El Premio Nobel fue otorgado por demostrar los beneficios del ayuno. Ayuno intermitente, larga vida saludable y autofagia celular Descubrimiento de Yoshinori Ohsumi

biólogo japonés Yoshinori Ohsumi Premio Nobel en el campo de la fisiología y la medicina.
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Ha comenzado la Semana del Nobel 2016, durante la cual se entregarán los premios más honoríficos premios científicos en diferentes áreas.

El laureado en medicina y fisiología fue nombrado el 3 de octubre. Fue Yoshinori Osami, biólogo celular de la Universidad Tecnológica de Tokio, quien fue premiado "por su descubrimiento de los mecanismos de la autofagia", según el sitio web del Comité Nobel.

Sus descubrimientos allanaron el camino para comprender la importancia fundamental de la autofagia para una variedad de procesos fisiológicos, como la adaptación al hambre y la respuesta a la infección, explicó en un comunicado de prensa para el premio.

La autofagia es el proceso de reciclar y reciclar partes innecesarias de la célula, varios "basura" acumulada en ella. El término se traduce del griego como "comerse a sí mismo" o "comerse a sí mismo".

mecanismo de autofagia.

Los científicos descubrieron este fenómeno en los años 60 del siglo pasado. Pero no podían entender las complejidades del mecanismo. En los años 90, Osumi lo hizo. A través de sus experimentos, también identificó genes que son responsables de la autofagia. Osumi se convirtió en el científico número 39 en la historia en recibir el Premio Nobel por sí solo.

La autofagia es inherente a los organismos vivos, incluidos los humanos. Gracias a él, las células se deshacen de las partes innecesarias y el cuerpo en su conjunto, de las células innecesarias.

La naturaleza ha dotado a las células de la capacidad de digerir lo que "parece" superfluo o dañino. En pocas palabras, las células empaquetan "basura" en bolsas especiales: autofagosomas. Luego se transfieren a contenedores: lisosomas, donde todo esto se destruye y digiere. Los productos procesados ​​se utilizan para nutrir o renovar la célula.

formación de fagosomas.
Infografía: Comité Nobel

Gracias a la autofagia, la célula se limpia de la infección que ha entrado en ella y de las toxinas resultantes.

Fusión de fagosoma y lisosoma.
Infografía: Comité Nobel

La autofagia es más activa cuando el cuerpo está bajo estrés. Por ejemplo, pasar hambre. En este caso, la célula genera energía a partir de sus recursos internos, es decir, de cualquier "basura" acumulada, incluidas las bacterias patógenas.

El descubrimiento de un científico japonés muestra que el ayuno o el ayuno sigue siendo útil: el cuerpo realmente se limpia debido a la autofagia.

También protege al organismo del envejecimiento prematuro. Tal vez incluso rejuvenezca debido al hecho de que crea nuevas células, elimina las proteínas defectuosas y los elementos intracelulares dañados del cuerpo, manteniéndolo en buenas condiciones.

Y las interrupciones en los procesos de autofagia conducen a la enfermedad de Parkinson, la diabetes e incluso al cáncer. Al darse cuenta de esto, los médicos ya están creando nuevos medicamentos que pueden corregir las violaciones y, por lo tanto, curar.

Bueno, a los efectos de la prevención, a veces vale la pena pasar hambre, lo que lleva al cuerpo a un estrés curativo.

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Procesando . . .

Instituto de Tecnología de Tokio Profesor Yoshinori Ohsumi. El científico japonés fue premiado por su trabajo fundamental, que explicó al mundo cómo ocurre la autofagia, un proceso clave para el procesamiento y reciclaje de los componentes celulares.

