Če se temperatura dvigne, se živi organizem na to odzove s proizvodnjo posebnih spojin, imenovanih "beljakovine toplotnega šoka". Tako reagira človek, tako reagira mačka, tako reagira vsako bitje, saj je sestavljeno iz živih celic. Vendar pa ne samo zvišanje temperature izzove sintezo beljakovin toplotnega šoka klamidije in drugih vrst. Hudi stresi pogosto izzovejo situacije.
Splošne informacije
Ker telo beljakovine toplotnega šoka proizvaja le v posebnih situacijah, imajo številne razlike od običajno proizvedenih spojin. Za obdobje njihovega nastanka je značilno zaviranje izražanja glavnega beljakovinskega bazena, ki igra pomembno vlogo pri presnovi.
HSP-70 evkarionti, DnaK prokarionti so družina, v kateri so znanstveniki združili proteine toplotnega šoka, ki so pomembni za preživetje na celični ravni. To pomeni, da lahko zaradi takšnih spojin celica še naprej deluje tudi v razmerah, ko se temu uprejo stres, toplota in agresivno okolje. Vendar pa lahko beljakovine te družine sodelujejo tudi v procesih, ki potekajo v normalnih pogojih.
Biologija na mikroskopski ravni
Če so domene 100 % enake, potem je več evkariontov, prokariotovveč kot 50 % homolognih. Znanstveniki so dokazali, da je v naravi med vsemi beljakovinskimi skupinami prav 70 kDa HSP ena najbolj konzervativnih. Temu posvečene študije so bile narejene v letih 1988 in 1993. Verjetno je ta pojav mogoče razložiti s funkcijo spremljevalca, ki je neločljivo povezana z beljakovinami toplotnega šoka v znotrajceličnih mehanizmih.
Kako deluje?
Če upoštevamo evkarionte, potem so geni HSP inducirani pod vplivom toplotnega šoka. Če se je neka celica izognila stresnim razmeram, so dejavniki prisotni v jedru, citoplazmi kot monomeri. Ta spojina nima aktivnosti vezave DNK.
V stresnih razmerah se celica obnaša takole: Hsp70 se odcepi, kar sproži proizvodnjo denaturiranih beljakovin. HSP tvori trimerje, aktivnost spremeni svoj značaj in vpliva na DNK, kar sčasoma privede do kopičenja komponent v celičnem jedru. Proces spremlja večkratno povečanje transkripcije chaperona. Seveda situacija, ki je to izzvala, sčasoma mine, in ko se to zgodi, se lahko Hsp70 spet vključi v HSP. Dejavnost, povezana z DNK, izgine, celica še naprej deluje, kot da se ni nič zgodilo. To zaporedje dogodkov je bilo razkrito že leta 1993 v študijah o HSP, ki jih je izvedel Morimoto. Če na organizem prizadenejo bakterije, se lahko HSP osredotočijo na sinovij.
Zakaj in zakaj?
Znanstveniki so ugotovili, da HSP nastanejo kot posledicavpliv različnih negativnih, življenjsko nevarnih situacij za celico. Stresni, škodljivi vplivi od zunaj so lahko izjemno raznoliki, vendar vodijo v isto varianto. Zaradi HSP celica preživi pod vplivom agresivnih dejavnikov.
Znano je, da so HSP-ji razdeljeni v tri družine. Poleg tega so znanstveniki ugotovili, da obstajajo protitelesa proti beljakovinam toplotnega šoka. Razdelitev v skupine HSP se izvede ob upoštevanju molekulske mase. Tri kategorije: 25, 70, 90 kDa. Če je v živem organizmu normalno delujoča celica, potem bodo v njej zagotovo različni proteini, pomešani med seboj, precej podobni. Zahvaljujoč HSP lahko denaturirane beljakovine, pa tudi napačno zvite, spet postanejo rešitev. Vendar pa poleg te funkcije obstaja še nekaj drugih.
Kaj vemo in kaj ugibamo
Do zdaj protein toplotnega šoka klamidije, pa tudi drugih HSP, ni bil v celoti raziskan. Seveda obstajajo nekatere skupine beljakovin, o katerih imajo znanstveniki dokaj veliko podatkov, in obstajajo tiste, ki jih je treba še obvladati. Toda zdaj je znanost dosegla raven, na kateri nam bo znanje omogočilo, da rečemo, da je lahko v onkologiji protein toplotnega šoka resnično uporabno orodje za premagovanje ene najhujših bolezni našega stoletja – raka.
Znanstveniki imajo največ podatkov o HSP Hsp70, ki se lahko veže na različne beljakovine, agregate, komplekse,tudi z nenormalnimi. Sčasoma pride do sproščanja, ki ga spremlja povezava ATP. To pomeni, da se v celici spet pojavi raztopina in proteini, ki so bili podvrženi napačnemu procesu zlaganja, so lahko ponovno podvrženi tej operaciji. Hidroliza, vezava ATP sta mehanizma, ki sta to omogočila.
