Trzy odkrycia naukowe, które w 2023 roku skończyły 30 lat
Trzy odkrycia naukowe, które w 2023 roku skończyły 30 lat

Czy zastanawialiście się kiedyś, jakie wielkie odkrycia naukowe poczyniono w roku, w którym się urodziliście? Mnie się to zdarzyło w ostatnie, okrągłe urodziny i z tej okazji dzielę się z Wami trzema, subiektywnie wybranymi, ciekawymi odkryciami roku 1993.

Pod koniec września obchodziłam swoje 30-ste urodziny i z tej oto okazji otrzymałam w prezencie genialną kartkę z życzeniami, która (na tyle na ile może) oddaje klimat roku 1993:

Jednak kończąc tę, trwającą chwilę, nostalgiczną podróż do przeszłości, pomyślałam:

Ej, czemu nikt nie napisał o mikroRNA? Przecież w 1993 roku odkryto cząsteczki mikroRNA!

I w taki oto sposób narodził się pomysł, aby opowiedzieć o trzech wybranych odkryciach naukowych, które tak jak i ja, w 2023 roku skończyły 30 lat.

mikroRNA

MikroRNA to niewielkie cząsteczki, które należą do grupy małych, niekodujących RNA. Ich głównym zadaniem jest regulowanie ekspresji genów (np. wyciszanie aktywności takich, które są w danym momencie akurat niepotrzebne). Szacuje się, że mikroRNA regulują ekspresję nawet 60% naszego genomu (Shu i in., 2017). 

Ich odkrycie datuje się na grudzień 1993 roku, w którym dwa niezależne zespoły badające rozwój larwalny nicienia o eleganckiej nazwieCaenorhabditis elegans (dla ułatwienia życia nazywa się go w skrócie C. elegans), opublikowały swoje odkrycia (w tym samym wydaniu czasopisma Cell) opisujące nieznany wcześniej mechanizm regulacji ekspresji genów (Lee i in., 1993; Wightman i in., 1993).

W organizmie C. elegans, służącego jako idealny model do prowadzenia badań biologicznych ze względu na jego szybki cykl rozwojowy (Meneely i in., 2019), przejście przez wszystkie stadia larwalne jest kontrolowane przez tak zwane geny heterochroniczne, które dbają o prawidłową sekwnecję zdarzeń podczas rozwoju osobniczego (Filip, 2007). Jednym z takich genów jest opisany już na początku lat 80-tych lin-4, którego aktywność jest niezbędna dla przejścia ze stadium larwalego L1 do stanu L2. W wyniku ekspresji genu lin-4 powstają dwa małe transkrypty (czyli cząsteczki RNA), o długości 61 i 22 nukleotydów. 

Z czasem zauważono, że są one komplementarne (wzajemnie dopełniające się) z sekwencją obecną w transkrypcie genu lin-14, kodującego białko LIN-14, którego obecność jest również kluczowa dla przejścia ze stadium L1 do L2. Okazało się, że ekspresja lin-4 ograniczała powstawanie funkcjonalnego białka LIN-14, co stanowiło podstawę opisania nowego mechanizmu regulującego aktywność genów, a lin-4 uznano za pierwszą odkrytą cząsteczkę mikroRNA (Almeida i in., 2011). Druga cząsteczka mikroRNA – nazwana let-7 – została odkryta dopiero 7 lat później, w 2000 roku, również w organizmie wspomnianego już eleganckiego nicienia. Początkowo wydawało się, że model regulacji ekspresji genów związanych z mikroRNA zachodzi wyłącznie w organizmie C. elegans, jednak z biegiem lat wykazano, że w odróżnieniu do lin-4, sekwencje kodujące let-7 są zakonserwowane ewolucyjnie w organizmach wielu gatunków – w tym u człowieka (Almeida i in., 2011).

Odkrycie miRNA stanowiło przełom w naszym zrozumieniu regulacji ekspresji genów oraz otworzyło nowe pole dla badań biomedycznych. Zaburzenia funkcji miRNA zostały powiązane z występowaniem wielu różnych chorób, w tym nowotworów, chorób sercowo-naczyniowych czy neurodegeneracyjnych. Tym samym, badania poświęcone tym niewielkim, acz ważnym cząsteczkom stanowią obecnie intensywny obszar badań związanych z opracowywaniem potencjalnych narzędzi diagnostycznych oraz strategii terapeutycznych (Pozniak i in., 2022).