Gracias al trabajo de Yoshinori Ohsumi, otros científicos han recibido las herramientas para estudiar la autofagia no solo en levaduras, sino también en otros seres vivos, incluidos los humanos. Investigaciones posteriores han demostrado que la autofagia es un proceso conservado y ocurre de la misma manera en los humanos. Con la ayuda de la autofagia, las células de nuestro cuerpo reciben la energía que les falta y construyen los recursos, movilizando las reservas internas. La autofagia está implicada en la eliminación de los daños estructuras celulares que es importante mantener operación normal células. Además, este proceso es uno de los mecanismos de muerte celular programada. Los trastornos de autofagia pueden ser la base del cáncer y la enfermedad de Parkinson. Además, la autofagia tiene como objetivo combatir los agentes infecciosos intracelulares, por ejemplo, el agente causante de la tuberculosis. Quizás gracias a que la levadura nos reveló una vez el secreto de la autofagia, consigamos una cura para estas y otras enfermedades.

El Comité Nobel dijo en un comunicado que Osumi "descubrió y elucidó los mecanismos subyacentes a la autofagia, el proceso fundamental de destrucción y utilización de los componentes celulares". La palabra "autofagia" en sí misma proviene de dos palabras griegas: "auto", que significa "yo", y "phagein", que significa "comer". Por lo tanto, literalmente significa "comerse a sí mismo" (traducido libremente como "comerse a sí mismo").

La autofagia se conoce desde hace más de 50 años, pero su importancia fundamental para la fisiología y la medicina solo se reconoció después de la investigación de Osumi en la década de 1990. Fue gracias a estos trabajos que recibió el Premio Nobel.

La comprensión general de la autofagia llegó a los científicos en la década de 1960, cuando los investigadores observaron por primera vez cómo las células destruyen sus propios contenidos encerrándolos en membranas. Durante este proceso, se forman vesículas (como sacos de formación), que luego se entregan al "compartimento" de procesamiento en la célula, llamado lisosoma), para su posterior destrucción.

El orgánulo (componente de la célula) autofagosoma absorbe los componentes de la célula y luego los entrega para ser "comidos" por el lisosoma, en el que son destruidos.

Pero debido a la falta de información, fue difícil estudiar las características de este fenómeno. Osumi realizó una serie de experimentos brillantes a principios de la década de 1990. En particular, el científico utilizó levadura de panadería para identificar los genes que determinan el curso del proceso de autofagia. Luego, el investigador procedió a dilucidar los mecanismos que subyacen al "autoconsumo" en la levadura y demostró que en las células humanas se utilizan mecanismos complejos similares.

El descubrimiento de Osumi ha llevado a un nuevo paradigma en la comprensión científica de cómo las células reciclan su contenido. Su descubrimiento ayudó a allanar el camino para comprender la importancia fundamental de la autofagia en muchos procesos fisiológicos, como la adaptación a la inanición.

Las mutaciones en los genes que controlan la autofagia pueden causar enfermedades. Además, el proceso de autofagia es un componente importante de las enfermedades oncológicas y neurológicas.

Hablemos un poco de la historia, sin la cual no habría descubrimiento en sí. A mediados de la década de 1950, los científicos identificaron un nuevo "compartimento" celular especializado: un orgánulo que contiene enzimas que procesan proteínas, carbohidratos y grasas. El orgánulo se denominó lisosoma y se determinaron sus funciones (una estación de trabajo para la destrucción de componentes celulares).

Por cierto, el científico belga Christian de Duve recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1974 por el descubrimiento de los lisosomas.

El término "autofagia" fue propuesto por primera vez en 1963 por el bioquímico belga Christian de Duve, quien, junto con sus colegas, recibió el Nobel de Medicina en 1974.

Nuevas observaciones en la década de 1960 mostraron que un gran número de A veces se pueden encontrar componentes celulares e incluso orgánulos completos dentro de los lisosomas.

Resulta que las células tienen una estrategia para entregar grandes "cargas" a los lisosomas. Estudios bioquímicos y microscópicos posteriores revelaron un nuevo tipo de vesícula que transporta dichas cargas celulares a los lisosomas para su posterior destrucción. Christian de Duve acuñó el término autofagia, "comerse a sí mismo", para describir este proceso. El nuevo tipo de vesículas se denominó autolisosomas (o autofagosomas).

