Sonda za putovanje u stanicu!

Još jedna spravica nanotehnologije: molekularni stroj kojeg stanica može "progutati" a potom smjestiti u svoj "želudac" - lizosom - da bi se vidjelo što je u njemu. I našla veza s jednom bolešću.

Nenad Raos četvrtak, 28. veljače 2019. u 07:00

I stanice imaju svoje organe, ali sitne.  Prevedemo li naime riječ organella (deminutiv of organum) s latinskog na hrvatski, vidimo da organele, stanične strukture određene građe i funkcije, nisu ništa drugo nego organići, dakle stanični organi. Ima ih mnogo, po broju, po vrsti i po funkciji, baš kao što ima mnogo različitih organa u tijelu višestaničnih organizama, no za razliku od organa organele se ne mogu secirati da bi im se upoznala građa. Sve što znanstvenicima preostaje je mukotrpno istraživanje njihova ponašanja pod mikroskopom. To je i razlog zašto o njima još uvijek malo znamo.

Jedna od  slabo poznatih, slabo istraženih „staničnih organića“ su lizosomi. Već im ime ukazuje na funkciju: u njima se nešto lizira, razgrađuje. Stoga ih možemo smatrati staničnim želucem – no s ovom usporedbom nestaje i sva sličnost s pravim želucem. Čovjek ima, razumije se, samo jedan želudac i – i to se razumije – samo jednu vrstu želuca. Stanica ima na stotine lizosoma, a koliko ih sve ima vrsta – to još uvijek nitko ne zna. Ima lizosoma u kojima se razgrađuje hrana koju stanica „proguta“ (za to opet služe ogranele, „stanična usta“ – endosomi), no i onih koji razgrađuju otpadne produkte što se u njoj stvaraju (autolizosomi). Usto postoje lizosomi zaduženi za izbacivanje otpadnih produkta iz stanice.  Ima mnogo pitanja o tim organelama na koja treba odgovoriti, no ne (samo) zato što su znanstvenici po prirodi znatiželjni (a njihovu znatiželju plaćaju porezni obveznici), nego prije svega zbog toga što se pokazalo kako je šezdesetak bolesti povezano  s lošom funkcijom lizosoma. Toj skupini pripadaju i neurodegenerativni poremećaji poput Parkinsonove i Alzheimerove bolesti.

Zbog toga treba cijeniti važan korak u razlikovanju vrsta lizosoma što su ga nedavano napravili znanstvenici iz Chicaga te svoje rezultate objavili u časopisu Nature Nanotechnology pod naslovom „A DNA nanomachine chemically resolves lysosomes in live cells“ (Nanostroj temeljen na DNA kemijski razlučuje lizosome u živim stanicama). Što su napravili? Napravili su sondu za stanični želudac.

Njihova je sonda nanosonda. Riječ je o molekuli DNA koju u ovom slučaju nisu iskoristili kao nositeljicu gena, nego za nošenje triju  fluorescentnih markera, na slici označena zelenom, narančastom i crvenom bojom. „Zeleni“ marker, reagira (fluorescira) kada se na njega vežu kloridni ioni, Cl-, tvoreći fluorescentni sustav označen kao R/G.   „Narančasti“ marker reagira pak na vodikove ione, H+, i to tako da se veže za „crveni“ marker te s njime tvori fluorescentni sustav D/A. Rezultat? Jedna te ista molekula, nanosonda,  reagira neovisno na dvije vrste iona, kloridne i vodikove.  Zato su autori svojoj metodi dali  ime 2-IM (two-ion measurement, dvoionsko mjerenje), a samom nanostroju ChloropHore (očito od chlor + pH; pH je, sjećamo se iz kemije, negativni logaritam koncentracije vodikovih iona). I što su ustanovili?

„A na svijetu onome, baš kao i na ovome“, kaže Ero iz Gotovčeve opere, a ja dodajem: u želucu onome baš kao i u ovome – ima kiseline. Kada naime spojimo ona dva iona, H+ i Cl-,  koje mjeri ChloropHore, dolazimo do HCl, klorovodične ili solne kiseline – upravo one kiseline koja s enzimima razgrađuje hranu u našem želucu!

Kada su svoj ChloropHore unijeli u kulturu primarnih fibrioblasta ljudske kože, otkrili su,  prema fluorescenciji, da se mogu razlikovati dvije populacije, dvije vrste lizosoma. Prva, najbrojnija populacija tih staničnih organela sadržava vrlo malo klorida. Tu populaciju čini oko 68 % lizosoma. No mnogo je zanimljivija druga skupina lizosoma, koju sačinjava samo 23 % organela. U lizosomima te populacije ima mnogo i vodikovih i kloridnih iona, što znači da je u njoj koncentracija klorovodične kiseline, HCl, visoka. Tako je to u zdravoj stanici. A u  bolesnoj?

Istražujući iste stanice oboljelih od nasljedne Niemann-Pickove bolesti, znanstvenici u njima nisu pronašli ove druge, „kisele“ lizosome. Bolesnici imaju dakle slabu kiselinu u želucu – ali onom staničnom!

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je doktor prirodnih znanosti iz područja kemije, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju. Do umirovljenja radio je u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI)  baveći se bioanorganskom i teorijskom (računalnom) kemijom. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti surađujući u mnogim časopisima i revijama (Priroda, ABC tehnike, Čovjek i svemir, Modra lasta, Smib, Fokus). Napisao je više od dvije tisuće znanstveno-popularnih članaka, 13 znanstveno-popularnih knjiga te u koautorstvu dva sveučilišna udžbenika iz područja dizajniranja lijekova. Sada piše za mrežne stranice  Zg-magazina te za časopis Čovjek i svemir te, naravno, za BUG online. U časopisu Kemija u industriji je stalni komentator te  urednik rubrike „Kemija u nastavi“. Godine 2003. dodijeljena mu je Državna godišnja nagrada za promidžbu i popularizaciju znanosti.