Technologia produkcji idealnych kropek kwantowych

Nawiazując do tegorocznych laureatów Nagrody Nobla w dziedzinie chemii, w roku 1993 opublikowano artykuł opisujący chemiczną syntezę kropek kwantowych, które są wykorzystywane w ekranach opartych na technologii QLED (Murray i in., 1993, Sanderson i Castelvecchi, 2023).

Kropki kwantowe to nanometrowe, półprzewodnikowe kryształy, składające się z zaledwie kilku tysięcy atomów, które działają tak, jakby były jednym dużym atomem. To jak duża jest kropka kwantowa zależy od liczby atomów, z której się składa, a wielkość kropek kwantowych determinuje kolor emitowanego światła. Przykładowo, niewielkie kropki kwantowe selenku kadmu emitują światło w kolorze niebieskim (co odpowiada niewielkim długościom fali, ok. 450-480 nm), natomiast większe – w kolorze czerwonym (charakterystycznym dla długich długości fali, ok. 630-780 nm) (Sanderson i Castelvecchi, 2023).

Pierwsze kropki kwantowe zostały opracowane już na przełomie lat 70-tych i 80-tych przez jednego z tegorocznych Noblistów - Alexeia Ekimova. To on po raz pierwszy wytworzył w skali nano kryształy chlorku miedzi osadzone w szkle i potwierdził, że kropki różnej wielkości fluoryzowały w różnych kolorach (Ekimov i in., 1981, Klery i Kean, 2023). Kilka lat później, pracujący niezależnie od Ekimova, kolejny z Noblistów – Louis Brus, wykrystalizował cząstki siarczku kadmu z roztworu i zauważył, że większe reagują na światło inaczej niż mniejsze i zdał sobie sprawę, że jest to to samo zjawisko kwantowe. 

W odróżnieniu od zamrożonych w szkle kropek Ekimova, kropki Brusa pozostawały zawieszone w roztworze, co uczyniło je bardziej atrakcyjnymi do zastosowania w rozwijających się technologiach wyświetlaczy (Klery i Kean, 2023). Niemniej jednak ówczesne kropki kwantowe miały jedną, znaczącą wadę – ich zmienne rozmiary uniemożliwiały ich szeroką komercjalizację. I to właśnie trzeci z tegorocznych Noblistów – Moungi Bawendi – w 1993 roku opracował sposób wytwarzania wysokiej jakości kryształów o ściśle określonym rozmiarze, która otworzyła drzwi do opracowania współczesnych technologii takich jak QLED.

Oprócz zastosowania kropek kwantowych w telewizorach i monitorach, badacze poszukują również sposobów na ich wykorzystanie m.in. w obrazowaniu biologicznym, gdzie mogłyby działać jako specyficzne dla tkanki sygnały ostrzegawcze do wykrywania m.in. nowotworów. W tym celu kropki kwantowe należałoby pokryć materiałami organicznymi, w taki sposób, aby uczynić je bardziej biokompatybilnymi, dzięki czemu mogłyby one mapować naczynia krwionośne i węzły chłonne lub monitorować zmiany zachodzące w nowotworach (Gil i in., 2021). Kropki mogą również okazać się użyteczne w śledzeniu przemieszczania się leków w organizmie (Badilli i in., 2020).

Bambiraptor

Czy istnieje słodsza nazwa dla dinozaura niż Bambiraptor?

Odkrycie szczątek dromeozaura, dla którego przyjęto nazwę Bambiraptor feinbergi, przypisuje się młodemu, zaledwie 14-letniemu pasjonatowi paleontologii, Wesowi Linsterowi, który znalazł (i wydobył, wraz z rodziną) ponad 90%, dobrze zachowanego szkieletu dinozaura na terenach formacji geologicznej Two Medicine w stanie Montana w USA (Holden, 2000). 

Ze względu na swój niewielki rozmiar (szkielet miał niecały metr długości), rodzina nadała swemu znalezisku ksywkę Bambi. Druga część nazwy, feinbergi, pochodzi natomiast od nazwiska Michaela i Ann Feinbergów, którzy zdając sobie sprawę z wagi tego odkrycia, zapłacili 600 tys. dolarów za rekonstrukcję i analizę znalezionych kości. W Internecie można natknąć się na informację, że szkielet znaleziono w roku 1995, jednak w listopadzie tego roku rodzina Linsterów miała się dopiero skontaktować z badaczami z Uniwersytetu w Kansas, podczas gdy znalezisko poczyniono we wrześniu 1993 (Burnham i in., 2000; Holden, 2000).