Durante las décadas de 1970 y 1980, los investigadores se centraron en explicar el funcionamiento de otro sistema utilizado para matar proteínas, el proteosoma, y ​​como parte de este tema, Aaron Ciechanover, Avram Hershko e Irwin Rose recibieron el Premio Nobel de Química 2004 por "la descubrir el papel de la ubiquitina en sistema celular degradación de las proteínas en los proteasomas". Los proteosomas destruyen efectivamente las proteínas "una a la vez", pero este mecanismo no explica cómo las células se deshacen de los grandes complejos de proteínas y los orgánulos "desgastados".

El científico japonés Osumi ha participado activamente en varios estudios, pero cuando puso en marcha su propio laboratorio en 1998, se centró en estudiar la destrucción de proteínas en la vacuola de levadura, un orgánulo cuya función es células humanas realizado por el lisosoma. Las células de levadura son relativamente fáciles de estudiar y, por lo tanto, a menudo se utilizan como modelo para las células humanas. Son especialmente útiles para identificar genes que juegan un papel importante en procesos celulares complejos.

Pero Osumi se enfrentó a un problema grave: las células de levadura son pequeñas y su estructura interna no es tan fácil de discernir bajo un microscopio. El científico incluso dudaba de que en este caso se produjera autofagia. El investigador pensó que si podía detener el proceso de destrucción del material en la vacuola, entonces la autofagia está presente, entonces los autolisosomas deberían acumularse dentro de las vacuolas y volverse visibles bajo un microscopio.

El científico cultivó levaduras mutadas sin degradación vacuolar y al mismo tiempo estimuló la autofagia en ellas, obligando a las células a morir de hambre. Y los resultados fueron asombrosos. En cuestión de horas, las vacuolas se llenaron de pequeñas vesículas que aún no habían sido destruidas. Las vesículas eran autolisosomas, y el experimento científico demostró que existe autofagia en las células de levadura. Pero lo que es más importante, el científico ahora tiene una forma de identificar y describir los genes clave involucrados en este proceso. Este innovador estudio se publicó hace más de 20 años en 1992.

Más tarde, Osumi aprovechó sus cepas de levadura modificadas, en las que se acumulaban autolisosomas durante el ayuno. Esta acumulación no debería haberse producido si los genes responsables de la autofagia estuvieran inactivados. Osumi trató las células de levadura con una sustancia química que mutaba selectivamente muchos genes y luego estimuló la autofagia. Su estrategia funcionó.

Osumi identificó los primeros genes necesarios para la autofagia. Y en el curso de experimentos posteriores, los científicos caracterizaron funcionalmente las proteínas codificadas por estos genes. Los resultados de la investigación han demostrado que la autofagia está controlada por toda una cascada de proteínas y complejos de proteínas, cada uno de los cuales regula etapas separadas, como la nucleación o la formación de autolisosomas.

Osumi estudió miles de cepas de levadura mutantes e identificó 15 genes que son responsables del mecanismo de la autofagia.

Después de determinar el mecanismo de autofagia en la levadura, quedó una pregunta sin resolver: ¿existe un mecanismo apropiado para controlar este proceso en otros organismos? Pronto quedó claro que en las células humanas ocurren procesos casi idénticos. Ahora los científicos tienen acceso a las herramientas que necesitan para estudiar las implicaciones de la autofagia en el cuerpo humano.

Y gracias a Ohsumi y sus seguidores, hoy el mundo sabe que la autofagia controla importantes funciones fisiológicas en las que los componentes celulares deben ser reciclados o destruidos.

La autofagia puede proporcionar rápidamente combustible y componentes básicos para la renovación de los componentes celulares. Por lo tanto, el proceso es esencial para la respuesta celular al hambre y otros tipos de estrés. Además, durante la infección, la autofagia ayuda a detenerla.

La autofagia también promueve el desarrollo embrionario y la diferenciación celular. Las células también utilizan la autofagia para eliminar las proteínas y los orgánulos dañados; este mecanismo de "control de calidad" ha crucial luchar consecuencias negativas envejecimiento.

