Orvosi és fizikai Nobel-díj 2007

Orvosi Nobel-díj egerek genetikai módosításáért

Két amerikai és egy brit kutató, Mario Capecchi és Oliver Smithies, illetve Martin Evans kapta idén az orvosi-élettani Nobel-díjat – jelentette be hétfőn Stockholmban a Karolinska Intézet illetékes bizottsága. A kutatók az egér genetikai állományának embrionális őssejteken végzett módosításával olyan állatmodelleket hoztak létre, amelyek segítségével számos emberi életfolyamat és betegség vált hatékonyabban tanulmányozhatóvá.

Az eredmény azért korszakos jelentőségű – olvasható a Nobel-díj hivatalos honlapján –, mert segítségével a gének működése az emlősök fejlődésével párhuzamosan vizsgálható, így számos emberi betegség – például magas vérnyomás, érelmeszesedés, rák – és születési rendellenesség vált hatékonyan tanulmányozhatóvá.

A genetikai módosítás gyakran egy adott gén inaktiválását (elhallgattatását) jelenti egy szervezet genetikai állományában. Az így létrehozott, genetikailag „kiütött” (angolul knock-out) állatokon indirekt módon lehet tanulmányozni a gén hatását: mi az, ami a gén működésének hiányában problémaként jelentkezik? Az ilyen kísérletek mára számos gén szerepét tisztázták az embrionális fejlődésben, az életfolyamatokban, az öregedésben és az egyes betegségek kialakulásában. Napjainkig a körülbelül 20 ezer egérgén (mivel ezek a kísérletek főképp egereken folynak) mintegy felét már „kiütötték”, és rövidesen a teljes génkészletről lesznek ilyen jellegű információink.

Az egér és az ember genetikai információi körülbelül 95 százalékban megegyeznek, azaz az egerek vizsgálatával az emberi életműködésekről szerezhetünk alapvető információkat. A genetikai módosításokkal a mai napig több mint félezer olyan egértörzset hoztak létre, amelyek mindegyikén egy-egy emberi betegség tanulmányozható, illetve a kezelés úgynevezett preklinikai fázisa elvégezhető.

Ma már tehát nagyon sok olyan állattal dolgoznak a kutatók, amelyben egy vagy több gén „kiütésére” került sor, de létezik eljárás gének bevitelére, hozzáadására is („knock-in”). Fontos, hogy a modellállatok „készítésekor” a fenti genetikai módosításokat embrionális őssejteken végzik el, így a megszülető állatok minden sejtjében jelen van vagy hiányzik az adott gén, tehát szerepe az egész szervezet szintjén tanulmányozható. Ezeket az eljárásokat az orvosi-biológiai kutatások teljes spektrumában alkalmazzák, az alapkutatásoktól az új terápiák kipróbálásáig.

Módszerek egyesítése

A genetikai állományunk kromoszómákban tárol minden információt szervezetünk fejlődéséről, felépítéséről és működéséről. Az emlősök minden egyes sejtje – így az embereké is – párokban tartalmazza a kromoszómákat, amelyek közül az egyik kromoszóma mindig az anyától, a másik pedig mindig az apától származik. Az ún. számfelező sejtosztódás (meiózis) során ezzel a mechanizmussal jönnek létre az ivarsejtjeink – ezen kromoszómapárok között génkicserélődés zajlik. Ezt a folyamatot nevezik homológ rekombinációnak, amely a változatosságot biztosítja az utód számára, hiszen így az anyától és az apától is örököl tulajdonságokat.

Capecchi és Smithies ezt a folyamatot emelte kísérletei középpontjába. Egymástól függetlenül felfedezték, hogyan használható a homológ rekombináció az emlősökben gének módosítására, és kidolgozták azokat a módszereket, amelyek segítségével genetikailag módosított egerek hozhatók létre. A technika azonban így még nem volt alkalmazható arra, hogy a géncsere öröklődjön is, hiszen csak egy egyszeri módosításról volt szó egy már kifejlett szervezetben.

