Vojna proti chorobám: prehodnotenie starých strašidiel
Napriek nepretržitému prúdu objavov lekárskej vedy stále existuje množstvo lámavých chorôb. Vedci dnes hľadajú nové stopy po dobre vyšliapaných chodníkoch.
Keď sa vedci hlbšie zaoberajú mechanizmami, ktoré ležia pod ťažko liečiteľnými stavmi, ako je cukrovka a Alzheimerova choroba, vyberajú sa na okraji vedy, siahajú po uvoľnených vláknach a strkajú prsty do slabo osvetlených zákutí.
Ale pretože odpovede z nových uhlov nie sú vždy k dispozícii, stojí za to zdvojnásobiť sa každú chvíľu späť, otvoriť staré dvere a znovu navštíviť známe tváre.
Nedávno bol napríklad „objavený“ nový orgán, ktorý sa skrýval pred očami. Intersticium - systém vreciek naplnených tekutinou - sa dnes považuje za jeden z najväčších orgánov tela.
Predtým sa intersticium považovalo za dosť nepodstatné; niečo viac ako anatomický lepiaci papier podporujúci správne orgány pri správnej práci. Ale pri vynulovaní najmodernejších zobrazovacích techník sa ukázala jeho veľkosť a dôležitosť.
Vedci sa teraz pýtajú, čo nás môže naučiť o edémoch, fibróze a ťažkej schopnosti šírenia rakoviny.
Pri výskume každý vie, že žiaden kameň by nemal zostať na kameni. Intersticium nám však pripomína, že by sa mali otáčať viackrát a v pravidelných intervaloch.
V tomto článku sa venujeme niektorým známym aspektom bunkovej biológie, ktoré sa opätovne skúmajú a poskytujú neznáme spôsoby porozumenia chorobe.
Mikrotubuly: Viac ako lešenie
Cez cytoplazmu každej bunky preteká komplexná sieť proteínov, ktorá sa nazýva cytoskeleton. Termín prvýkrát vytvoril Nikolaj Konstantinovič Koltsov v roku 1903. Jednou z hlavných zložiek cytoskeletu sú dlhé tubulárne proteíny, ktoré sa nazývajú mikrotubuly.
Mikrotubuly pomáhajú udržiavať bunku tuhú, ale tiež zohrávajú kľúčovú úlohu v bunkovom delení a transporte zlúčenín okolo cytoplazmy.
Dysfunkcia mikrotubulov bola spojená s neurodegeneratívnymi stavmi vrátane veľkých dvoch: Parkinsonovej a Alzheimerovej choroby.
Neurofibrilárne klbká, ktoré sú abnormálne skrútenými vláknami proteínu nazývaného tau, sú jedným z charakteristických znakov Alzheimerovej choroby. Zvyčajne v spojení s molekulami fosforečnanu pomáha tau zaistiť mikrotubuly. V Alzheimerových neurónoch však proteíny tau nesú až štyrikrát viac fosfátu ako normálne.
Hyperfosforylácia znižuje stabilitu a rýchlosť výroby mikrotubúl a môže tiež spôsobiť rozloženie mikrotubulov.
Ako táto zmena vo výrobe mikrotubulov vedie k neurodegenerácii, nie je úplne jasné, ale vedci sa zaujímajú o to, či by intervencia v týchto procesoch mohla jedného dňa pomôcť pri liečbe alebo prevencii Alzheimerovej choroby.
Problémy s mikrotubulami nie sú vyhradené iba pre neurologické stavy. Od 90. rokov 20. storočia vedci diskutujú o tom, či môžu byť koreňom bunkových zmien, ktoré vedú k infarktu.
Najnovšia štúdia zameraná na túto otázku dospela k záveru, že chemické zmeny v sieti mikrotubulov srdcových buniek spôsobili, že sú tuhšie a menej schopné sa sťahovať, ako by mali.
Autori sa domnievajú, že návrh liekov zameraných na mikrotubuly by mohol byť nakoniec životaschopným spôsobom „zlepšenia funkcie srdca“.
Za elektrárňou
Ak ste sa na hodine biológie naučili iba jednu vec, bolo pravdepodobné, že „mitochondrie sú sily bunky“. Prvýkrát, čo sa objavilo v 18. storočí, sa dnešní vedci pýtajú, či by mitochondrie mohli byť v príčinách s rôznymi chorobami.
Úlohe mitochondrií pri Parkinsonovej chorobe sa venovala najväčšia pozornosť.
V skutočnosti sa v priebehu rokov na vývoji Parkinsonovej choroby podieľali rôzne mitochondriálne poruchy.
