Uneori, o descoperire științifică aparent minoră se poate transforma în ceva colosal. Astfel au stat lucrurile cu investigația profesorului Michael Hall asupra unui compus numit rapamicină, descoperit inițial într-un pumn de pământ de pe Insula Paștelui din Pacificul de Sud.
În 2024, acesta a primit Premiul Balzan pentru „contribuții inovatoare” în ceea ce privește modul în care înțelegem mecanismele moleculare care reglează creșterea celulară și îmbătrânirea. Cu sediul în Italia, Premiul Balzan este un premiu internațional anual, înființat pentru recunoașterea realizărilor remarcabile din diferite domenii, inclusiv cel științific.
Hall este un om de știință americano-elvețian cu baza de cercetare în Biozentrum, Centrul pentru Științe ale Vieții Moleculare de la Universitatea din Basel, Elveția.
Descoperirile sale din ultimii 30 de ani au transformat cunoștințele noastre despre procesele celulare legate de îmbătrânire și de bolile asociate îmbătrânirii precum cancerul, diabetul și bolile cardiovasculare.
O parte dintre aceste studii de cercetare au fost sprijinite prin intermediul finanțării UE. Recunoașterea activității lui Hall la nivel mondial și impactul răsunător din prezent al acesteia în domenii medicale au în spate o poveste lungă și interesantă.
Agent antifungic
Rapamicina a fost inițial descoperită în mostre de sol de pe Insula Paștelui – cunoscută local drept Rapa Nui – fiind izolată dintr-o bacterie denumită Streptomyces hygroscopicus.
Dezvoltată în primă fază ca agent antifungic, a fost denumită rapamicină, cu referire la originile sale. Totuși, s-a descoperit că aceasta poate suprima răspunsul imunitar al organismului, utilizarea sa fiind reorientată spre tratamentul unor forme de cancer și prevenirea respingerii transplantului de organe.
În anii 1980, când Hall și-a demarat studiile pe rapamicină, acesta era pur și simplu curios să afle modul în care funcționa acel compus. Un cercetător din cadrul laboratorului său – un doctor în medicină pe nume Joe Heitman – a făcut pasul temerar de a plasa rapamicină pe celule de drojdie pentru a observa ce se întâmplă.
S-a constatat că respectivul compus bacterian adus din Pacificul de Sud interacționa cu o enzimă denumită „factorul țintă al rapamicinei” sau TOR (denumită mTOR la mamifere).
Creștere celulară
La începutul anilor 1990, experimentele din Basel au sugerat inițial că enzima controlează diviziunea celulară – procesul prin care o celulă-mamă se divizează în două sau mai multe celule, asigurând reproducerea, creșterea și repararea țesuturilor.
Cu toate acestea, cercetările ulterioare au relevat faptul că mTOR coordonează în realitate creșterea celulară – creșterea dimensiunii sau a masei celulelor.
„Acest lucru a fost surprinzător, deoarece, la vremea respectivă, nimeni nu credea că este controlată, în mod activ, creșterea celulară. Era considerată un simplu proces spontan care se producea atunci când exista un aport de nutrienți”, spune Hall.
Cercetătorii au descoperit apoi că proteina TOR se combină cu celelalte proteine pentru a forma o structură complexă, care acționează ca o „mașinărie moleculară” la interiorul celulelor. Acest mecanism reglează procese importante, precum creșterea celulară și metabolismul.
Remarcabil este faptul că acest mecanism este prezent nu numai la oameni, ci și la o multitudine de alte organisme multicelulare, inclusiv insecte, plante și drojdii. Această prezență vastă sugerează un rol vital și fundamental al acestui mecanism în biologia tuturor formelor complexe de viață.
Prelungirea vieții
Un alt moment-cheie a fost descoperirea unei corelații între TOR și aportul de nutrienți.
„Am demonstrat că TOR controlează creșterea și metabolismul ca răspuns la nutrienți,” afirmă Hall.
De fapt, TOR acționează ca un „senzor de nutrienți”. Când TOR este activ, celulele se concentrează pe creștere și mai puțin pe întreținere drept reacție la alimentație.
Sub acțiunea restricției alimentare – când aportul caloric este redus fără a cauza malnutriție – activitatea TOR scade, iar celulele comută în „modul de întreținere” în locul celui de creștere. Li se permite astfel celulelor să se axeze pe procese reparatorii, curățarea componentelor deteriorate și conservarea resurselor.
