Kiedy Tomasz Klaus pewnego upalnego poranka latem 2011 r. przyszedł do laboratorium Zakładu Biochemii Komórki Uniwersytetu Jagiellońskiego, nic nie zapowiadało, że będzie to wyjątkowy dzień. Młody badacz miał sprawdzić, czy hodowane przez naukowców komórki wyprodukowały specjalne białka, tzw. przeciwciała, które przydałyby się w oznaczaniu grup krwi. Szukał efektu zlepiania się czerwonych krwinek; jego wystąpienie znaczyło, że naukowcy są na właściwym tropie.

W tym celu Klaus pobierał pożywki z komórkami ze specjalnych płytek i dodawał je do koncentratu czerwonych krwinek. Na tym etapie naukowcom udało się już zidentyfikować kilku obiecujących kandydatów i mieli apetyt na więcej. Klaus pobierał pożywki z płytek zawierających komórki z fuzji M – jedna po drugiej, aż wziął do ręki osiemnastą. Każda taka płytka ma 96 dołków, oznaczonych z jednego boku literami, a z drugiego cyframi. Ciekawe rzeczy działy się pod wpływem pożywki z dołka G2: czerwone krwinki zlepiały się wyjątkowo mocno.

Młody badacz ucieszył się; pojawiła się nadzieja, że udało się znaleźć jeszcze jedno przeciwciało. Po bliższej analizie okazało się jednak, że zupełnie innego typu, niż podejrzewali naukowcy. Takiego, o którym w kontekście przydatności do badań grup krwi nie wspominała wcześniej literatura naukowa.

Obca krew

Aby zrozumieć, na czym polega odkrycie krakowskich naukowców, musimy przypomnieć sposób działania układu odpornościowego. Jego integralnym elementem są przeciwciała – skomplikowane białka, które potrafią wiązać się z obcymi dla naszego ciała organizmami, np. z bakteriami. Ludzka (i nie tylko) odporność wykorzystuje fakt, że intruzi mają na swojej powierzchni różne, często unikatowe, charakterystyczne tylko dla nich cząsteczki białek lub cukrów, czyli tzw. antygeny. Przeciwciała potrafią się z nimi wiązać, rozpoznając w ten sposób intruza i dając sygnał do odpowiedzi immunologicznej.

W ten sposób organizm rozpoznaje również obcą krew. Po transfuzji krwi niezgodnej grupy odpowiednich przeciwciał zaczną się łączyć z pasującymi do nich charakterystycznymi elementami na powierzchni komórek obcej krwi, w tym czerwonych krwinek, czyli erytrocytów. Prowadzi to do niszczenia krwinek i poważnej choroby. Medycyna od dawna wykorzystuje przeciwciała do oznaczania grup krwi. Ponieważ przeciwciało może związać wiele krwinek, dochodzi do tzw. aglutynacji, czyli zlepienia. Jeśli do próbki krwi dodamy przeciwciało reagujące z antygenem B i dojdzie do zlepienia erytrocytów, to znaczy, że krew jest grupy B (lub AB, bo na krwinkach są wtedy obydwa antygeny). I tak dalej.

– Istnieje wiele klas przeciwciał. Co ciekawe, w trakcie odpowiedzi układu immunologicznej odporności poszczególne klasy występują w różnym czasie. Jako pierwsze pojawiają się przeciwciała IgM – wielkie cząsteczki potrafiące wiązać po 10 antygenów. To z nich obecnie korzysta się na całym świecie do oznaczania grup krwi – tłumaczy dr Dominik Czaplicki z UJ. Badania krakowskich naukowców miały na celu znalezienie przeciwciał właśnie tej klasy; chodziło o to, żeby znaleźć nowe przeciwciała, które mogłyby być produkowane w Polsce i uniezależniały przynajmniej częściowo od światowych dostawców.

Duży nie zawsze może więcej

Tak wielkie cząsteczki, chociaż skuteczne w działaniu, nastręczają jednak trudności w praktyce. Ponieważ są masywne (ważą w okolicach 1 megadaltona, tyle co 5,5 tys. cząsteczek glukozy albo 55 tys. cząsteczek wody), ich produkcja jest niełatwa, a ponadto są nietrwałe i wymagają przechowywania w odpowiednich warunkach. Nie można ich zamrażać, ale też nie mogą zbyt długo przebywać poza lodówką – w obu przypadkach zniszczeniu ulega ich struktura. Oczywiście świat diagnostyki medycznej przyzwyczaił się już do tych niedogodności, tworząc odpowiednie procedury. Nie zmienia to jednak faktu, że zawsze może być lepiej i łatwiej.