Anomalije in norme
Težko je preceniti vlogo beljakovin toplotnega šoka za žive organizme. Vsaka celica vedno vsebuje nenormalne beljakovine, katerih koncentracija se lahko poveča, če za to obstajajo zunanji predpogoji. Tipična zgodba je pregrevanje ali okužba. To pomeni, da je za nadaljevanje življenjske dobe celice nujno ustvariti večjo količino HSP. Aktivira se transkripcijski mehanizem, ki sproži proizvodnjo beljakovin, celica se prilagodi spreminjajočim se razmeram in nadaljuje z delovanjem. Vendar pa je poleg že znanih mehanizmov treba še veliko odkriti. Zlasti protitelesa proti proteinu toplotnega šoka klamidije so tako precej veliko področje za dejavnost znanstvenikov.
HSP, ko se polipeptidna veriga poveča in se znajdejo v pogojih, ki omogočajo vstop v odnos z njo, se izognejo nespecifičnemu združevanju in razgradnji. Namesto tega se zlaganje odvija normalno, pri čemer so v proces vključeni potrebni spremljevalci. Hsp70 je dodatno potreben za razplet polipeptidnih verig s sodelovanjem ATP. S HSP je mogoče doseči, da encimi vplivajo tudi na nepolarna področja.
HTS in zdravila
V Rusiji so znanstveniki FMBA lahko ustvarili novo zdravilo z uporabo beljakovin toplotnega šoka za njegovo izdelavo. Zdravilo za raka, ki so ga predstavili znanstveniki, je že prestalo začetni test na poskusnih glodalcih, ki jih prizadenejo sarkomi in melanomi. Ti poskusi so nam omogočili, da samozavestno rečemo, da je bil v boju proti onkologiji storjen pomemben korak naprej.
Znanstveniki so predlagali in uspeli dokazati, da je beljakovina toplotnega šoka zdravilo, oziroma lahko postane osnova za učinkovito zdravilo, predvsem zaradi dejstva, da se te molekule tvorijo v stresnih situacijah. Ker jih prvotno proizvaja telo, da bi zagotovilo preživetje celic, je bilo predlagano, da se je s pravilno kombinacijo z drugimi zdravili mogoče boriti celo proti tumorju.
HSP pomaga zdravilu odkriti obolele celice v bolnem telesu in se soočiti z nepravilnostjo DNK v njih. Pričakuje se, da bo novo zdravilo enako učinkovito pri vseh podvrstah malignih bolezni. Sliši se kot pravljica, a zdravniki gredo še dlje - domnevajo, da bo zdravilo na voljo v kateri koli fazi. Strinjam se, da bo takšen protein toplotnega šoka iz raka, ko bo opravil vse teste in potrdil svojo zanesljivost, postal neprecenljivo bogastvo za človeško civilizacijo.
Diagnoza in zdravljenje
Najbolj podrobne informacije o upanju sodobne medicine je podal dr. Simbirtsev, eden od tistih, ki so delali pri ustvarjanju zdravila. Iz njegovega intervjujalahko razumemo, po kakšni logiki so znanstveniki zgradili zdravilo in kako naj bi prineslo učinkovitost. Poleg tega je mogoče sklepati, ali je protein toplotnega šoka že prestal klinična preskušanja ali je še pred nami.
Kot že omenjeno, če telo ne doživlja stresnih razmer, potem proizvodnja BS poteka v izjemno majhnem obsegu, vendar se s spremembo zunanjega vpliva bistveno poveča. Hkrati normalno človeško telo ni sposobno proizvesti takšne količine HSP, ki bi pomagala premagati nastajajočo maligno neoplazmo. "Kaj se zgodi, če je HTS uveden od zunaj?" – mislili so znanstveniki in to idejo postavili za osnovo za študijo.
Kako naj bi to delovalo?
Za ustvarjanje novega zdravila so znanstveniki v laboratoriju poustvarili vse, kar je potrebno, da žive celice začnejo proizvajati HSP. Za to je bil pridobljen človeški gen, ki je bil kloniran z uporabo najnovejše opreme. Bakterije, ki so jih preučevali v laboratorijih, so se spreminjale, dokler niso začele samostojno proizvajati beljakovine, ki so si jo znanstveniki tako želeli.
Znanstveniki so na podlagi informacij, pridobljenih med raziskavo, sklepali o vplivu HSP na človeško telo. Za to je bilo potrebno organizirati rentgensko difrakcijsko analizo proteina. To sploh ni lahko narediti: vzorce smo morali poslati v orbito našega planeta. To je posledica dejstva, da zemeljske razmere niso primerne za pravilen, enakomeren razvoj kristalov. In tu so kozmičnipogoji omogočajo pridobivanje točno tistih kristalov, ki so jih potrebovali znanstveniki. Po vrnitvi na domači planet so poskusne vzorce razdelili med japonske in ruske znanstvenike, ki so se za analizo lotili, kot pravijo, brez zapravljanja sekunde.
