Rudan: Svaka stanica zna gdje joj je mjesto te kada i zašto stati s dijeljenjem

Interes za DNK i RNK sve se više pojačavao u znanstvenoj zajednici pa su španjolsko-američki znanstvenik Severo Ochoa i američki znanstvenik Arthur Kornberg 1959. nagrađeni Nobelovom nagradom za istraživanja enzima zaduženih za izgradnju molekule DNK te su uspjeli izolirati enzim DNK polimerazu.

Koristeći postojeću molekulu DNK kao obrazac, DNK polimeraza izgrađuje prema njoj kopiju, omogućujući stanici da se zatim podijeli. Bilo je to važno otkriće, a utrlo je put i čuvenoj Nobelovoj nagradi 1962. za Francisa Cricka, Jamesa Watsona i Mauricea Wilkinsa, koji su dokazali da molekula DNK ima strukturu dvostruke uzvojnice, s komplementarnim parovima dušičnih baza, što je objasnilo način na koji ona može funkcionirati kao kod koji se očitava te kako uspijeva samu sebe kopirati. Pri dodjeli ove nagrade vrlo je nepravedno zaobiđena mlada znanstvenica Rosalind Franklin, koja je radila s Mauriceom Wilkinsom i čijim su se rezultatima u svojem otkriću koristili i Francis Crick i James Watson.

Tada je ostao još samo jedan korak do razumijevanja kako informacija u ljudskom genomu utječe na gradnju staničnih proteina i svih ostalih njezinih građevnih blokova, a time i čitavog ljudskog organizma. Spektakularnu su Nobelovu nagradu za to otkriće šest godina kasnije, 1968., dobili američki znanstvenici Robert W. Holley, Har Gobind Khorana i Marshall W. Nirenberg. Oni su pokazali kako je informacijski kod unutar gena organiziran u odsječke od po tri dušične baze, tj. “kodona”. Iz molekule DNK svaki se kodon prenosi molekulom RNK do ribosoma. Svaki kodon označuje točno određenu aminokiselinu. U aminokiselinski lanac tijela proteina, na čijoj izgradnji ribosomom upravo radi, ugrađuje se zatim ona aminokiselina koju taj RNK kodon označuje. Tako se informacija zapisana u humanom genomu prevodi i služi izgradnji svih proteina stanice, pri čemu svaki gen sadrži informacijsku uputu za neki građevni protein ili enzim u organizmu.

Nakon jako puno postavljenih teških pitanja u prva dva nastavka, na koje imamo tek neke odgovore, zaustavili smo se ipak na jednoj važnoj pogodnosti: što o ljudskom organizmu možemo razmišljati u smislu nakupine stanica. To je vrlo velika pogodnost, a možda i jedan od razloga zašto se neki znanstvenici odlučuju za istraživanja u medicini, a ne fizici. U fizici treba razmišljati o razinama subatomskih čestica ili čitavog svemira, gdje je teško biti siguran ima li nečega još manjeg od kvarkova, ili pak većega od svemira; ima li, možda, i drugih svemira te koliko uopće dimenzija ima naš svijet – jednu, dvije, tri, četiri, pet, deset ili jedanaest?

U fizici, teško se uhvatiti za neki početak ili kraj, a to je za znanost priličan problem. U biomedicini, međutim, ipak postoji početak: koliko god to nevjerojatno bilo, kada čovjek o tome dobro razmisli, svatko od nas u jednom je trenutku bio jedna jedina stanica, toliko sićušna da je nevidljiva našem vlastitom oku. U njoj je morala biti sadržana sva informacija o tome kako će se njezinim dijeljenjem, a zatim i dijeljenjem svih stanica koje iz nje nastanu, izgraditi čitav naš organizam, građen od trilijuna i trilijuna stanica. Iako se i to čini vrlo kompliciranim, ipak je znatno podložnije razumijevanju od fizike te neobičnih svjetova na razini elementarnih čestica, atoma i molekula. Stanice su znatno krupniji građevni elementi, a time i jednostavniji za praćenje s razine prostora nas ljudi. Uz to, postoji i prva stanica, sa svojim informacijskim kodom, iz koje sve nastaje – znači, poznat nam je barem taj početak zagonetke, ne samo u prostoru nego i u vremenu.