Czyli jak? To właśnie odkrył Tomasz Klaus. Po bliższych oględzinach okazało się , że komórki w dołku G2 nie produkowały przeciwciał IgM, ale cząsteczkę zupełnie innej klasy, zwanej IgG. To znacznie mniejsze przeciwciała, o których sądzono powszechnie, że nie są w stanie doprowadzić do aglutynacji, ponieważ są za małe. O ile IgM to zawodnik wagi ciężkiej, tak rozłożysty, że jest w stanie z powodzeniem sięgnąć po dwie, oddalone od siebie krwinki, o tyle IgG – który kształtem przypomina literę Y – ma ramiona o małej rozpiętości; przyjęto więc, że po prostu nie będzie się nadawał do testów aglutynacji. – Brano to stwierdzenie za tak oczywiste, że nikt nie starał się go ani podważyć, ani tym bardziej obalić. Nie było to też naszym celem. Poszukiwaliśmy w końcu „zwykłych” przeciwciał klasy IgM – śmieje się Czaplicki.

Okazało się jednak, że to konkretne przeciwciało – należące do słabo poznanej klasy IgG3 – „aglutynuje jak złoto”, jak wyraża się dr Czaplicki. Dlatego naukowcy postanowili nazwać je Miraculum, co po łacinie znaczy cud. Badacze podejrzewają, że jego skuteczność to kwestia budowy łącznika pomiędzy trzonem i ramionami, dzięki czemu te ostatnie mogą się wyjątkowo szeroko rozkładać. Dokładne poznanie tego mechanizmu będzie wymagać jednak dodatkowych badań.

M18G2

Warto także powiedzieć, ile trudu musieli sobie zadać naukowcy, żeby w dołku G2 mogło dojść do małego cudu. Po pierwsze, naukowcy szukali przeciwciał u myszy. W celu aktywacji ich układu odpornościowego podawali gryzoniom ludzką krew, a następnie czekali na odpowiedź. Za produkcję przeciwciał odpowiadają m.in. komórki śledziony, którą pobiera się do dalszych badań. Problem polega na tym, że komórki te – splenocyty – poza organizmem żyją krótko. Żeby poprawić ich żywotność, unieśmiertelnia się je poprzez fuzję z komórkami nowotworu szpiku kostnego (stąd dołek G2 znajdował się na osiemnastej płytce „fuzji M”, czyli 13. próby otrzymania nieśmiertelnych komórek).

Robi się to w ten sposób, że do zawiesiny splenocytów dodaje się komórki szpiczaka, a następnie traktuje substancją, która wywołuje łączenie błon komórkowych. W wyniku tak wymuszonej fuzji ponad 99 proc. komórek umrze, ale nieliczne przeżyją. Teraz trzeba je oddzielić od pozostałych komórek – co robi się po podaniu specjalnej pożywki, w której nie przetrwają komórki nowotworowe (na śmierć niesfuzjowanych splenocytów wystarczy poczekać). Tak spreparowane komórki rozmieszcza się następnie w dołkach, rozcieńczając w taki sposób, aby upewnić się, że otrzymujemy hodowle wywodzące się z pojedynczej komórki. Dzięki temu z takiej hodowli można uzyskać pulę identycznych przeciwciał o jednakowych właściwościach, czyli tzw. przeciwciał monoklonalnych.

Magazyn DGP 09.06

Magazyn DGP 09.06

źródło: Dziennik Gazeta Prawna

Genetyczna podmianka

Na razie jednak naukowcy starają się na bazie odkrytego przeciwciała zbudować inne, które będą reagować również na antygen A (odkryte przez badaczy białko reaguje tylko z antygenem B). Przeciwciała składają się bowiem ze stałego rdzenia, wspólnego dla całej klasy przeciwciał, oraz zmiennych fragmentów końcowych, które różnią się w zależności od antygenu, z jakim oddziałuje przeciwciało. Kiedy więc naukowcy zorientowali się, z jakim odkryciem mają do czynienia, natychmiast wyciągnęli „przepis” na przeciwciało z DNA wyhodowanych komórek (tam są recepty na wszystkie białka, jakie produkuje komórka) i zmodyfikowali go w taki sposób, aby wymienić fragment zmienny na taki, który będzie reagował z antygenem A. Wtedy będą dysponować kompletnym zestawem nowatorskich przeciwciał IgG do diagnostyki grup krwi.

Eureka! DGP


Trwa czwarta edycja konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”, do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do 16 czerwca w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej, wybrane spośród 68 nadesłanych przez uczelnie i instytuty.

Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi pod koniec czerwca. Nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma – oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej) ufundowana przez organizatora.