Môžu napríklad vzniknúť problémy v zložitých chemických dráhach, ktoré generujú energiu v mitochondriách, a môžu sa vyskytnúť mutácie v mitochondriálnej DNA.
Mitochondrie môžu byť tiež poškodené nahromadením reaktívnych foriem kyslíka, ktoré sa produkujú ako vedľajší produkt výroby energie.
Ako však tieto zlyhania spôsobujú zreteľné príznaky Parkinsonovej choroby? Mitochondrie sú koniec koncov prakticky v každej bunke ľudského tela.
Zdá sa, že odpoveď spočíva v type buniek postihnutých Parkinsonovou chorobou: dopaminergné neuróny. Tieto bunky sú jedinečne citlivé na mitochondriálnu dysfunkciu. Čiastočne sa to zdá byť preto, lebo sú obzvlášť citlivé na oxidačný útok.
Dopaminergné neuróny tiež veľmi závisia od vápniku, prvku, ktorý si mitochondrie udržujú. Bez kontroly mitochondriálneho vápnika dopaminergné nervové bunky trpia neúmerne.
Diskutovalo sa tiež o mitochondriálnej úlohe pri rakovine. Zhubné bunky sa delia a replikujú spôsobom mimo kontroly; to je energeticky nákladné, vďaka čomu sú mitochondrie hlavnými podozrivými.
Okrem schopnosti mitochondrií generovať energiu pre rakovinové bunky pomáhajú aj bunkám adaptovať sa na nové alebo stresujúce prostredie. A pretože rakovinové bunky majú neskutočnú schopnosť prechádzať z jednej časti tela do druhej, založiť obchod a množiť sa bez toho, aby ste sa pozastavili nadýchaním, aj tu sú mitochondrie podozriví z darebákov.
Okrem Parkinsonovej choroby a rakoviny existujú dôkazy, že mitochondrie môžu mať tiež podiel na vzniku nealkoholického tukového ochorenia pečene a niektorých pľúcnych stavov. Stále sa musíme učiť o tom, ako tieto pracovité organely ovplyvňujú choroby.
Ďalšia úroveň mikrobiómu
Bakteriofágy sú vírusy, ktoré napádajú baktérie. A so zvýšeným záujmom o črevné baktérie nie je žiadnym prekvapením, že bakteriofágy začali dvíhať obočie. Ak môžu baktérie ovplyvňovať zdravie, určite to môže zabíjať aj niečo, čo ich zabíja.
Baktérie prítomné vo všetkých ekosystémoch na Zemi sú vynikajúco početné. Bakteriofágy ich však prevyšujú; jeden autor o nich hovorí ako o „v podstate všadeprítomnom“.
Vplyv mikrobiómu na zdravie a choroby je spletitá sieť interakcií, ktoré sa práve začíname rozpletať.
A keď sa do zmesi pridá virom - naše rezidentné vírusy, stane sa z neho exponenciálne labyrint.
Vedieť, aké dôležité sú baktérie pri chorobe a zdraví, si vyžaduje len malý skok fantázie, aby sa zvážilo, ako môžu byť bakteriofágy - ktoré sú špecifické pre rôzne kmene baktérií - jedného dňa medicínsky užitočné.
V skutočnosti sa bakteriofágy používali na liečbu infekcií v 20. a 30. rokoch. Vypadli z nemilosti predovšetkým preto, že na scéne sa objavili antibiotiká, ktoré sa ľahšie a lacnejšie skladujú a vyrábajú.
Ale s nebezpečenstvom antibiotickej rezistencie, ktoré sa týči nad hlavou, môže byť na rade posun späť k liečbe bakteriofágmi.
Výhodou bakteriofágov je tiež to, že sú špecifické pre jednu baktériu, na rozdiel od širokého spektra antibiotík u mnohých druhov.
Aj keď je obnovenie záujmu o bakteriofágy nové, niektorí už vidia potenciálnu úlohu v boji proti „kardiovaskulárnym a autoimunitným ochoreniam, odmietnutiu štepu a rakovine“.
Dajte pozor na lipidové rafty
Každá bunka je potiahnutá lipidovou membránou, ktorá prepúšťa určité chemikálie dovnútra a von, pričom blokuje cesty ostatných. Lipidové membrány ani zďaleka nie sú jednoduchým vreckom plným kúskov, ale sú zložité, bielkovinami posiate entity.
V komplexe membrán sú lipidové rafty diskrétnymi ostrovmi, kde sa zhromažďujú kanály a ďalšie bunkové vybavenie. O presnom účele týchto štruktúr sa vedú živé diskusie, ale vedci sa usilovne vyrovnávajú s tým, čo by mohli znamenať pre množstvo stavov, vrátane depresie.
