Profesor Michael Hall: Naukowe przełomy na tropikalnej glebie Rapa Nui
Czasami drobne odkrycia w nauce mogą przerodzić się w rewolucje o ogromnym znaczeniu. Taki właśnie był początek przełomowych badań profesora Michaela Halla nad związkiem chemicznym o nazwie rapamycyna, pozyskanym z próbki gleby pochodzącej z Wyspy Wielkanocnej, znanej również jako Rapa Nui. W 2024 roku Hall został uhonorowany prestiżową nagrodą Balzana za „przełomowe osiągnięcia” w zrozumieniu molekularnych mechanizmów regulujących wzrost komórek i procesy starzenia.
Nagroda Balzana, przyznawana corocznie we Włoszech, ma na celu wyróżnienie wyjątkowych osiągnięć w dziedzinach nauki, kultury i sztuki. Profesor Hall, naukowiec amerykańsko-szwajcarski, związany obecnie z Centrum Nauk o Życiu Molekularnym (Biozentrum) na Uniwersytecie w Bazylei, przez ostatnie trzy dekady rewolucjonizował naszą wiedzę o procesach komórkowych, szczególnie tych związanych z wiekiem i chorobami wieku starczego, takimi jak nowotwory, cukrzyca czy choroby sercowo-naczyniowe. Warto zaznaczyć, że część jego badań została sfinansowana przez Unię Europejską.
Odkrycie rapamycyny – od gleby do wiedzy
Historia rapamycyny, substancji odkrytej na egzotycznej glebie Rapa Nui, zaczyna się w bakterii Streptomyces hygroscopicus. Początkowo rozwijano ją jako środek przeciwgrzybiczy, co wyjaśnia jej nazwę od oryginalnej lokalizacji. Jednak wkrótce okazało się, że związek ten może osłabiać odpowiedź immunologiczną organizmu, co umożliwiło jego zastosowanie w terapii niektórych nowotworów oraz zapobieganiu odrzutom przeszczepów.
W latach 80. XX wieku młody profesor Hall podjął badania nad działaniem rapamycyny, kierując się czystą ciekawością naukową. Jednym z przełomowych momentów stał się śmiały eksperyment uczestnika jego zespołu badawczego – dr. Joe Heitmana, który zaaplikował rapamycynę do komórek drożdży, by poznać mechanizmy jej działania. Ostatecznie odkryto, że rapamycyna wpływa na enzym zwany „target of rapamycin” (TOR) – w biologii ssaków znany jako mTOR. Był to punkt wyjścia do dalszych przełomowych obserwacji.
Regulator wzrostu komórek
Pierwotne eksperymenty przeprowadzone w Bazylei sugerowały, że mTOR kontroluje proces podziału komórkowego – kluczowy dla reprodukcji, wzrostu oraz regeneracji tkanek. Kolejne badania przyniosły jednak prawdziwą rewolucję w myśleniu: mTOR odpowiada nie tylko za podział, ale także za wzrost komórek, czyli ich zwiększenie masy i rozmiaru.
W latach 90. takie wnioski były zaskakujące. W tamtych czasach uważano, że wzrost komórek następuje spontanicznie, zawsze gdy dostępne są odpowiednie substancje odżywcze. Odkrycie, że proces ten jest aktywnie regulowany przez kompleks białkowy mTOR, diametralnie zmieniło ten obraz. Co więcej, badania wykazały, że mTOR jest obecny nie tylko u ludzi, ale w niemal wszystkich organizmach wielokomórkowych, takich jak rośliny, drożdże czy owady, co podkreśliło jego kluczowe znaczenie w biologii życia.
Kontrola procesu starzenia
Na szczególną uwagę zasługuje odkrycie związku mTOR z metabolizmem oraz spożyciem składników odżywczych. Badacze z zespołu profesora Halla dowiedli, że mTOR działa niczym „sensor składników odżywczych”. Gdy składników tych jest pod dostatkiem, enzym kieruje komórki na ścieżkę wzrostu zamiast konserwacji. Natomiast ograniczenie przyjmowanych kalorii (bez wywoływania niedożywienia) zmniejsza aktywność mTOR, co aktywuje procesy naprawy komórek i konserwacji zasobów.
Starzenie się organizmów jest często wynikiem kumulacji uszkodzeń na poziomie komórkowym. Redukcja aktywności mTOR wspiera mechanizmy naprawcze, ogranicza stres metaboliczny i opóźnia procesy związane z wiekiem, takie jak stany zapalne. Co szczególnie interesujące, rapamycyna jest w stanie naśladować efekty diety ograniczonej kalorycznie, hamując aktywność mTOR. Badania na zwierzętach, takich jak myszy i muszki owocówki, dowodzą, że rapamycyna może wydłużać okres życia i poprawiać jakość funkcjonowania organizmu w starszym wieku.
Rapamycyna w walce z nowotworami
Jednym z najważniejszych obszarów badań nad mTOR jest jego wpływ na rozwój nowotworów. Samo mTOR, jako regulator wzrostu komórek, jest często nadaktywne w komórkach nowotworowych, ułatwiając ich niekontrolowany rozwój. Szacuje się, że kompleksy TOR są nadmiernie aktywne w około 70% wszystkich nowotworów, co czyni je kluczowym celem w terapii onkologicznej.
Badania pokazują, że ograniczenie aktywności mTOR za pomocą rapamycyny może spowolnić wzrost komórek rakowych i zwiększyć ich podatność na chemioterapię oraz radioterapię. Pomimo obiecujących wyników, stosowanie inhibitorów mTOR wiąże się z wyzwaniami, takimi jak potencjalna supresja układu immunologicznego czy problemy metaboliczne. Obecnie trwają intensywne prace, by opracować bardziej precyzyjne i selektywne terapie celowane.
Siła ciekawości naukowej
Badania profesora Halla podkreślają wartość eksploracji naukowej napędzanej czystą ciekawością. Począwszy od prostego pytania o działanie substancji przeciwgrzybiczej, odkrył on mechanizm regulacji wzrostu komórek, nowy sposób spowalniania procesów starzenia i perspektywę na innowacyjne terapie nowotworów.
Sam Hall przyznaje, że finansowanie jego badań przez Unię Europejską odegrało kluczową rolę. Programy wsparcia, takie jak granty Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERC), umożliwiły mu zadawanie kolejnych pytań i podążanie ścieżką odkryć, które na początku były niemal całkowicie niewidoczne. Dzięki takim inicjatywom europejska nauka znacząco rozwinęła się w ostatnich latach, zdobywając liczne międzynarodowe wyróżnienia, w tym Nagrodę Nobla czy Medale Fieldsa.
Dla samego profesora Halla otrzymywanie kolejnych nagród, w tym tak prestiżowej jak nagroda Balzana, jest zarówno zaszczytem, jak i potwierdzeniem słuszności podejmowanych przez niego wysiłków badawczych. Jak sam mówi: „Każda taka nagroda to ogromny komplement. Kto ich nie lubi? To cudowne uznanie dla pracy życia”.