A harmadik díjazott, a brit Martin Evans azonosította és különítette el (izolálta) a korai egérembrió azon sejtjeit, amelynek tenyésztésével embrionális őssejteket hozott létre. 1986-ra így minden készen állt ahhoz, hogy létrehozzák az első genetikailag módosított embrionális őssejteket. A genetikai módosítás egy gén „kiütését” jelentette. A genetikailag módosított őssejteket szelektíven tenyésztették, majd bejuttatták őket egy másik egérembrióba (hólyagcsírába). Az így létrejövő mozaikembriókat ezután egy anyaállatba beültetve genetikailag módosított állatokat hoztak létre. A következő lépésként a hím mozaikegerek normál nőstényekkel pároztatva – a homológ rekombinációnak megfelelően – bizonyos arányban olyan egereket hoztak létre, amelyek a kiütött gént tartalmazták, bizonyos arányban pedig olyanokat, amelyek ennek normál formáját. A génkiütött egerek így szelektálhatóak, és a későbbi kísérletekben specifikus kutatásokra használhatóak voltak. Az első beszámoló 1989-ben jelent meg az eredményekről, de a technika felhasználásával ma már bármilyen gén vagy génváltozat beültethető és örökíthető egerekben.

Fizikai Nobel-díj 2007

A francia Albert Fert és a német Peter Grünberg kapta megosztva az idei fizikai Nobel-díjat – jelentette be kedden, hazai idő szerint 11.45-kor Stockholmban a Karolinska Intézet illetékes bizottsága. A kutatók egy fizikai jelenség, az úgynevezett óriás mágneses ellenállás egymástól független felfedezéséért részesültek a legnagyobb tudományos elismerésben. A felfedezés legfontosabb gyakorlati alkalmazása a merevlemezek adatait olvasó fejek kifejlesztése.

A jelenséget a két díjazott által vezetett két kutatócsoport egymástól függetlenül, egy időben és véletlenül fedezte fel 1988-ban. Azóta kutatók ezrei dolgoznak a jelenség még finomabb részleteinek a feltárásán, a gyakorlati alkalmazások fejlesztésén. A most elismert felfedezés alapján sűrűbben tárolható az információ a merevlemezeken, így egy sor eszközt jelentősen miniatürizálni lehetett.

Óriás mágneses ellenállás

A merevlemezen mágnesesen tárolják az információt. A lemezre írt információt a lemez felett mozgó fej olvassa le. Minél kisebb területre koncentrálják egyetlen bit tárolását, annál gyengébb lesz ott a mágneses jel, annál nehezebb kiolvasni. Ebben hozott nagy változást az új felfedezés, az óriás - magnetorezisztencia (óriás mágneses ellenállás).

William Thomson 1856-ban fedezte fel, hogy egy vezető elektromos ellenállása megváltozik, ha mágneses térbe helyezik. A ferromágneses anyagoknál (vas, kobalt, nikkel) még a mágneses tér iránya is számít. Ez a magnetorezisztencia, a mágneses térrel szembeni ellenállás. A hatás nem túl nagy, mindössze néhány százalék.

A két kutatócsoport olyan megoldást fedezett fel, amelynél óriási a magnetorezisztencia, vagyis a mágneses tér kis változása óriási elektromos ellenállás-változást idéz elő. A nagy elektromos ellenállásból nagy elektromos jelet lehet nyerni, tehát gyenge mágneses tér mellett ki lehet olvasni a sűrűn írt információt. A különleges jelenség természetesen csak különleges körülmények között jelentkezik. Vékony, mindössze néhány atom vastag fémrétegeket építenek egymásra, felváltva ferromágneses és nem mágneses réteget. Grünberg csoportja vas-króm-vas réteggel dolgozott, Fert csoportja sok, esetenként 60 vas-króm rétegpárt helyezett egymásra. A jelenséget az elektron két alapvető jellemzőjének, töltésének és spinjének egyidejű megváltoztatása okozza. A felfedezés megszületését a nanotechnológia korábbi eredményei tették lehetővé.