Posledné výskumy dospeli k záveru, že porozumenie týmto oblastiam by nám mohlo pomôcť vyrovnať sa s fungovaním antidepresív.
G proteíny - čo sú bunkové spínače prenášajúce signál - sa deaktivujú, keď sa dostanú do lipidových raftov. Keď ich aktivita poklesne, zníži sa výboj neurónov a komunikácia, čo by teoreticky mohlo spôsobiť niektoré príznaky depresie.
Na druhej strane mince sa ukázalo, že antidepresíva posúvajú G proteíny späť z lipidových raftov, čím znižujú depresívne príznaky.
Ďalšie štúdie skúmali potenciálnu úlohu lipidových raftov pri liekovej rezistencii a metastázach pri rakovine pankreasu a vaječníkov, ako aj kognitívne spomalenie na ceste k Alzheimerovej chorobe.
Aj keď dvojvrstvová štruktúra lipidovej membrány bola prvýkrát odhalená v polovici minulého storočia, lipidové rafty sú relatívne novým prírastkom do bunkovej rodiny. Mnoho otázok o ich štruktúre a funkcii zostáva nezodpovedaných.
Dobré veci prichádzajú v malých baleniach
Stručne povedané, extracelulárne vezikuly sú malé balíčky, ktoré prenášajú chemikálie medzi bunkami. Pomáhajú komunikovať a zohrávať úlohu v procesoch, ako sú koagulácia, starnutie buniek a imunitná odpoveď.
Pretože prenášajú správy sem a tam ako súčasť tak širokej škály ciest, niet sa čo čudovať, že majú potenciál bdieť a dostať sa do choroby.
Pretože môžu prenášať zložité molekuly vrátane proteínov a DNA, existuje veľká šanca, že môžu dopraviť materiály špecifické pre dané ochorenie - napríklad proteíny podieľajúce sa na neurodegeneratívnych ochoreniach.
Nádory tiež produkujú extracelulárne vezikuly, a hoci ich úloha ešte nie je úplne objasnená, je pravdepodobné, že pomáhajú pri usadzovaní rakoviny na vzdialených miestach.
Ak sa naučíme čítať tieto medzibunkové dymové signály, mohli by sme získať prehľad o nespočetnom množstve chorobných procesov. Teoreticky im stačí iba ťuknúť do nich a porušiť zákonník - čo samozrejme bude monumentálna výzva.
Pod záhybom
Ak ste sa venovali biológii, môžete mať slabú spomienku na príjemné vyslovujúce sa endoplazmatické retikulum (ER). Možno si tiež pamätáte, že ide o vzájomne prepojenú sieť sploštených vakov v cytoplazme, ktoré sa nachádzajú blízko jadra.
ER - prvý záblesk pod mikroskopom na konci 19. storočia - skladá proteíny a pripravuje ich na život v drsnom prostredí mimo bunky.
Je nevyhnutné, aby sa proteíny skladali správne; ak nie sú, ER ich neprepraví ďalej do ich konečného určenia. V čase stresu, keď ER pracuje nadčas, sa môžu hromadiť nesprávne alebo nerozložené proteíny. To spúšťa takzvanú rozvinutú proteínovú odpoveď (UPR).
UPR sa pokúša vrátiť normálne fungovanie buniek späť do režimu online odstránením nevybavených bielkovín. Za týmto účelom zabráni ďalšej produkcii bielkovín, odbúrava zle zložený proteín a aktivuje molekulárne mechanizmy, ktoré môžu pri zlomení pomôcť pri štiepení.
Ak sa ER nepodarí dostať späť do starých koľají a UPR nedokáže situáciu bunkových bielkovín vrátiť do súladu, je bunka označená za smrť apoptózou, typom bunkovej samovraždy.
Stres ER a následný UPR sa podieľajú na rade chorôb, z ktorých jedným je cukrovka.
Inzulín vyrábajú pankreatické beta bunky a pretože produkcia tohto hormónu sa v priebehu dňa mení, tlak na ER stúpa a klesá - čo znamená, že tieto bunky sa spoliehajú na efektívnu UPR signalizáciu.
Štúdie preukázali, že vysoká hladina cukru v krvi zvyšuje tlak na syntézu bielkovín. Ak UPR nedokáže vrátiť veci do pôvodných koľají, beta bunky stanú nefunkčnými a zomrú. Ako sa počet beta buniek zmenšuje, inzulín sa už nemôže vytvárať, keď je to potrebné, a rozvinie sa cukrovka.
Toto je fascinujúce obdobie, kedy sa môžeme zapojiť do biomedicínskej vedy, a ako dokazuje tento krátky pohľad, musíme sa ešte čo učiť a prekonanie starej krajiny môže byť rovnako užitočné ako nastolenie nového obzoru.
