Nositeľ Nobelovej ceny Erwin Neher: Rečou bunky je membránový potenciál

23. okt. 2019 • Prírodné vedy

Nositeľ Nobelovej ceny Erwin Neher: Rečou bunky je membránový potenciál

Pri príležitosti ESET Science Award zavítal na Slovensko nositeľ Nobelovej ceny za fyziológiu a medicínu Erwin Neher. Ako spomína na moment, keď mu oznámili, že je laureátom Nobelovej ceny? Načo bunka potrebuje iónové kanály? Čo sa stane, keď nefungujú správne a aké vlastnosti by podľa neho mal mať správny vedec?

Pamätáte si na ten moment, keď vám oznámili, že ste laureátom Nobelovej ceny?

Pamätám si to veľmi dobre. V tom čase mi ani nenapadlo, že je nejaká šanca aby som získal Nobelovu cenu. Sedel som za stolom a chystal som sa analyzovať dáta. Dlho som sa k tomu nevedel dostať, a keď som sa konečne donútil, zazvonil telefón. Prekvapilo ma to. Bol som veľmi rád a zároveň to pre mňa bolo aj stresujúce.

Prečo stresujúce?

Pretože bolo jasné, že analýzu dát, ktorú som už tak dlho odkladal, opäť nedokončím. (Smiech). Telefón zvonil v jednom kuse a ja som musel odpovedať na rozličné otázky.

Na bunku sa inak pozerá molekulárny biológ a inak genetik. Aký je pohľad biofyzika?

Z hľadiska biofyziky je dôležitá najmä komunikácia medzi jednotlivými bunkami. Zaujímame sa o tok iónov, ktoré putujú do bunky a z bunky, a tiež, ako tieto procesy menia membránové vlastnosti buniek, elektrický prúd, napätie a mnohé ďalšie. Keď sa v bunke zmení koncentrácia iónov, zmení sa aj signalizácia takzvaných druhých poslov. Patrí medzi nich napríklad vápnik, cyklický adenozín monofosfát, cyklický adenozín trifosfát, diacylglycerol alebo inositoltrifosfát. Zmena toku iónov teda spustí množstvo signálnych kaskád. Hlavná otázka pre biofyzikov je, ako sa všetky tieto signálne procesy odzrkadlia na úrovni bunky.

To, že naše telo je zložené z buniek, je už všeobecne známa informácia. Avšak, len veľmi málo ľudí vie, že bunka má nejaký membránový potenciál. Čo to vlastne je, a čo nám o bunke napovie?

Membránový alebo elektrický potenciál sa týka plazmatickej membrány nervových buniek. Každá bunka má okolo seba membránu, ktorá je polopriepustná a oddeľuje vnútorný priestor bunky od vonkajšieho prostredia. Na vonkajšej strane membrány prevažuje záporný náboj, zatiaľ čo vnútro je kladne nabité.

Podľa veľmi starého konceptu je vytváranie nervových impulzov práve výsledkom rozdielu napätia medzi vonkajším a vnútorným prostredím na bunkovej membráne. Membránový potenciál by sme preto mohli nazvať „reč“ nervovej bunky.

Ako je možné, že jednotlivé typy buniek majú odlišný membránový potenciál?

Za to sú zodpovedné iónové kanály, ktoré sa nachádzajú na bunkovej membráne. Každý bunkový typ má na svojej membráne odlišné iónové kanály, a v rôznom množstve. Ak bunka obsahuje veľa draslíkových kanálov, jej membránový potenciál bude veľmi negatívny. Naopak bunka, ktorá má na svojej membráne najmä chloridové kanály, bude mať veľmi nízky membránový potenciál.

Ktoré bunky majú najvyšší a ktoré najnižší membránový potenciál?

(Smiech). Najvyšší znamená najviac záporný?

Áno.

(Ticho). To je záľudná otázka. Pretože akonáhle poviem konkrétny bunkový typ, určite sa objaví niekto, kto pracuje na nejakom veľmi špecifickom type a bude mi protirečiť. (Smiech). Ale vo všeobecnosti, neuróny majú veľmi vysoký membránový potenciál, zatiaľ čo nízky membránový potenciál je typický pre bunky imunitného systému, ako sú biele krvinky alebo T-lymfocyty.

Nobelovu cenu ste dostali za vývoj novej metódy (Patch clamp), ktorá umožnila práve lepšie štúdium iónových kanálov, ktoré sa nachádzajú v bunkovej membráne. Z čoho ste vychádzali, keď ste hľadali spôsob, ako potvrdiť ich existenciu?

