A Mindentudás Egyeteme előadássorozata, 2002. szeptember 16-án kezdődött és akkor még senki nem sejtette, mekkora sikerrel és meddig zajlik majd a hazai tudományos ismeretterjesztés talán legmerészebb vállalkozása. : A sorozat a Magyar Telekom és leányvállalata, a T-Online, valamint a Magyar Tudományos Akadémia összefogásával jött létre és azt a célt tűzte maga elé, hogy a magyar tudomány nemzetközi színvonalú kutatói és műhelyei bemutatkozhassanak. A tudomány egy-egy aktuális, égető problémáját, valamint új megoldásokat televízióban, rádióban, a nyomtatott sajtóban és az interneten is láthatta-olvashatta a közönség. A sorozat minden elképzelést felülmúló sikert aratott. Mára nyugodtan kijelenthetjük, a program a maga nemében páratlan, nemcsak a hazai média történelmét, hanem a legújabb tudományos eredmények publikációját tekintve is. Most a 150. előadáshoz érkezve a szervezők úgy gondolták, meg kell állni és ünnepelni. Az alapítókat, a stábot és a 149 előadót, akik vállalták a megmérettetést. És egy kicsit a közönséget, a nézőt, a hallgatót, az olvasót. A Mindentudást.

Előadó: Vígh László biokémikus

1975-ben szerzett okleveles vegyész diplomát a szegedi JATE-n, azóta a Szegedi Biológiai Központ Biokémiai Intézetében dolgozik, egy ideig az Intézet igazgatója. 1998-ban Széchenyi-díjban részesült, 2004 óta az MTA levelező tagja. Fő kutatási területei: a sejtmembránok lipidmátrixához köthető stresszérzékelés és szignalizáció folyamatának megértése; a hősokk-fehérjék működésének vizsgálata; membránszerkezeti és lipidomikai módszerek alkalmazása a sejtbiológiában és gyógyszerkutatásban. Hosszabb tanulmányúton vett részt a párizsi Pierre és Marie Curie Egyetemen, Hollandiában, az Egyesült Államokban és Japánban.

A legegyszerűbb élet mai modellje (a kemoton) három autokatalitikus alrendszerre épül: az anyagcsere-, a genetikai és a határoló alrendszerekre. Ne bolygassuk most, hogy milyen volt a korai Föld légkörének kémiai összetétele, vagy hogy elvben milyen energiaformák (villámlás, a Nap ibolyántúli sugárzása) indíthattak el olyan reakciókat, amelyek során nagy számban keletkezhettek egyszerű szerves molekulák és azok felhalmozódhattak a forró, híg őslevesben.

Tudjuk, hogy bár az ősleves ténylegesen hozzájárulhatott a szerves anyagok képződéséhez és felhalmozódáshoz, más nézetek szerint a szerves anyagok jelentős része Földönkívüli eredetű: például az üstökösökből vagy az ún. mikrometeoritokból származott. Tény, hogy a meteoritok lehettek ilyen forrásai a Földön kívülről érkező amfipatikus (víztaszító és vízkedvelő részeket egyaránt hordozó) molekuláknak. Ahogy azt David Deamer kaliforniai kutató munkatársaival kimutatta, a Murchison-meteoritból származó szerves molekulák hidratációjuk során membránvezikulákat képeznek.

Az Ausztráliai Murchisonra 1969 szeptember 28-án becsapódott meteorit vizsgálatakor kiderült, hogy a benne talált aminosavak közül 6 fordul elő a földön, további 12 földön kívüli eredetű. Tények tömege bizonyítja, hogy a legkülönbözőbb lipidféleségek képesek önmaguk összeszerelésére membránná. Jó okunk van feltételezni, hogy az ún. elősejtek belső összetettsége minőségileg gyarapodhatott azáltal, hogy az elősejtet a külvilágtól egy szelektív áteresztőképességgel bíró lipidalapú hártya határolta el. A membrán megjelente kiutat jelenthetett a káoszból, amennyiben a szerves molekulák egy diszkrét halmazának a sejtmembránnal határolt őssejtben sikerült először menedéket találniuk.

