Nobelovský kyslík

Loňskou Nobelovu cenu za medicínu nebo fyziologii získali Gregg Semenza, Peter Ratcliffe a William Kaelin. Objevili procesy, jimiž buňky reagují na proměnlivou koncentraci kyslíku ve svém okolí.

Zhruba před třemi miliardami let získaly primitivní mikroorganismy (cyanobakterie) schopnost využít energii slunečního záření k zabudování uhlíku a vodíku do organických molekul. Tím okamžikem se v pozemském prostředí začal postupně hromadit vedlejší produkt této reakce – vysoce reaktivní kyslík. Toto agresivní oxidační činidlo časem vyhubilo většinu tehdejšího života na Zemi (Vesmír 96, 85, 2017/2).

Některé organismy však dokázaly reaktivitu kyslíku využít k velmi efektivní produkci energie v mitochondriích prostřednictvím aerobní fosforylace (Vesmír 95, 354, 2016/6). Kyslík se stal z masového zabijáka nezbytnou molekulou podmiňující život eukaryotních organismů včetně člověka.

Univerzální potřeba zajistit v rámci celého (lidského) mnohobuněčného organismu buňkám dostatek kyslíku je naplněna společnou aktivitou řady orgánů a pochodů: výměnou vzduchu mezi zevním prostředím a plícemi, transportem kyslíku z plicních sklípků do krve, jeho navázáním na hemoglobin v červených krvinkách, dopravou krvinek do tkání díky fungujícímu oběhu a srdeční činnosti a konečně pronikáním kyslíku z kapilár k jednotlivým buňkám uloženým v tkáních.

Adekvátní zásobení buněk kyslíkem může narušit několik mechanismů. Jednak nedostatečná dodávka krve; typickým příkladem je zúžení nebo dokonce uzavření koronárních tepen srdce nebo periferních tepen dolních končetin. Dalším faktorem mohou být nedostatečná koncentrace hemoglobinu vázajícího kyslík v krvi (anemie – chudokrevnost), zvýšená spotřeba kyslíku buňkami, která převyšuje možnosti krevního zásobení (typickým příkladem je rychle rostoucí solidní zhoubný nádor), nebo snížení obsahu kyslíku ve vdechovaném vzduchu (například při pobytu ve vyšší nadmořské výšce).

Za všech těchto okolností je pro přežití buněk a organismu nezbytné adaptovat se na nedostatečné zásobení kyslíkem. K tomu tělo využívá mechanismů objevených laureáty Nobelovy ceny za medicínu nebo fyziologii za rok 2019. První výzkumný směr započal studiem produkce hormonu erytropoetinu, druhý byl zaměřen na studium úlohy von Hippelova-Lindauova proteinu (VHL) v rozvoji nádorových onemocnění.