mRNA cjepiva, dio I/III – otkriće RNA
mRNA cjepiva, dio I/III – otkriće RNA
„Un’armonia celeste, di’, non ascolti?“
„Kaži mi, čuješ li tu nebesku harmoniju?“
Lucia di Lammermoor, Gaetano Donizetti
Stephen Hawking nam je davno postavio pitanje: postoji li Svemir samo zbog toga da ga ljudi istražuju? Pomogao nam je tim pitanjem opisati ideju antropocentrične znanosti, one fokusirane na ljudska otkrića. Naše priče često započinju s antropocentričkog načela, od trenutka kada smo ih otkrili. Tad smo spremni izdignuti se iznad tog nivoa i smjestiti nas u daleko veću sliku kojoj pripadamo.
Što je RNA?
mRNA cjepiva uskoro nam prelaze prag moguće registracije kao lijekova, došla su u medije i mnogi su po prvi put čuli da bi RNA molekula mogla sići iz knjiga biologije u lijekove. Nisu najavljena cjepiva prvi put da se to dogodilo, o ne. RNA se već neko vrijeme nalazi u povijesti lijekova. Da bismo se upustili u razumijevanje mRNA cjepiva, bezobrazno ću iskoristiti tu temu da zavolimo RNA kao molekulu. Pogledajte prije i edukativni video koji će vam pomoći spoznati što je to RNA.
Otkriće RNA
U otkriće RNA molekule uplela su se brojna zvučna imena. Justus Liebig, čovjek kojeg pamtimo po Liebigovom hladilu, izolirao je „kiselu tvar“ iz mišićnih vlakana i nazvao je tu tvar „inozinska kiselina“. Dogodilo se to 1847. godine, dvadeset godina kasnije legendarni Friedrich Miescher izolirat će „nuklein“ iz leukocita gnojnih rana.
Nobelovac Albrecht Kossel napravit će bitni korak u analizi „nukleina“. Ta enigmatična molekula sastojat će se od fosfata, jednog šećera za kojeg se tada (dobro) pretpostavljalo da ima pet ugljikovih atoma i spleta niza molekula, „baza“, gvanina, adenin, timina, uracila i citozina.
Još smo živjeli u vrijeme kada nije pronađena razlika između RNA i DNA. Niz grupa istraživača donijet će znanstveni konsenzus: „nuklein“ predstavlja dvije grupe različitih molekula. Jedna je bila „nukleinska kiselina kvasaca“, nazvana i „fitonuklein“ jer je tada bila izolirana samo iz kvasaca i biljaka i smatralo se kako ona postoji samo u njima. To je današnja RNA.
Druga molekula je bila „nukleinska kiselina timusa“ jer je izolirana iz organa timusa. Smatralo se kako „nukleinska kiselina timusa“ postoji samo u životinja. To je bila današnja DNA.
O sastavu timo-nukleinske kiseline
Albrecht Kossel je više intuitivno, a manje eksperimentalno klasificirao nukleinske kiseline kao polimere, velike molekule sastavljene od niza podjedinica, baš kao što su proteini i škrob. Od tog intuitivnog saznanja kemičara trebalo je velikom kaosu dati neki red koji zaslužuju. Ključna osoba bit će Rus, emigrant u SAD-u, Phoebus Levene. Svoju će karijeru Levene započeti već 1905. godine i njemu zahvaljujemo na prvom redu u kaosu RNA i DNA.
Već 1908. godine na njemačkom će jeziku objaviti Über die Konstitution der Thymo-Nucleinsäure, „O sastavu timo-nukleinske kiseline“. Nukleinska kiselina sastojala se od jedne baze, jednog šećera i jedne fosforne kiseline (fosfata) i nazvat će to mononukleotidi. Mononukleotidi se spajaju u niz koji nazivamo polinukleotid. Rođeni su nazivi koje učimo u školi i na fakultetu.
Levene će potvrditi kako je baza povezana na šećer što je bilo vrlo bitno za kasnije određivanje strukture i DNA i RNA. Samo godinu dana kasnije, Levene i njegovi suradnici naći će istu zakonitost i za „nukleinsku kiselinu iz kvasaca“, RNA, a rad će nositi vrlo sličan naziv prethodnom, Über die Hefe-Nucleinsäure. Levene će u tom radu razriješiti misteriju koji se to šećer skriva u RNA. Bila je to D-riboza, šećer koji je bio već duže poznat kemičarima onog doba. Levene je napravio samo jednu grešku koja će ga koštati više godina istraživanja – tvrdio je da se D-riboza nalazi i u sastavu DNA, premda DNA sadrži 2-dezoksi-ribozu.
Slijepa ulica misterije šećera koštala je znanstvenike puno truda. Na sve načine su probali izolirati taj misteriozni šećer, ali on je bježao kemijskoj detekciji. Učenik nobelovca Albrechta Kossela, Walter Jones, tvrdit će 1914. godine kako je šećer u DNA veći, tzv. heksoza, što znači da je građena od šest ugljikova atoma.