Túl a "formák büszkeségén", az elősejt határhártyája, nemcsak védelmet nyújthatott, de egyben elsőként biztosíthatta a sejtbelső számtalan körülményének (az ionkoncentrációtól az oxidáltsági fokig és energiatartalomig) és folyamatának a viszonylagos állandóságát, idegen szóval a homeosztázisát. A megfelelően megválogatott amfipatikus zsírszerű anyag, azaz lipidösszetevőkből felépülő membrán általi elhatárolódás nemcsak az anyagcsere, de a kezdetleges genom felépülése szempontjából is elengedhetetlen lehetett. Daniel Segre, Jack Szostak és Dave Deamer, nemrégiben egységes rendszerbe foglalták a primitív elősejtek létrejöttének elméletét, az ún. "lipidvilág"-elméletet. Sikerült igazolniuk, hogy a számos lipidféleség kettősrétegéből mesterségesen alkotott vezikula valóban felmutatja a "formák büszkeségét". A membránösszetétel és a környezet függvényében képes például növekedésre, osztódásra, "vezikulán belüli vezikula" képzésére.

Ne firtassuk tovább, hogyan lett az elősejtből valódi sejt. A ma élő földi szervezetek sejtekből épülnek fel: a sejt a szervezetek legkisebb alaki és működési egysége. Minden sejtplazmát egy kb. 5-10 nanométer (a milliméter 1 000 000-mod része) vastagságú biológiai membrán, a sejthártya (citoplazmamembrán) határol. Ezeknek a határoló membránoknak az alapja az ún. lipidmolekulákból álló kettősréteg

Minden egyes sejt egyedi és megismételhetetlen individualitás, ám a sejtek számos közös jegyet hordoznak. Az alábbi animáción egy emlős szervezetből vett sejt "prototípusa" látható. A sejtben "normálisan" zajló anyagcsere, vagyis az anyagforgalom, az energia- és információáramlás hallatlan sokasága és kuszasága, a sok-sok ezer "történés" csak egyfajta tér-időrendben mehet végbe. A sejten belüli történések rendjéhez, azaz az élethez nélkülözhetetlenek a biológiai membránok.

A biológiai membránok lipidkomponensei általában egy ún. telített zsírsav-oldalláncot, valamint egy (egy vagy több ún. cisz-kettőskötéssel rendelkező) telítetlen oldalláncot tartalmaznak. A lábak hossza 14-22 szénatom között változik. A fejcsoportokban a glicerin-foszfát- vagy szfingazin-vázhoz különböző bázisok vagy szénhidrátok csatlakoznak. Könnyen beláthatjuk, hogy a lábak és a fejek lehetséges kombinációból hallatlan nagy lipidvariabilitás adódik. A sejtekben található fehérjék egyharmada membránfehérje. Kevesebb, mint egy százalékuknak ismerjük a szerkezetét. A membránok fehérje-, illetve lipidtartalma membránonként eltérő: az idegsejteket burkoló mielinhüvely-membránok 80 százaléka lipid, a mitokondrium belső membránjának 80 százaléka fehérje.

Szögezzük le, hogy a modell bevezetése hallatlan nagy előrelépést jelentett a maga idejében, hiszen elsőként mutatott rá arra, hogy a lipid-kettősréteg nem folyamatos: különböző mélységig fehérjék ágyazódnak bele. A kitalálók azt is hangsúlyozták, hogy a membránba merülő fehérjék egymással és a körülöttük levő lipidmolekulákkal dinamikus kapcsolatban állnak, a membrán fősíkjában elmozdulhatnak, egymással asszociátumokat képezhetnek. Időközben fény derült arra is, hogy a sejtmembránok nagy számú és egyedi lipidkombinációja valójában nélkülözhetetlen számos életfunkció optimális működtetéséhez. Körülbelül egy évtizede tart az a paradigmaváltás a membránkutatásban, amely immár a hangsúlyt a membránlipidek eme funkcionális "szakosodására" fekteti. Lényege az, hogy a membránok lipidtengerében, speciális összetételű és ezáltal speciális tulajdonságokkal felruházott "lipid-tutajok", angolul "raftok" különíthetők el.