Îmbătrânirea este frecvent asociată cu acumularea deteriorării celulare în timp. Reducerea activității TOR ca urmare a restricției alimentare amplifică mecanismele de reparație celulară și scade stresul asupra celulelor generat de cerințele excesive de creștere. Acest fenomen încetinește procesele care facilitează îmbătrânirea, precum inflamația.
Studiile lui Hall au arătat că rapamicina poate imita efectele restricției alimentare prin limitarea activității TOR. Acest lucru a dus la descoperirea de către alți cercetători a faptului că rapamicina prelungește durata vieții unor animale, precum șoareci și muște.
„Când inhibăm TOR cu rapamicină, se imită efectul restricției de calorii”, afirmă Hall.
Acest lucru încetinește procesul de îmbătrânire și amână debutul bolilor asociate vârstei, precum cancerul și tulburările neurodegenerative.
„În prezent știm că rapamicina este cea mai solidă și mai reproductibilă intervenție care prelungește durata vieții la eucariote”, declară Hall. Toate animalele, plantele, ciupercile și numeroase organisme monocelulare sunt eucariote.
Încetinirea dezvoltării cancerului
Această corelație reprezintă un obiectiv central al cercetărilor curente în materie de îmbătrânire. Este, de asemenea, o importantă direcție de cercetare privind tratamentul cancerului.
Întrucât complexul TOR a evoluat în sensul dirijării creșterii celulare, probabil că nu este surprinzător faptul că activitatea TOR este implicată în creșterea anormală constatată în cancer.
„Potrivit calculelor, complexele TOR sunt supraexprimate și contribuie la tumorigenicitatea din, cu aproximație, 70% din toate tipurile de cancer”, afirmă Hall.
Studiile de cercetare cu finanțare UE s-au axat pe modul în care limitarea activității TOR prin utilizarea rapamicinei ar putea facilita încetinirea dezvoltării celulelor canceroase și le-ar putea face mai sensibile la tratamente precum chimioterapia și radiațiile.
„Practic, aceste cercetări au captat interesul tuturor companiilor farmaceutice din lume”, declară Hall.
Deși inhibarea TOR este promițătoare, totuși, aceasta poate afecta funcții celulare normale și atrage efecte secundare precum imunosupresia și probleme metabolice. Sunt în plină desfășurare studii de cercetare care urmăresc să optimizeze aceste terapii și să abordeze TOR selectiv în celulele canceroase.
Cercetări bazate pe curiozitate
Pornind de la o aparent simplă investigare a modului în care operează acest agent antifungic, Hall a descoperit un mijloc principal de control al creșterii celulare, o posibilă manieră de a încetini procesul de îmbătrânire și o direcție promițătoare pentru tratamentul cancerului.
„Acesta este un minunat exemplu privind importanța cercetării bazate pe curiozitate”, spune Hall.
Potrivit lui Hall, finanțarea UE i-a permis să adreseze întrebări, iar ulterior și mai multe întrebări, urmând un traseu al descoperirilor ce era complet necunoscut în punctul de pornire.
„Înființarea Consiliului European pentru Cercetare a fost o gură de aer proaspăt pentru știința europeană”, declară acesta.
Consiliul European pentru Cercetare (CEC) a fost creat de către UE în 2007 pentru a sprijini cercetarea excelentă de frontieră în toate domeniile științei, ingineriei și științelor umaniste. Beneficiarii granturilor CEC au primit o serie de premii importante în domeniul științei, inclusiv nouă dintre cele peste 30 de premii Nobel câștigate de cercetători cu finanțare UE, patru medalii Fields, unsprezece premii Wolf și nu numai.
În plus, aceasta nu este prima dată când Hall a obținut premii pentru activitatea sa.
„Am avut norocul de a câștiga numeroase premii. Este ceva ce nu se demodează vreodată; este un sentiment minunat”, afirmă acesta. „Este ca și cum ți s-ar face un imens compliment. Toată lumea adoră complimentele, fiind și o validare fantastică a activității tale ca om de știință.”
Articol scris de Anthony King
Cercetările menționate în acest articol au fost finanțate de Consiliul European pentru Cercetare (CEC). Opiniile persoanelor intervievate nu reflectă neapărat opiniile Comisiei Europene.
Mai multe informații
- MERIC
- inhibiTOR
- Cercetarea și inovarea finanțate de UE în domeniul sănătății
- Premiul Balzan
- Consiliul European pentru Cercetare
Acest articol a fost publicat inițial în Horizon, revista de cercetare și inovare a UE.