Po Noblu najbardziej tytularna nagroda Wolfa w dziedzinie chemii przyznana

Ostatnia aktualizacja 20 sierpnia 2022

Nagroda Wolfa w dziedzinie chemii za rok 2022 została przyznana profesorom Bassler, Bertozzi i Cravatt

“za ich przełomowy wkład w zrozumienie chemii komunikowania się komórek i wynalezienie metodologii chemicznych do badania roli węglowodanów, lipidów i białek w takich procesach biologicznych”.

Bassler, amerykańska profesor, kierownik Katedry Biologii Molekularnej w Princeton i badacz Instytutu Medycznego Howarda Hughesa. Jest członkiem Narodowej Akademii Nauk oraz Amerykańskiej Akademii Sztuk i Nauk.

Jeszcze dwie dekady temu bakterie były uważane za prymitywne istoty. Jednak badania prowadzone od tamtego czasu dowiodły, że jest inaczej. Jako studentka biochemii, Bassler była rozczarowana, gdy przydzielono ją do projektu badającego enzymy bakteryjne. Początkowo sądziła, że bakterie są najprostszymi organizmami, ale wkrótce przekonała się, że są one bardzo wyrafinowane. Po zrobieniu doktoratu na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa, dołączyła do Instytutu Agouron w La Jolla, koncentrując swoje badania na tym, co obecnie nazywa się zjawiskiem quorum sensing, czyli procesem, w którym komórki bakterii komunikują się chemicznie.

Quorum sensing obejmuje produkcję, uwalnianie, a następnie wykrywanie chemicznych cząsteczek sygnałowych zwanych autoinduktorami. Proces ten umożliwia populacjom bakterii regulowanie ekspresji genów, a tym samym zachowania, w skali całej społeczności. Jest on szeroko rozpowszechniony w świecie bakterii, więc zrozumienie tego procesu ma fundamentalne znaczenie dla mikrobiologii klinicznej i przemysłowej oraz dla zrozumienia rozwoju organizmów wyższych.

Bassler pokazała, że bakterie są wielojęzyczne. Jej badania umożliwiają wgląd w komunikację wewnątrz- i międzygatunkową, współpracę na poziomie populacji oraz zasady projektowania leżące u podstaw transdukcji sygnału i przetwarzania informacji na poziomie komórkowym. Badania te prowadzą również do opracowania syntetycznych strategii kontroli quorum sensing.

Terapeutyki, które zakłócają quorum sensing mogą zapewnić sposoby zwalczania infekcji opornych na leki. W ten sposób manipuluje się rozmową kworum-sensing, aby albo wyłączyć bakterie, kiedy robią coś, co nam się nie podoba, albo wzmocnić ich rozmowę, kiedy robią coś, co nam się podoba. Innymi słowy, czynimy “złe” bakterie niezdolnymi do komunikacji, jednocześnie wzmacniając konwersację pomiędzy “dobrymi” bakteriami. Jej praca ma szerokie implikacje dla rozwoju nowych terapii przeciwdrobnoustrojowych i nowej generacji antybiotyków.

“Bonnie Bassler otrzymuje nagrodę Wolf Prize za pracę wyjaśniającą rolę komunikacji chemicznej między bakteriami. Dokonała ona ważnych odkryć ujawniających, w jaki sposób quorum sensing jest wykorzystywany przez bakterie zarówno do wirulencji, jak i do komunikowania się między poszczególnymi odmianami.”

Cravatt jest profesorem i kierownikiem Katedry Biologii Chemicznej na Wydziale Chemii Instytutu Badawczego Scripps.
Jego badania mają na celu zrozumienie roli białek w ludzkich procesach fizjologicznych i patologicznych oraz wykorzystanie tej wiedzy do identyfikacji nowych celów terapeutycznych i leków do leczenia chorób.

Do myślenia o biologii zainspirowali go rodzice, a zainteresowanie naukami ścisłymi zawdzięcza nauczycielom matematyki z liceum. Cravatt zdobył wykształcenie licencjackie na Uniwersytecie Stanforda, uzyskując tytuł licencjata nauk biologicznych i licencjata nauk historycznych. Następnie uzyskał tytuł doktora w Instytucie Badawczym w Scripps (TSRI) w 1996 roku, a w 1997 r. dołączył do grona wykładowców TSRI.

Łącząc dziedziny chemii i biologii, Cravatt i jego grupa badawcza opracowali i zastosowali technologie do odkrywania ścieżek biochemicznych w biologii i chorobach ssaków. Cravatt jest pionierem podejścia do identyfikacji klas białek na podstawie ich aktywności. Jego multidyscyplinarne podejście generuje wszystkie narzędzia i modele niezbędne do przypisania enzymom funkcji molekularnych, komórkowych i fizjologicznych, a także, co jest istotnym następstwem, do oceny ich przydatności jako celów terapeutycznych. Udaje mu się osiągnąć wyjątkową równowagę, która sprzyja tworzeniu i szybkiemu wdrażaniu najnowocześniejszych technologii w celu rozwoju nauk podstawowych i translacyjnych.

Praca Cravatta nad układem endokannabinoidowym radykalnie zmieniła krajobraz analizy proteomów, demonstrując, jak innowacyjne metody chemiczne mogą być wykorzystane do szerokiego i dogłębnego badania funkcji białek bezpośrednio w naturalnych systemach biologicznych.