Rekonstrukcja życia Bambiraptora feinbergi, źródło rysunku: Burnham i in., 2000.

Jak zostało już wspomniane, Bambiraptor jest zaliczany do dromeozaurów (Dromaeosauridae), co z języka greckiego można przetłumaczyć jako „biegającego jaszczura” (Long i Shouten, 2008). Dromeozaury były ptakopodobnymi terapodami (dwunożnymi, mięsożernymi, poruszającymi się w postawie półwyprostowanej dinozaurami), które żyły w późnej kredzie ponad 70 milionów lat temu. Według przeprowadzonej analizy, niektóre z cech szkieletu Bambiego były bardziej prymitywne niż te, które opisano dla innego, liczącego sobie 150 milionów lat ptakopodobnego dinozaura – Archaeopteryxa, uznawanego za praojca wszystkich ptaków (Holden, 2000). Jeśli chodzi o podobieństwo Bambiego do jego ptasich krewnych, był on prawdopodobnie upierzony i miał kości pneumatyczne, jednak nie przypuszcza się, aby potrafił on latać (American Museum of Natural History). 

Dużą uwagę badaczy przykuły elementy anatomiczne czaszki Bambiraptora, które wskazywały na relatywnie duży mózg w stosunku do reszty ciała, zbliżony rozmiarami do mózgów obecnych ptaków (Holden, 2000). Niewykluczone, że mogło być to związane z jego młodym wiekiem, gdyż młode zwierzęta często mają większy stosunek mózgu do masy ciała w porównaniu do osobników dorosłych (niewielki szkielet wskazywał na raczej młodociany wiek dinozaura, którego waga mogła wynosić zaledwie ok. 3 kilogramów).

Odkrycie Bambiraptora pomogło lepiej zrozumieć powiązania ewolucyjne między dinozaurami a współczesnymi ptakami. Dyrektor Instytutu Paleontologii na Florydzie, Martin Shugar, okrzyknął to znalezisko "kamieniem z Rosetty palentologii" (Spencer, 2000). Obecnie okaz można podziwiać w Amerykańskim Muzeum Historii Naturalnej w Nowym Jorku (American Museum of Natural History).

Swoją drogą, jak już jesteśmy przy dinozaurach, to w 1993 roku miała miejsce również premiera Parku Jurajskiego, w której zastosowano pionierską technologię komputerowego generowania obrazu (ang. computer-generated imagery, CGI) (Hodges, 2023). Na koniec pozwolę sobie zatem zostawić tematyczny wpis z Twittera, który zrobił furorę na kontach z akademickimi memami…

 

Wybór odkrycia cząsteczek mikroRNA na odkrycie roku 1993 był bardzo prosty i przyszedł mi naturalnie, ze względu na jego ogromne znaczenie dla badań biomedycznych. Wybór pozostałych był nieco trudniejszy, zwłaszcza że nie chciałam ograniczać się do tematów związanych stricte z genetyką i biologią molekularną. 

Otóż oprócz tych trzech wybranych historii, rok 1993 uznaje się również za rok odkrycia jednego z genów (MSH2) zwiazanych z dziedziczną formą raka jelita grubego (zespołu Lyncha) (Marx, 1993), czy opisania tak zwanego CRISPR loci (krótkich, zakonswerwowanych ewolucyjnie sekwencji nukleotydów, które mogą się powtarzać w DNA nawet do 250 razy). CRISPR loci był jednym z przełomów torujących drogę do stworzenia tak zwanych „nożyczek molekularnych”, czyli narzędzia umożliwiającego przeprowadzenie precyzyjnej edycji genomu – systemu CRISPR-Cas9 (Broad Institute). 

Z innej beczki, czy wiecie, że właśnie w roku 1993 stworzono format PDF (the Adobe blog, 2015) oraz po raz pierwszy użyto słowa „spam” w kontekście otrzymywania powtarzających się, niechcianych wiadomości elektronicznych (Internet Society, History of Spam)? 

Miło jest patrzeć w przeszłość i widzieć jak wszystkie te odkrycia (no, może z wyjątkiem spamu;) służą ludzkości do dziś, a z biegiem czasu, każde kolejne odkrycie może niespodziewanie okazać się niezwykle innowacyjne. Kto wie, jakie rewolucje przyniosą odkrycia roku 2023!

do góry
Sklep jest w trybie podglądu
Pokaż pełną wersję strony
Sklep internetowy Shoper.pl