A tutajok létére elsőként egy roppant egyszerű kísérlet hívta fel a figyelmet: a membránoknak ezek a részterületei a molekulák egymás közti kölcsönhatásának ereje következtében bizonyos nem ionos detergensekkel szemben ellenállóak. A tutajok szerveződésével és főleg funkcióival kapcsolatos elképzelések kiállták "a puding próbáját". Ha bizonyos sejtek bizonyos tutajainak koleszterinkészletét kísérletileg egy kritikus szint alá vitték, vagyis szerveződését megzavarták, akkor a "tutajhoz kapcsolt" folyamatok részben vagy egészben gátlódtak. Összefoglalva, egy új membránmodell és szemléletmód uralkodóvá válásának vagyunk a tanúi. Biztosan állítható, hogy a 21. századi technológiák fejlődésével a jövőben számos nagyon specifikus lipid-, és fehérje-összetételű membránalépítményt fedez majd fel a világ. Ezeknek a vizsgálata, működésük megértése pedig egyaránt áttörést hozhat az alap- és alkalmazott kutatásokban, talán legfőképpen az orvostudományban és gyógyszeriparban.

James Lovelock, a Gaia-elméletről elhíresült angol tudós, aki korábban még azt állította, hogy a Föld valójában egy "önszabályozó szuperorganizmus" meglepően pesszimista jóslattal állt elő. Szó szerint ezt írta az Independentben: "Mielőtt véget ér a század, milliárdok halnak meg közülünk, a kevés túlélő pedig a sarkvidékeken él majd, ahol még elviselhető lesz a klíma." A megállíthatatlan klimatikus változásokra nagyon sokan figyelmeztetnek. Plusz még egy fok, és a Föld melegebb lesz, mint bármikor az elmúlt egymillió évben. Legyen az már csak könnyű vigasz, hogy a globális melegedési folyamat pontosan azt a forgatókönyvet követi, amelyet számításai alapján a híres svéd kémikus, Arrhenius éppen száz évvel ezelőtt tett közzé. És persze tudjuk, hogy mások szerint még az sem zárható ki, hogy a nagy meleget nagy hideg követi majd. De hogy jönnek ide a sejtmembránok? Nos azonnal látni fogják, hogy ez nagyon is kézenfekvő.

Kollégáimmal lassan három évtizede tudjuk, hogy a klímakatasztrófák elől menekülésre képtelen növényvilág sejtjeiben a membránok azok a sejtalkotók, amelyeket a környezet hőmérsékletének extrém változásai az egyed túlélése szempontjából talán a legérzékenyebben érintenek. A membránok lipidjei a "túl hidegben" ugyanis átlépnek egy olyan karakterisztikus fázisátalakulási hőmérséklet-küszöbértéket, ami alatt túl merev és főleg funkcióra jórészt képtelen struktúra alakul ki. A membránok a "túl melegben" is lipidjeiktől károsodnak: érdekes módon részben talán éppen a membránok görbületét is szabályozni képes lipidek itt nem részletezett szerkezetváltozásai miatt. A membránok működésének mind a merev gél, mind a "hiperfolyékony" állapot beállta súlyos csapást jelent: megszűnik ugyanis a kényesen szabályozott féligáteresztő képességük, így azután felbomlik a sejtek anyagcsere-egyensúlya, a szervezet pedig akár el is pusztul. A membránoknak tehát a lehető legnagyobb sebességgel kell alkalmazkodniuk a változó környezeti hőmérsékletekhez, mégpedig értelemszerűen összetételük, illetve fluiditásuk optimalizálásával.