A magnetoelektronika megszületése

Különösen erős volt a jelenség alacsony hőmérsékleten: Fert az abszolút nulla fok közelében, 4,2 kelvinen csaknem 50 százalékos elektromosellenállás-változást tapasztalt. Az effektus erőssége magasabb hőmérsékleten kisebb. A rétegek száma is befolyásoló tényező, sokréteges szendvicsnél nagyobb a hatás, mint néhány réteg esetében. A jelenségben az elektron két alapvető jellemzője, a töltés és a spin játssza a főszerepet, a pontos leíráshoz cikkünk keretei között nem részletezhető kvantumfizikai ismeretekre lenne szükség. A két ferromágneses réteg közé helyezett paramágneses rétegből álló szendvicsben a középső rétegben mozognak, szóródnak az elektronok. Ha a két ferromágneses rétegben azonos a mágneses tér iránya, akkor mozgásuk könnyebb, mert az elektromos ellenállás kisebb, mint fordított esetben. A mágneses tér iránya tehát befolyással van az ellenállásra, a mágneses tér irányváltása elektromosellenállás-változáshoz vezet. Ez a változás jóval nagyobb, mint a normál ferromágneses anyagokban fellépő változás, ezért kapta az óriási nevet. Olyan megoldást is kidolgoztak, amelyben a két fémréteg közé nem egy másféle fém, hanem szigetelőréteg kerül. A szigetelőréteg csak néhány atom vastag, ezen kvantummechanikai alagúteffektussal mennek át az elektronok. Vas-amorf germánium-réz szendviccsel alacsony hőmérsékleten 14 százalék ellenállás-változást értek el.

Grünberg azonnal felismerte a felfedezés gyakorlati jelentőségét, és szabadalmaztatta a megoldást. A vékony filmrétegek mágneses tulajdonságainak kutatásából megszületett a magnetoelektronika. A felfedezés megszületését a nanotechnológia korábbi eredményei, a vékony rétegek létrehozására, manipulálására szolgáló technikák kidolgozása tette lehetővé. Az ún. molekuláris nyaláb epitaxia-technikával atomi rétegeket igen nagy pontossággal lehet egymásra építeni. A kísérletekben használt vas és króm kristályszerkezete azonos, ezért viszonylag könnyű volt a rétegeket egymásra építeni. Az óriás után később még erősebb magnetorezisztenciát fedeztek fel, ez lett a kolosszális magnetorezisztencia. Ez viszont csak erősebb mágneses terek mellett működik, hiába kolosszális tehát az elektromos ellenállás változása, az erős mágneses tér szükségessége miatt egyelőre nem látszanak gyakorlati alkalmazási lehetőségek.

Forrás: [origo]

Nobel-díjak bejelentése

A Nobel-díjazottak nevének kihirdetése hagyományosan az orvosi-élettani Nobel-díj bejelentésével kezdődik. Ezt követően a fizikai, a kémiai, az irodalmi Nobel-díj, majd a Nobel-békedíj idei kitüntetettjeinek nevét hirdetik ki. A Svéd Központi Bank által 1968-ban alapított közgazdasági Nobel-díj idei tulajdonosának nevét jövő hétfőn hirdetik ki.

A Nobel-díjakat idén is XVI. Károly Gusztáv svéd király adja át december 10-én – illetve ugyanezen a napon a Nobel-békedíjat a Nobel-díj Bizottság elnöke Oslóban – a kitüntetést alapító Alfred Nobel mérnök és üzletember 1896-ban bekövetkezett halálának évfordulóján. Az igazoló okmányon és az aranyérmén kívül a díjak mellé 10 millió svéd korona is jár.