La autofagia está asociada con procesos fisiológicos tales como el desarrollo del embrión humano y la diferenciación celular, diversas situaciones estresantes en el cuerpo. La autofagia ocurre en enfermedades neurodegenerativas, cáncer y diversas infecciones.

Por cierto, la interrupción de los procesos de autofagia también se ha asociado con la enfermedad de Parkinson, la diabetes tipo 2 y otras enfermedades que suelen aparecer en la vejez.

Las mutaciones en genes importantes para la autofagia pueden ser causadas por enfermedad genética, también se asocia una violación de los mecanismos de autofagia con la oncología. Hoy en día, se están realizando numerosos estudios para desarrollar fármacos diseñados para estimular la autofagia en diversas enfermedades.

Recordemos que hoy, 3 de octubre, comenzó la Semana del Nobel en Estocolmo. Según la tradición, su inicio marcó.

El 3 de octubre, el Comité Nobel anunció el ganador del Premio de Fisiología o Medicina. Se convirtieron en los japoneses Yoshinori Osumi. La redacción del premio es: “Por el descubrimiento de los mecanismos de la autofagia”. ¿Qué es la autofagia? ¿Por qué es importante desde un punto de vista práctico? ¿Cómo se relaciona la autofagia con el ayuno y la pérdida de peso? ¿Por qué ella ayuda? tumores cancerosos¿sobrevivir? Y, finalmente, ¿por qué una persona se convirtió en laureada y no varias, como es habitual? Lo explica la periodista y bióloga Svetlana Yastrebova.

El profesor del Instituto de Tecnología de Tokio, Yoshinori Ohsumi, estaba en su escritorio en el laboratorio cuando el Comité Nobel lo llamó con una noticia inesperada: había ganado el Premio de Fisiología o Medicina 2016. El japonés de 71 años sigue trabajando activamente en el tema de la autofagia, por el que recibió el máximo galardón científico.

volcado de celda

La autofagia ha estado en el centro de los intereses de investigación de Osumi durante 27 años. A fines de la década de 1980, cuando comenzó su trabajo sobre este tema, se sabía que las células de alguna manera se deshacían de sus estructuras y moléculas individuales, que de repente se volvieron innecesarias. Sin embargo, sería extraño que esto no fuera así: todos los organismos son capaces de eliminar los productos de desecho.

Los científicos saben desde hace mucho tiempo que las células contienen orgánulos especiales llamados lisosomas. En repetidas ocasiones encontraron fragmentos en ruinas de otras estructuras celulares. Y el término "autofagia" en sí mismo fue propuesto mucho antes del trabajo de Osumi. Esta palabra fue acuñada en 1963 por Christian de Duve, un científico que ganó el Premio Nobel de Fisiología en 1974 por el descubrimiento de los lisosomas.

Además de los lisosomas, los biólogos han descubierto autofagosomas- "carros" para el transporte de fragmentos celulares a los lisosomas. Cuando algún componente de la célula se vuelve innecesario, una membrana especial lo rodea y se obtiene una burbuja con un organoide (o parte de él) en su interior. Esta vesícula se acerca al lisosoma y se fusiona con él. Allí el fragmento "basura" de la celda encuentra su último refugio - enzimas especiales lo descomponen en componentes simples.

Durante mucho tiempo, los lisosomas se consideraron una especie de "vertedero" para todas las estructuras celulares innecesarias. Es cierto que tal punto de vista no dio una respuesta a la pregunta: ¿cómo se renueva una célula? ¿Por qué el "vertedero" no crece en tamaño decenas y cientos de veces durante toda la larga vida de células como, por ejemplo, las neuronas? Y dado que surgieron tales preguntas, era lógico suponer que las células (a diferencia de la mayoría de las personas) no dependen al cien por cien de las fuentes externas de alimentos y utilizan los recursos internos disponibles varias veces. Para descubrir exactamente cómo sucede esto, fue necesario encontrar sustancias que desencadenen y respalden las reacciones de procesamiento de orgánulos y moléculas fallidos.

