Zahlavi

Nobelova cena za ovládnutí chemických procesů s využitím evolučních principů

Nobelova cena za ovládnutí chemických procesů s využitím evolučních principů

Thu Oct 04 06:54:00 CEST 2018

Nobelova cena za chemii v letošním roce putuje do rukou Frances Arnoldové a George Smithe z USA a Sira Gregoryho Wintera z Británie za výzkumy a objevy patřící do oblasti chemické biologie a proteinového inženýrství – konkrétně za techniky zvané řízená evoluce a fágová selekce a jejich využití k tvorbě a selekci nových peptidů a bílkovin.

Královská švédská akademie věd třem novým laureátům vyjádřila uznání za to, že se inspirovali chemickými procesy, které používá živá příroda, ovládli je a využili stejných principů jako evoluce – genetických změn a selekce – k vývoji peptidů a bílkovin, které řeší řadu chemických problémů a přinášejí výrazný prospěch lidstvu.

Enzymy, protilátky a další bílkoviny (odborně proteiny) vytvořené postupy, které navrhli noví laureáti nejvyššího vědeckého ocenění, slouží v bezpočtu oblastí – od ekologičtější výroby různých chemických látek, včetně nových typů biopaliv, až po výrobu nových léků. Protilátky vyvinuté na základě jejich metod bojují s autoimunitními chorobami a dokonce proti rakovině.

Produkci mnoha nových typů enzymů, což jsou látky urychlující chemické reakce v organismech, vyvinula Frances H. Arnoldová, když napodobila proces přirozeného výběru a v roce 1993 uskutečnila první řízenou evoluci těchto sloučenin. Otevřela cestu k velmi rychlé syntéze „na míru šitých“ enzymů sloužících ke specifickým účelům – kromě výše zmíněných léků a biopaliv jsou dnes například součástí pracích prášků a čisticích prostředků šetrnějších k životnímu prostředí. Enzymy, které v současné době vznikají v její laboratoři, dokonce katalyzují chemické reakce, k nimž v přírodě vůbec nedochází – takže vznikají naprosto nové látky a materiály. Dále vylepšila postupy, které se dnes běžně používají k vývoji nových katalyzátorů. Frances Arnoldová dále je teprve pátá žena na světě, která získala Nobelovu cenu za chemii.

O druhou polovinu Nobelovy ceny se dělí George P. Smith Sir Gregory P. Winter za vývoj a využití laboratorní techniky fágové selekce (anglicky „phage display“). Využívá bakteriofágy (což jsou viry napadající bakteriální buňky) k vývoji a selekci nových peptidů a bílkovin. Vypracoval ji George Smith, Sir Gregory Winter pak na jeho objev navázal a použil metodu fágové selekce k řízené evoluci protilátek (imunoglobulinů). Jedná se o bílkoviny, které hrají zásadní roli v imunitní odpovědi organismu, protože dokážou identifikovat a zneškodnit cizí bakterie, viry a další cizorodé agens v organismu. Cíl Gregoryho Wintera – přispět k vývoji nových účinných léků – se naplnil vrchovatě. Podle Královské švédské akademie věd první lék vytvořený pomocí této metody zcela založený na jedné lidské protilátce vznikl v 90. letech minulého století, byl schválen v roce 2002 a používá se k léčbě revmatické artritidy, lupenky nebo zánětlivých onemocnění střev. Tento úspěch odstartoval rychlý rozvoj na tomto poli a díky fágové selekci byly od té doby vyvinuty protilátky, které dokážou neutralizovat toxiny (například sněti slezinné), bojovat s autoimunitními onemocněními či dokonce s metastatickou rakovinou, v klinických studiích jsou protilátky, které mají bojovat s Alzheimerovou chorobou a mnohé další.

„Jsme teprve na počátku revoluce způsobené řízenou evolucí, která mnoha rozmanitými způsoby přináší a bude přinášet obrovský prospěch lidstvu,“ uvedla při vyhlašování letošních laureátů Nobelovy ceny za chemii Královská švédská akademie věd.

Podle Michala Hocka z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR je přínos obou oceněných metod jak metodický, tak aplikační:

„Principy tzv. in vitro evoluce, kdy se vybírají z milionů náhodných kombinací mutace, které mají žádoucí funkci, vedly k vývoji mnoha dalších variant selekčních metod a daly vzniknout nejen novým funkčním peptidům a bílkovinám, ale i celé řadě umělých bioanalogických systémů, u kterých lze dále optimalizovat vlastnosti. Nové enzymy, vytvořené na míru, znamenaly opravdovou revoluci v katalýze, protože umožnily efektivně katalyzovat reakce, které do té doby byly obtížné nebo dokonce nerealizovatelné, a nacházejí použití i v chemické a farmaceutické výrobě. Biologicky aktivní proteiny a protilátky objevené pomocí fágové selekce zase znamenaly revoluci ve farmacii a vedly k vývoji tzv. biologik, což jsou léčiva na bázi velkých biomakromolekul, která se využívají k přesně cílené léčbě bez nežádoucích vedlejších účinků.“

Připravila Jana Olivová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto:
Niklas Elmehed. © Nobel Media