Očigledno, u toj je prvoj stanici morao postojati “plan” kako sve desetke, stotine, milijune, milijarde i trilijune njezinih stanica-kćeri, unuka, praunuka i šukun-šukun-šukununuka, kao i svih njihovih daljnjih stanica-potomaka, porazmjestiti na ispravan način u trodimenzionalnom prostoru tako da od njih nasumičnim dijeljenjem ne nastane tek velika, nepravilna kuglasta masa građena od gomile stanica. Očito, sve te stanice pri svojem stalnom, intenzivnom dijeljenju u majčinoj utrobi izuzetno dobro komuniciraju jedna s drugom kako bi u prostoru polako nastajali trup, vrat, glava, ruke, noge, prsti te kako bi znale u kojem trenutku “stati” s dijeljenjem i tako ostvariti točno zamišljen oblik tijela u prostoru.

Već je i mehanizam tog “razumijevanja” svih stanica našeg organizma o tome gdje se u prostoru točno nalaze, i što im je činiti, dovoljno nevjerojatan, znajući o kolikoj se masi, građenoj od trilijuna i trilijuna stanica, ovdje radi. Uz to, mi svoj konačni oblik poprimamo na ovoj “našoj” razini prostora, koja je znatno, znatno drukčija i veća od perspektive same sićušne stanice. Dakle, oblik i veličina organizma svake žive vrste u prostoru – od meduze, do kita, dupina, sabljarke, škampa, miša, crva, čovjeka, paprati, ruže, orhideje, stabla trešnje, sekvoje, vlati trave, krokodila, kolibrića, papige, planktona, bakterije ili pande – zadani su nekako već u prvoj stanici, iz koje se svaki živi organizam razvija. Očito je da postoji informacija – nekakav plan – kako iz te prve “cigle”, njezinim umnažanjem, razviti kompletnu infrastrukturu čitavog višemilijunskog grada.

Međutim, pitanje kako sve te stanice točno znaju kamo se porazmjestiti u 3D-prostoru te kada i zašto stati s dijeljenjem kako bi stvorile točne oblike svih ovih bića koje sam naveo, nije najteže pitanje. Postoji barem nekoliko još težih. Jedno je, što uz nevjerojatno točno razmještanje svih tih trilijuna stanica u prostoru, većina njih također s vremenom prestaje sličiti prvotnoj stanici, iz koje su sve potekle. Na točno određenim mjestima u tijelu one postaju međusobno potpuno različite te dobivaju i različite uloge. Postaju usko specijalizirane kako bi na točno zadanim mjestima prostornog plana iz njih mogle nastati krvne žile, živci, kosti, jetra, bubrezi, srce, štitna žlijezda, crijeva, slezena, mišići, zglobovi, hrskavica, ligamenti, nokti, oči, uši ili mozak. Ne samo što im je funkcija različita, nego pod mikroskopom sve te stanice počinju i izgledati međusobno potpuno različito. Neuroni u mozgu više uopće ne sliče ni prvoj stanici, a ni osteoblastima u kostima, keratinocitima u koži, stanicama bubrega, sluznice crijeva, a ni fibroblastima vezivnih tkiva. Kako je moguće da iz prve stanice nastanu tolike stanice s tako različitim oblicima i funkcijom?

Taj se proces naziva diferencijacijom stanica, gdje na početku stanične linije nalazimo tzv. “pluripotentne” matične stanice. Nazivamo ih “pluripotentnima” jer iz njih, očito, mogu nastati najrazličitiji tipovi stanica, sve dok na kraju ne nastanu i vrlo diferencirane, tj. usko specijalizirane stanice. Ovaj se proces, intuitivno, smatrao jednosmjernim procesom, jer u ljudskom organizmu nikad nije viđeno pod mikroskopom kako se bilo koja zdrava, usko specijalizirana i diferencirana stanica pretvara u sve manje definiran oblik pa nazad u matičnu, pluripotentnu stanicu. Vrijedilo bi istražiti pamti li svaka stanica u organizmu nekako svoju prethodnicu, dobiva li od nje točne upute te predaje li ih dalje svojim stanicama-potomcima? Jesu li sve one, možda, tako informacijski povezane?