekben segít a baktériumok elpusztításában, szervátültetéseknél az új szerv kilökődésének veszélyét csökkenti. Nem utolsó sorban pedig a férfiimpotencia hatásos ellenszere. Miután kiderült, hogy a kis kék tabletta a vér nitrogén-oxid szintjét emeli meg, így segítve a pénisz véráramlásának növekedését, ez a molekula is megkapta az elismerő címet.A sokfunkciós molekula diagnosztikára is alkalmazható: a gyulladásos betegségek (asztma, bélgyulladás, ízületi gyulladások) a hatásukra a szervezetben képződő NO mennyisége alapján felismerhetők.

1993. P53 gén
A rákos sejtek visszaszorításában játszik fontos szerepet a p53 gén, amely úgynevezett tumorszupresszor: egészséges szervezetben folyamatosan képződik és lebomlik, irányítva, leküzdve a szervezetben a káros sejtburjánzásokat. &Aacutem ha megsérül ez a gén, a tumorok visszaszorítása lecsökken, és kialakulhat a rákos betegség. Vannak olyan egyének, akik eleve csak egy kópiáját öröklik a p53-nak: náluk a tumorok kialakulása sokkal valószíníbb. &Aacutem a gén a korábban egészséges sejtekben is károsodhat úgynevezett mutagén hatásokra, vegyszerek, vírusok vagy éppen sugárzás miatt. A rákos sejtek felében megtalálható a p53 gén mutációja, így a tudósok legfőbb feladata most az, hogy a tumorsejtekben visszaállítsák a gén eredeti szekvenciáját és így megfelelő míködését. Erre számos kísérletet tettek a kutatók, reménykeltő, hogy egy fehérjét sikerült már találniuk, amely képes megjavítani a mutáns p53-at.

1994. A DNS-javító enzimrendszer
A szervezetben minden pillanatban nagyon sok sejt keletkezik és pusztul. Azok a sejtek, amelyek hibás információt vinnének át a következő sejtosztódásba, nagyon sokszor elpusztulnak. Azonban ha a hiba kicsi, azt egy úgynevezett reparációs (javító) enzimrendszer felismeri, kivágja a hibás részt a DNS-molekulából, s helyreállítja az eredeti állapotot. A javító enzimrendszer azért fontos, mert ha kijavítja a hibás DNS-részt, a sejt ismét az eredeti információt tartalmazza majd, és így nem jön létre kóros fehérje, a sejt továbbra is a szervezet irányítása alatt marad, vagyis nem alakul ki rákos betegség. A reparációs enzimrendszer segíthető az ember által bevitt anyagokkal is. Közismert például a C-vitamin jótékony hatása, mely a javító folyamatot erősíti, az A- és E-vitamin, illetve a szelén pedig a DNS-molekulában lévő káros oxidációt akadályozhatja meg.

1995. Bose–Einstein-kondenzáció
A nagyon erősen lehítött, lelassult mozgású atomokat mágneses csapdába ejtették, így szinte mozdulatlanságra kényszerítve őket. Az abszolút nulla fokot a fok milliárdod részére megközelítve az anyag új halmazállapotba került – ennek a létezését Bose és Einstein az 1920-as években megjósolta, ám csak 1995-ben sikerült előidézniük a fizikusoknak. A Bose–Einstein-kondenzáció első kísérleteiben rubídium-, később lítium- és nátriumatomokkal hozták létre az új állapotot. Az új anyagforma segíthet a szupravezetés még teljesebb megértésében, és az elektromos áram szállítása során keletkező hatalmas veszteségek kiküszöbölésében.

1999. Az őssejtek
Az őssejtek minden többsejtí szervezetben megtalálhatók, sőt, ezek irányítják a különböző funkciójú sejtcsoportok kialakulását. Két fajtájuk különíthető el: az embrionális őssejtek kialakítják a szerveket, szervrendszereket, a felnőtt őssejtek ezzel szemben a szervezet javító mechanizmusának részei, fontos szerepük van például a vér és a bőr regenerálódásában.Az orvostudomány szempontjából is nagyon fontosak ezek a sejtek, hiszen akár szívizom vagy idegsejtekké is képesek alakulni, így esetleg a jövőben gyógyítani tudják a szívinfarktus során károsodott szívet vagy a roncsolódott gerincvelői idegeket.

2005. 4E10-antitest
A test rengeteg antitestet hoz létre a HIV ellen, de ezek általában képtelenek semlegesíteni a vírust. &Aacutem néhány fertőzött immunrendszere sikeresen veszi fel a harcot a HIV ellen. Az ő szervezetük olyan antitesteket termel, amilyen például a 4E10. Ez az antitest széles skálán hatékony: közel száz változata létezik a HIV-nek, és a 4E10 mindegyiket képes semlegesíteni a laboratóriumi tesztek alapján, mégpedig oly módon, hogy a vírus felületi fehérjéjén célba vesz egy területet, amelyet a vírus arra használ, hogy az ember sejtjeinek membránján behatolva megfertőzze azokat. A célba vett terület szokatlanul közel van a vírus sejtmembránjához, és az antitest rendelkezik egy különös adaptációs képességgel, amely segíti a megtapadását a vírus aminosavakból álló ujján, így könnyebben be tud hatolni a HIV membránjába, és az antitest így érintkezni tud a célba vett területtel.A kutatók számára a legfontosabb kérdés: hogyan lehetne mesterségesen is előállítani az antitest struktúráját, amely így stimulálná a szervezet immunrendszerét, hogy maga állítsa elő a 4E10-et vagy egy teljesen hasonló széles spektrumú antitestet a HIV ellen.

2007. Az emberi genetikai változatosság
Két véletlenszeríen kiválasztott ember ezer nukleotidja közül csak egy fog különbözni. A csimpánzoknál viszont ötszáz nukleotidpár között található egy eltérő. Az ember génállományát közel hárommilliárd nukleotid építi fel, tehát két ember körülbelül hárommillió nukleotidpárban tér el egymástól. Ezeknek az eltéréseknek nagy része nem befolyásolja az ember felépítését, ám bizonyos allélek hatással vannak mind a szervezet funkciójára, mind a külső megjelenésre.
Ezeknek a változatoknak az eloszlása minden más fajétól különbözik. A különböző variációk csoportokba rendeződve területileg is elkülönülnek, a hat kontinensen felfedezhetők. Ez a csoportos elrendeződés lehetőséget ad a kutatóknak, hogy tanulmányozzák a különböző tulajdonságok öröklődését, a genetikai betegségek természetét, esetleges megelőzésüket és gyógyításukat. L.Zs.§

  • A további díjazottak
    1996: a HIV míködésének megértése
    1997: Dolly, az első felnőtt sejtekből klónozott bárány
    1998: az univerzum alkotója, a fekete anyag
    2000: a genomok
    2001: a nanokörök elektronikai alkalmazása
    2002: az RNS egyik, sejteket összekötő alkotórésze
    2003: a fekete lyuk
    2004: a Mars vizsgálata
    2006: a Poincaré-sejtés megfejtése