In kaj so našli?
Medtem ko delo v tej smeri še poteka. Predstavnik skupine znanstvenikov je dejal, da je mogoče natančno ugotoviti: ni natančne povezave med molekulo HSP in organom ali tkivom živega bitja. In to govori o vsestranskosti. To pomeni, da če bo protein toplotnega šoka našel uporabo v medicini, bo takoj postal zdravilo za ogromno bolezni - ne glede na to, kateri organ je prizadet zaradi maligne neoplazme, ga je mogoče pozdraviti.
Na začetku so znanstveniki zdravilo izdelali v tekoči obliki – injicirajo ga v testne subjekte. Podgane in miši so bile vzete kot prvi vzorci za testiranje izdelka. Možno je bilo identificirati primere ozdravitve tako v začetnih kot poznih fazah razvoja bolezni. Trenutna faza se imenuje predklinična preskušanja. Znanstveniki ocenjujejo čas njegovega dokončanja vsaj eno leto. Po tem je čas za klinična preskušanja. Na trgu bo novo zdravilo, morda panacea, na voljo v naslednjih 3-4 letih. Vendar pa je po mnenju znanstvenikov vse to resnično le, če projekt najde sredstva.
Čakati ali ne čakati?
Seveda se obljube zdravnikov slišijo privlačno, a hkrati upravičeno povzročajo nezaupanje. Koliko časa človeštvo trpi za rakom, koliko žrtev imata bolezen je bila v zadnjih nekaj desetletjih in tukaj ne obljubljajo le učinkovitega zdravila, ampak pravo zdravilo - iz katere koli vrste, kadarkoli. Kako lahko verjameš temu? In še huje - verjeti, a ne čakati ali čakati, a se izkaže, da zdravilo sploh ni tako dobro, kot je bilo pričakovano, kot je bilo obljubljeno.
Razvoj zdravila je tehnika genskega inženiringa, torej najnaprednejše področje medicine kot znanosti. To pomeni, da bi morali biti ob ustreznem uspehu rezultati res impresivni. Vendar to pomeni tudi, da je postopek izjemno drag. Investitorji so praviloma pripravljeni vložiti kar nekaj denarja v obetavne projekte, ko pa je tematika tako odmevna, je pritisk velik, časovni okvir pa precej zamegljen, tveganja ocenjujemo kot ogromna. To so zdaj optimistične napovedi za 3-4 leta, vendar se vsi strokovnjaki na trgu dobro zavedajo, kako pogosto se časovni okvir vleče na desetletja.
Neverjetno, neverjetno…ali je?
Biotehnologija je področje, ki je za laike zaprto za razumevanje. Zato lahko le upamo na besede »uspeh predkliničnih preskušanj«. Delovno ime zdravila je bilo "protein toplotnega šoka". Vendar je HSP le glavna sestavina zdravila, ki obljublja preboj na trgu zdravil proti raku. Poleg tega naj bi sestava vključevala številne uporabne snovi, ki bodo zagotovilo učinkovitosti izdelka. In vse to je postalo mogoče zaradi dejstva, da so najnovejše študije HSPpokazala, da molekula ne le pomaga zaščititi žive celice pred poškodbami, ampak je tudi nekakšen "kazal prst" za imunski sistem, ki pomaga ugotoviti, katere celice so prizadete s tumorjem in katere ne. Preprosto povedano, ko se HSP pojavi v dovolj visoki koncentraciji v telesu, znanstveniki upajo, da bo imunski odziv sam uničil obolele elemente.
Upaj in počakaj
Če povzamemo, lahko rečemo, da novost proti tumorju temelji na tem, da ima telo samo zdravilo, ki bi lahko uničilo novotvorbo, le da je po naravi precej šibko. Koncentracija je tako nizka, da o kakšnem terapevtskem učinku ne moremo niti sanjati. Hkrati se HSP delno nahajajo v celicah, ki jih tumor ne prizadene, in molekula iz njih ne bo nikamor "odšla". Zato je treba uporabno snov dovajati od zunaj – tako, da še naprej neposredno vpliva na prizadete elemente. Mimogrede, medtem ko znanstveniki domnevajo, da zdravilo ne bo imelo niti stranskih učinkov - in to s tako visoko učinkovitostjo! In to "čarovnijo" pojasnjujejo z dejstvom, da so študije pokazale, da ni toksičnosti. Vendar pa bodo končni sklepi sprejeti, ko se bodo predklinična preskušanja končala, kar bo zahtevalo vsaj eno leto.