Por lo tanto, unos años después del descubrimiento de los lisosomas, en la década de 1980, los investigadores centraron su atención en los orgánulos recién descubiertos: los proteasomas. Como su nombre lo indica, se ocupan de las proteínas, y simplemente, de las proteínas. Resultó que el "boleto" al proteosoma para la proteína es la "marca negra": la molécula de ubiquitina. Tal proteína marcada ingresa al proteasoma y allí se descompone a expensas de las enzimas proteasas en aminoácidos. Luego, la célula usa estos aminoácidos para construir otras proteínas. Una persona necesita 200-300 gramos de proteína por día, pero solo unos 70 gramos vienen con los alimentos.El resto de las células se obtiene procesando proteínas innecesarias en los proteasomas.

El estudio de los proteasomas, sin embargo, no dio una respuesta a la pregunta de cómo la célula procesa fragmentos más grandes que las moléculas de proteína individuales. ¿Qué procesa grandes piezas de orgánulos en los lisosomas? Sobre esto antes de las obras Nadie conocía a Yoshinori Osumi.

setas mágicas

Osumi eligió la levadura como objeto de experimentos: hongos unicelulares que se reproducen rápidamente de forma asexual. Es bastante fácil observar su crecimiento y desarrollo si tiene un microscopio de luz común. Por un lado, las levaduras son organismos simples, y todas sus células tienen más o menos la misma estructura. Por otro lado, ellos, como todos los hongos, tienen una estructura bastante similar a la de los animales y, por lo tanto, a los humanos. En las células de los hongos, como en las nuestras, hay un núcleo, las mitocondrias (orgánulos para la producción de energía), hay un aparato para la producción de proteínas y un aparato para su degradación (proteasomas). La levadura también tiene un análogo de los lisosomas animales: las vacuolas. Son lo suficientemente grandes como para ser observados bajo un microscopio.

Para la autofagia, no importa qué proteínas destruir, formadas en la propia célula o fuera de ella. Y esto significa que con su ayuda puede deshacerse de los virus y bacterias que ingresan a las células y causan diversas enfermedades. Se ha demostrado que los patógenos de origen viral y enfermedades bacterianas en el curso de la evolución, desarrollan complejos mecanismos de defensa para no caer bajo la mano caliente de los autofagosomas o detener su acción. En general, la autofagia es importante para una variedad de procesos en el sistema inmunológico, que van desde la inflamación hasta la protección contra virus y bacterias.

Finalmente, la autofagia también es útil cuando la estructura de la célula necesita reconstruirse rápida y frecuentemente. Esta necesidad surge durante el desarrollo embrionario. Los cambios que ocurren en los tejidos del embrión se desarrollan rápidamente debido precisamente a la autofagia activa. Algunas partes de la célula que han cumplido su función se descomponen en elementos constituyentes, ya partir de ellos se construyen nuevos orgánulos "más relevantes". La violación de los procesos de autofagia en los embriones conduce al hecho de que su desarrollo se ralentiza significativamente.

samurái solitario

Desde 2011 hasta la actualidad, el Premio Nobel de Fisiología o Medicina nunca ha recaído en una sola persona. Siempre había varios investigadores cuyos intereses científicos estaban en un área. Pero en el caso de Yoshinori Ohsumi, este no fue el caso. ¿Por qué?

Es poco probable que pronto sepamos la respuesta exacta a esta pregunta: la identidad de los nominados y las personas que los nominaron en 2016 se mantendrá en secreto durante los próximos 50 años. Pero una cosa es segura: cuando Osumi comenzó su investigación sobre la autofagia, casi nadie estaba interesado en ella. Sin embargo, todos los científicos importantes que contribuyeron al descubrimiento de los lisosomas, los autofagosomas y el estudio de sus funciones ya recibieron premios del Comité Nobel en la década de 1990.

Osumi, en su carrera científica, apostó por un tema impopular poco estudiado y no perdió. Es cierto que, según el laureado, no se fijó el objetivo de recibir un premio prestigioso. En una entrevista reciente, señaló: "No todos los jóvenes profesionales tendrán éxito en la ciencia, pero definitivamente vale la pena intentarlo". Como podemos ver, su intento fue exitoso.