Už vtedy bolo známe, že každá bunka má na svojom povrchu bunkovú membránu a tiež, že je polopriepustná, teda ióny prechádzajú do jej vnútra a zároveň vychádzajú von. Preto bolo jasné, že musia existovať nejaké vstupné brány, cez ktoré ióny prechádzajú. Rozhodli sme sa zamerať na zvyšujúcu a znižujúcu sa hodnotu elektrického prúdu pri vstupe a výstupe iónov.

Mali sme však problém. Metódy, ktoré boli v danej dobe známe, neboli dostatočne citlivé. Boli sme schopní zmerať elektrický prúd asi stokrát väčší, než ten, ktorý sme naozaj potrebovali zaznamenať. Preto sme potrebovali vymyslieť novú metódu, ktorá by bola citlivejšia.

Vedeli sme, že toto je vec, ktorú musíme výrazne zmeniť. Často sme premýšľali nad tým, že prúd jednej bunky prezentuje súčet prúdov stoviek kanálov. Zmerať signál jednej jedinej bunky, ak ste na veľkej ploche a máte tam veľa buniek, je prakticky nemožné. Našou hlavnou myšlienkou bolo, že ak zmenšíme plochu, na ktorej meriame, máme oveľa väčšiu šancu zachytiť jeden alebo dva kanály.

Ak sa presunieme z úrovne bunky, na úroveň tela, aká je funkcia iónových kanálov?

V tom čase boli známe iba dve funkcie iónových kanálov. Prvá bola vytvárať nervový vzruch a druhá bola prenos komunikácie medzi nervovými bunkami navzájom alebo medzi nervovými bunkami a svalmi.

A čo sa stane, keď iónové kanály v našich bunkách nefungujú tak, ako majú?

Na túto tému dnes existuje už mnoho štúdií. My sme napríklad skúmali, vplyv lokálnych anestetík na iónové kanály. Preukázali sme, že jeden typ lokálnych anestetík môže iónové kanály zablokovať.

Vo svete okolo nás existuje mnoho toxínov, ktoré blokujú iónové kanály, čo môže mať veľmi vážne následky. Klasickým príkladom je tetrodotoxín, jed z ryby Fugu, ktorá sa v Japonsku bežne pripravuje, ale keď nie je dobre spracovaná, tak to človeka už pri veľmi nízkych koncentráciách môže zabiť. Ak kuchár toto jedlo nepripraví správne, nerozlíši samicu od samca, tak máte vážny problém.

Boli ste súčasťou medzinárodného tímu, ktorý vyberal výnimočných slovenských vedcov v rámci ocenenia ESET Science award. Aké sú podľa vás vlastnosti, ktoré by mal mať dobrý vedec?

Musíte si všímať veci, ktoré iní ľudia nedokážu rozpoznať, spôsobom, ako to ešte nikto pred vami neurobil. Aby ste prišli na niečo nové, potrebujete v prvom rade zvedavosť, vedátorskú myseľ, a, samozrejme, trochu šťastia. Dôležité však je, že vedec sa musí na problém pozerať zo všetkých uhlov pohľadu.

Žijeme v dobe, keď mnoho mladých ľudí trpí vo svojej práci syndrómom vyhorenia. Výnimkou nie sú ani vedci. Mali ste niekedy obdobie, počas svojej kariéry, keď ste sa cítili demotivovaný?

Samozrejme, toto obdobie raz príde u každého. Veda je kompetitívna, veľmi ťažká, vyžaduje od vás veľkú časovú investíciu. Je to povolanie, pri ktorom práca je zároveň vaším koníčkom. Pozitívne na tom je, že vy si naformulujete problém, takže robíte to, čo si sami zadáte.

Zhovárala sa: Denisa Koleničová, NCP VaT pri CVTI SR

Foto: ESET Science Award, Linda Kisková Bohušová

Uverejnila: DK

Súvisiace:

Hore
Aurelium - centrum vedy
Veda v Centre
Publikácie Veda v CENTRE
kúpa časopisov jún 2016
Quark_2019
Bratislavská vedecká cukráreň
TAG Slovenská veda
banner záhrady
Extrapolácie 2019
Zaujímavosti vo vede
Strukoviny sú plodiny, ktoré patria do čeľade bôbovitých (Fabaceae).
Zistite viac