Takva bi hipoteza potrajala da nije bilo jednog – lopova. Ruskog nobelovca Ivana Petroviča Pavlova, oca Pavlovljevog refleksa u pasa, opljačkao je lopov na željezničkoj stanici u New Yorku. Bez novaca i pasoša, Pavlov se sjetio svojeg sunarodnjaka Levenea. Kao i svaka slavenska duša, Levene je pohitao u pomoć svom prijatelju i dok je čekao dokumente i isplatu novaca Rockefellerovog instituta, predložio je da „nukleinsku kiselinu timusa“ proba razgraditi probavnim sokovima želuca psa.
U početku nije bilo napretka sve dok nije Leveneu u pomoć došao ruski profesor Efim Semenovič London. Efim je poznat po istraživanju radioaktivnih elemenata u medicini, a u slučaju DNA došao je na genijalnu ideju i doslovce nahranio psa s DNA. Uskom cjevčicom iz crijeva psa izolirao je probavljenu DNA.
Kasnije ćemo shvatiti kako naš probavni sustav ima nekoliko enzima kojima probavlja RNA i DNA, ništa se iz hrane ne baca olako. Et voilà, osvanuo je rad koji je prvi put dokazao da se u DNA nalazi 2-dezoksiriboza. Pa još jedan. Sve se to zbivalo čarobne 1929. godine. Podsjetimo se, sitna razlika u jednom kisikovom atomu na šećeru DNA i RNA čini enormnu razliku u kemijskim i biološkim svojstvima ove dvije molekule, dva svemira.
Koliko su duge DNA i RNA?
Levene i London uspjeli su dešifrirati kako nastaju lanci DNA i RNA, polinukleotidi, iz cigli koje ih grade. Slavna slova koja pamtite iz Jurassic parka ATGC i AUGC (u RNA) i koja su danas dio opće kulture svih nas, pokazivala su sve manje kaosa. Ipak, Levene i Kossel su ostavili iza sebe i jednu krivu ideju. Smatrali su kako se DNA i RNA sastoje od samo četiri mononukelotida.
Ideja da bi postojali vrlo veliki lanci nadilazila je njihova očekivanja premda su kemijski i tada bila sasvim realna mogućnost. Tridesetih godina XX. stoljeća eksperimentalni rezultati razbijali su tetranukleotidnu teoriju kao što valovi razbijaju barku o stijene. Levene će prihvatiti ideju kako „tetranukleotidi“, AGCT u DNA i AGUT u RNA grade velike molekule. Levene i Tipson opisat će 1935. godine „The ring structure of thymidine“, prvi dokaz velikih lanaca u DNA koji će omogućiti isti nalazak za RNA.
Iz kemije rađala se biologija. Belgijski znanstvenik Jean Brachet skršio je dogmu „fitonukleinske“, kao biljne i „nukleinske kiseline timusa“ kao životinjske. On je u ježinaca našao RNA u citoplazmi, a DNA u jezgri stanica. Joachim Hämmerling proučavao je razvoj alge Acetabularia i shvatio kako DNA i RNA imaju različite funkcije u biološkom razvoju. Rođena je prava molekularna biologija.
DNA i RNA
1944. godine Oswald Avery definirao je DNA kao osnovnu strukturu naših gena a Erwin Chargaff dokazat će Chargaffovo pravilo – kako je omjer C:G i A:T uvijek jedan, što znači da na svaku molekulu A dolazi jedna molekula T u DNA. Put je bio otvoren da se odvoji DNA od RNA krunom istraživanja nukleinskih kiselina – modela DNA Watsona i Cricka 1953. I ta dva znanstvenika najčešće i sjetimo kad pomislimo na nukleinske kiseline, nesvjesni velike prethodne priče koju je vrijedilo ispričati.
Otkriće i RNA i DNA dugujemo i psu, Pavlovljevom refleksu i lopovu na željezničkoj stanici New Yorka. Toliko puno truda, čak i nevjerojatnih okolnosti sudbine i slučajnosti, a sve to da na dinosauru gledate slijed baza.
U sljedećem nastavku uronit ćemo u svijet RNA, svijet u kojem se brišu granice između fantastike i stvarnosti, između mistike i znanosti. Do te mjere ćemo zavoljeti RNA da ćemo srušiti s trona DNA i zamisliti svijet u kojem postoji samo RNA.
*Pravopisna opaska: RNK ili RNA, pitanje je sad? Ispravni prijevod na hrvatski, srpski i bosanski jezik je RNK, ali time ulazimo u problem da mRNA, već poznata kao školski termin, mora postati i gRNK i iRNK ovisno o jeziku koji pričate. Ostavljam englesku terminologiju i molim da se oko toga ne spotičemo.
5/5