Lumea vie descoperită prin lentila bolii

Cum știu oamenii de știință de unde să își înceapă cercetările? Nu e neapărat o idee bună să consulte o „listă de întrebări nerezolvate” pentru că, se știe, formularea întrebării potrivite e o parte a cercetării în sine. De regulă, pentru a obține rezultate bune, cercetătorul are nevoie de o întrebare foarte bună care să îi îndrume experimentele. Pe lîngă ipotezele care pornesc de la observații, de pildă cu privire la cum se dezvoltă un organism sau cum este codificată informația genetică într-o celulă, diferite mecanisme fundamentale nebănuite sînt deseori descoperite prin studiul bolilor. Astfel, pe lîngă diversele metode folosite de cercetători, precum suprimarea sau activarea unor gene pentru a le studia rolurile în organism, studiul bolilor, deși caută în principal să găsească remedii, poate fi o sursă importantă de descoperiri cu privire la funcționarea organismelor.

Un astfel de exemplu este descoperirea „prionilor”, sau a proteinelor infecțioase, a căror identificare a dus la introducerea de noi concepte în știință, mai ales în biologia moleculară. Înainte ca prionii să fie descoperiți, nu se știa care era „agentul” ce provoca unele boli neurodegenerative letale precum maladia Creutzfeldt-Jakob la oameni sau scrapia la oi ori „boala vacii nebune” la bovine. Începînd cu anii 1950, cercetătorul american Carleton Gajdusek a început să studieze misterioasa boală kuru care se răspîndise într-un trib din Papua Noua Guinee. Autopsiile arătaseră că singurul organ afectat era creierul, în care Gajdusek a observat „găuri” și alte semne de degenerare. Deși existau diferite ipoteze cu privire la originea bolii, precum explicații genetice sau infecția cu un virus, Gajdusek a dedus că boala era determinată cel mai probabil de canibalismul practicat de trib ca ritual funerar. Astfel, consumarea creierului unei persoane care suferise de kuru ducea la dezvoltarea bolii. Gajdusek a primit premiul Nobel în 1967 pentru descoperirile sale, dar patogenul care provoca infecția nu fusese identificat, deși se credea că e cel mai probabil un virus care acționează foarte lent. Cercetătorul american Stanley B. Prusiner, deloc convins de ipoteza virală, pentru care nu prea existau dovezi, a început o serie de experimente pentru a găsi „agentul” care provoca boala. Prusiner a reușit să arate că bolile precum kuru și Creutzfeldt-Jakob, numite și encefalopatii spongiforme, nu se transmit printr-un virus, ci printr-o proteină, pe care a numit-o prion protein (PrP). Patologia se dezvoltă atunci cînd PrP își schimbă structura tridimensională și se repliază într-o altă formă. Varianta patogenică a PrP „recrutează” apoi proteinele PrP normale care există deja în creier și formează structuri agregate care în timp copleșesc și omoară celulele sănătoase. Descoperirea lui Prusiner a fost neașteptată din mai multe puncte de vedere. Pînă atunci, factorii patogeni erau considerați a fi bacterii, virusuri sau alte microorganisme care pot provoca infecții, fiind dotate cu propriul lor material genetic (ADN și ARN), folosit pentru a se propaga. Ideea că una din miile de tipuri de proteine care există în organismul uman își poate schimba structura și apoi se poate propaga printr-un fel de reacție în lanț care recrutează alte proteine a fost inițial de necrezut. Mai ales că funcția normală a PrP-ului nu era și nici acum nu este pe deplin cunoscută. Mai mult, Prusiner a observat că și alte boli neurodegenerative produc astfel de „structuri agregate” în creier, precum acumulările de beta-amiloid în boala Alzheimer. Prusnier a propus ipoteza că proteinele care se „repliază” și se acumulează au proprietăți similare cu cele ale prionilor, în sensul că formele patogene ale proteinelor se răspîndesc în creier și se agregă cu cele normale. Astfel, pornind de la încercarea de a înțelege mecanismele unei boli foarte rare, Prusiner a introdus noi concepte în biologia moleculară și o nouă viziune asupra bolilor neurodegenerative.

O altă descoperire neașteptată care a provenit din studierea unei boli a fost cea privind menținerea intactă a structurii ADN-ului. ADN-ul e considerat în genere o moleculă foarte stabilă, astfel încît un studiu din 2019 a reconstituit genomul întreg al unei femei care a trăit în Neolitic, acum în jur de 5.700 de ani, folosindu-se o bucată de smoală de mesteacăn care fusese mestecată cel mai probabil ca „gumă” antiseptică. Totuși, în cadrul organismelor vii integritatea structurală a ADN-ului trebuie menținută pentru a evita eventuale mutații induse, de exemplu, de expunerea la factori din mediu precum razele UV. Astfel, s-a descoperit că există mecanisme moleculare care „repară” ADN-ul în cazul unei mutații, iar unele sînt specializate pentru a proteja ADN-ul de efectele induse de razele UV. Pentru a studia cum funcționează aceste mecanisme la oameni, un pas important a fost făcut studiind tot o boală rară, Xeroderma pigmentosum, care duce la o sensibilitate crescută la razele UV și astfel la un risc foarte mare de cancer de piele în urma expunerii la soare. În anii 1960, cercetătorul James Cleaver a arătat că patologia se datora unei probleme în mecanismele de reparare a ADN-ului, a căror analiză a dus apoi la descoperirea rolului a șapte gene implicate în acest proces la oameni.

Studiul bolilor, deși are ca scop principal dezvoltarea unor noi terapii, poate duce și la deslușirea unor mecanisme nebănuite și neașteptate. Dante scria în Inferno: „Nessun maggior dolore che ricordarsi del tempo felice nella miseria” – totuși, uneori studiul bolilor permite iluminarea felului în care funcționează organismele vii în tempo felice, în mod normal.

Laura-Yvonne Gherghina este doctorandă la Departamentul de Fiziologie, Dezvoltare și Neuroștiințe al Universității din Cambridge.