A terápiás - gyógyszeres vagy genetikus - beavatkozás hatékonyságához nélkülözhetetlen a "normális" membránok pontos "térképezése", a membránhibák feltárása. Az amerikai gyerekeknek és kamaszoknak egyre több a háj a pocakjukon, ami azt is jelenti, hogy a szívbetegségek és a cukorbaj egyre nagyobb kockázatával élnek. A vizsgálat döbbenetes eredménye, hogy az 1990-es évek óta az amerikai kiskorúak hasi hája átlagosan több mint 65 %-kal növekedett, ami összhangban áll az elhízottak arányának már régóta észlelt emelkedésével. A hasi háj veszélyesebb, mint az egyéb testtájakra rakódott zsír, mivel szorosan összefügg súlyos betegségek kialakulásával. Közismert, hogy a kövér emberek között sokkal gyakoribb a 2-es típusú diabétesz. Azt is tudjuk, hogy a 2-es típusú diabéteszes betegekben a zsír-, majd az izomsejtek inzulinrezisztenciája (vagyis hogy több inzulinra van szükség a normális mennyiségű cukor sejtekbe történő felvételéhez) már a betegség megnyilvánulása előtt kimutatható. A fokozott lipolízis és magas vércukorszint ráadásul önmagukat rontó folyamatokként hatnak. Joggal állítható tehát, hogy ha ismernénk az inzulinrezisztencia okát, annak óriási jelentősége lenne a népegészségben és gyógyászatban. Tudott, hogy miután az inzulin kötődik bizonyos membrán-tutajokban lokalizált inzulinreceptorokhoz, beindul az ún. inzulin-jelátviteli kaszkád. Ennek a folyamatnak a végén pedig az egyébként zömmel a sejtek belsejében várakozó, membránokba csomagolt glukóztranszporter a plazmamembránba vándorol, beindítva így a cukormolekulák felvételét. A hab az volt a tortán, amikor az adott lipid szintéziséért felelős gén kiütésével párhuzamosan nem jött létre a gyulladásos folyamatok utánzásával indukált inzulinrezisztencia.

Hogy valóban mennyire fontos egyik vagy másik gyanúba keveredett lipidmolekula, annak eldöntése inkább idő és kitartás kérdése. Képzeljük el, hogy egy ház falaiból különösen fontosnak látszó elemeket emelünk ki, hogy lássuk, mikor dől össze az építmény - nos ugyanígy tesztelhetőek egyenként vagy kisebb-nagyobb csoportokban az egyes lipidek, "fontosságuk" megállapítása céljából. Ha ezen a sziszifuszi munkán majd egyszer túlestünk, akár arra is gondolhatunk, hogy milyen módon lehetne a hibás "blokkokat" kijavítani, esetleg még jobbra cserélni.

Életünk során elkerülhetetlen, hogy stresszes helyzetekbe keveredjünk. Ne feledjük, oxidatív stresszokozó hatása lehet a vékonyodó ózonpajzsnak, a környezetünket szennyező anyagok százainak, rosszabb esetben a talán észre sem vett infarktusoknak és ki tudja mi mindennek még. Mindezek fényében azután cseppet sem volt meglepő a sztori legizgalmasabb része, nevezetesen: nem kizárt, hogy a fajok élettartamának eltérései nagymértékben összefüggnek lipidjeik zsírsavjainak jellegzetes telítetlenségi szintkülönbségeitől. Lehet, hogy membránjaink lipidösszetétele komolyan befolyásolja életünk várható hosszát? Nagyon izgalmas lenne, ha így lenne.

Egy membránkutató mondta nemrégiben, hogy a modellek, amikkel a membránokat legjobb tudásunk szerint próbáljuk leírni, olyanok, mint a metaforák. És hozzátette: a legszemléletesebb hasonlat, mely a membránok természetéhez mai tudásunk alapján a legközelebb áll, az égen kószáló eltűnő és előtűnő, egymásba alakuló bárányfelhők világa. Azt hiszem, igaza volt.