Technologia proteomiki chemicznej Activity-Based Protein Profiling (ABPP), której pionierem był Cravatt, wykorzystuje sondy chemiczne do bezpośredniego pomiaru funkcji enzymów. Na przykład, etykieta fluorescencyjna może być użyta do oznaczania enzymów o określonych właściwościach chemicznych, pozwalając naukowcom na jednoczesne badanie wszystkich aktywnych enzymów w komórce i na ogólne określenie celów dla leków.
Dzięki temu naukowcy będą mogli zbadać wszystkie aktywne enzymy w komórce jednocześnie, a także określić cele leków w sposób globalny, bezpośrednio w żywych systemach.

Cravatt wykorzystał tę i pokrewne technologie proteomiki chemicznej do przeprowadzenia globalnej analizy aktywności białek i wyjaśnienia funkcji kilku enzymów, w tym tych związanych z ludzkimi nowotworami, zaburzeniami neurologicznymi i układem endokannabinoidowym, który składa się z przekaźników lipidowych zaangażowanych w regulację apetytu, odczuwanie bólu, nastrój, pamięć i inne procesy fizjologiczne.

“Benjamin Cravatt otrzymuje nagrodę Wolfa za opracowanie profilowania białek opartego na aktywności, które pojawiło się jako potężna i szeroko stosowana strategia proteomiki chemicznej w celu scharakteryzowania funkcji enzymów w natywnych systemach biologicznych. Wykorzystał to podejście do scharakteryzowania licznych enzymów, które odgrywają kluczową rolę w ludzkiej biologii i chorobach, w tym hydrolaz endokannabinoidowych, których produkty lipidowe regulują komunikację między komórkami.”

Bertozzi, amerykańska biolog chemiczny z Uniwersytetu Stanforda i Howard Hughes Medical Institute, jest znana z rozwijania innowacyjnych technologii, które otworzyły nowe drogi dla rozwoju badań biologicznych i terapii.

Od najmłodszych lat Bertozzi była naturalnie zafascynowana nauką. Jej ojciec, który wykładał fizykę na MIT, zachęcał ją do poznawania narzędzi technologicznych w ramach swoich projektów i pokazów. Zaowocowało to wczesnym entuzjazmem dla nauki, który później napędzał jej dążenie do zdobycia wykształcenia niezbędnego do zostania liderem w dziedzinie biotechnologii i wybitnym profesorem.

Bertozzi uzyskała tytuł licencjata z chemii na Uniwersytecie Harvarda w 1988 roku oraz tytuł doktora chemii na UC Berkeley w 1993 roku. Po ukończeniu pracy podoktorskiej w UCSF w zakresie immunologii komórkowej, dołączyła do wydziału UC Berkeley w 1996 roku. W czerwcu 2015 roku dołączyła do grona wykładowców Uniwersytetu Stanforda, co zbiegło się w czasie z uruchomieniem stanfordzkiego instytutu ChEM-H.

Błona komórkowa odgrywa zasadniczą rolę w ochronie komórki przed jej środowiskiem zewnątrzkomórkowym. W związku z tym, wiele pracy poświęca się badaniu jej struktury i funkcji. Kluczowe procesy międzykomórkowe, takie jak transdukcja sygnałów i ochrona immunologiczna, zachodzą dzięki glikozylacji na powierzchni komórki, która składa się z dużych biomolekuł, w tym glikoprotein i glikosfingolipidów.

Badania Bertozzi koncentrują się na profilowaniu zmian w glikozylacji powierzchni komórek. Wynalazła dziedzinę chemii biogonalnej, która pozwala badaczom na chemiczną modyfikację molekuł w żywych organizmach bez zakłócania naturalnych procesów biochemicznych. Wykorzystując chemię biorytogonalną, dokonała fundamentalnego przełomu w zrozumieniu zjawiska jakim jest glikokaliks, silnie glikozylowana powierzchnia komórki znajdująca się na każdej niemal komórce, która służy jako pośrednik w interakcjach komórka-komórka.

Jej pionierska praca otworzyła drogę do odkrycia podstawowych leków i celów terapeutycznych związanych z rakiem, stanami zapalnymi, infekcjami bakteryjnymi, gruźlicą, a ostatnio z COVID-19. Te nowe metody terapeutyczne obejmują koniugaty przeciwciało-enzym, które mogą zmienić kształt glikokaliksu oraz chimery ukierunkowane na lizosomy (LYTACs)
które mogą degradować cele związane z błoną i pozakomórkowe. Badania te odkryły rolę cukrów w biologii i immunoonkologii. Bertozzi szeroko skomercjalizowała te innowacyjne technologie zarówno do zastosowań klinicznych jak i badawczych.

Równie istotny jest jej wkład w rozwój umiejętności mentorskich i różnorodności w dziedzinie chemii i biologii chemicznej. Zaangażowanie Carolyn w mentorowanie jest skoncentrowane na jej pasji do różnorodności, równości i integracji w zakresie STEM (science, technology, engineering, and mathematics).

“Carolyn Bertozzi otrzymuje nagrodę Wolfa za pionierską chemię biortogonalną i zrozumienie glikokaliksu oraz jego roli zarówno w zdrowiu, jak i w chorobie, co pozwala na bioobrazowanie, chemoproteomikę i dostarczanie leków in-vivo.”

GRATULACJE!

źródło: wolffund.org.il