A metángáz sorsa meglehetősen méltánytalannak bizonyult az eddigi tudományos életben, mindig is egy semleges, reakcióképtelen anyagnak tartották, és a legtöbben tehenekre, kellemetlen szagokra vagy éppen az üvegházhatásra asszociálnak a metánnal kapcsolatban. Az első meglepő hírünk tehát, hogy szagtalan gázról van szó, ráadásul valószínűleg sokkal többre képes, mint azt eddig gondoltuk róla.
Ennek alátámasztásán munkálkodnak már régóta a Szegedi Tudományegyetem Sebészeti Műtéttani Intézetében, ahol egy biológusokból és fizikusokból álló kutatócsoport a metán mint fontos diagnosztikai marker szerepét hivatott tisztázni klinikai körülmények között. Ehhez fotoakusztikus spektroszkópiai elven alapuló mérőmódszerrel lélegzetanalízist végeztek számos olyan egészséges és beteg önkéntes részvételével, ahol látszólag egymástól nagyon távol álló stresszállapotokban vizsgálták a kilégzett metán koncentrációját. A közös nevező minden esetben a mitokondriumok funkciózavara volt.
A mérőműszerük nagyszerűsége abban áll, hogy beavatkozás nélkül tudnak mintát venni emberektől, ráadásul lehetőség van a folyamatos, valós idejű mérésre. A levegőminta egy pumpa segítségével bejut az úgynevezett fotoakusztikus kamrába, ahol lézernyalábok pásztázzák végig a kamrát, s ha az adott biomarkernek vélt molekulát – esetünkben a metánt – eltalálják, az elnyeli a fényt, a molekula környezetének hőtágulását maga után vonva. Ez pedig egy, az emberi fül számára nem hallható hangjelenséggel jár, amelyet kutatóink számítógépük segítségével grafikonon tudnak ábrázolni. Röviden: minél több van jelen a kamrában a keresett molekulából, annál „hangosabb” odabent, tehát annál magasabb amplitúdójú jeleket lehet regisztrálni.
Veszélyben az energia
Mit értünk mitokondriális funkciózavar alatt és hogyan lehet többféle betegséget közös nevezőre hozni általa? A mitokondriális légzési lánc szervezetünk energiatermelő központja, amelynek optimális működése minden életfunkció szempontjából esszenciálisnak tekinthető. Szinte minden ismert eukarióta sejttípus tartalmaz mitokondriumokat, melyeknek száma és alakja sejtenként eltér egymástól. Az energiaigényesebb, anyagcsere szempontjából aktívabb szövetekben – mint amilyenek az izomműködéshez vagy az idegrendszerhez kapcsolhatók – jóval többet találhatunk meg belőlük.
A mitokondriális genom mindössze 37 kódoló gént tartalmaz, amelyek 16 fehérje kifejeződéséért felelősek, s ezek mindegyike az elektrontranszportlánc (ETC) működését irányítja. Az ETC-fehérje komplexei koenzimekkel együttműködésben elektronokat akceptálnak, tehát a citromsavciklusban képződő vagy elektrondonor molekulákról leváló elektronok folyamatosan haladnak a komplexek fémionokat tartalmazó aktív centrumain keresztül, míg végül elérik az oxigénmolekulát, ahol víz kilépése mellett proton-elektromotoros erő keletkezik. Ez az energia végül meghajtja az ATP-szintetáz enzimet, amely a légzési láncnak ugyan nem része, de a folyamat végső célja, hiszen itt keletkezik ATP formájában a mindennemű életműködéshez szükséges energia.
Természetesen egy ilyen komplex és finoman hangolt rendszerben akadhatnak kisebb hibák, amely esetünkben elsősorban reaktív szabadgyökök keletkezése lehet. Régóta ismert tény, hogy a légzési láncon történő elektronátmenet nem mindig zajlik le tökéletesen, a reaktív oxigéngyökök (ROS) túlnyomó többsége itt keletkezik. Normál fiziológiás légzés során is bizonyítottan szuperoxidgyök keletkezik az oxigénmolekulák 1–2%-ából tökéletlen redukció következtében és több olyan redox-centrum található a mitokondriumban, ahol ROS-képződés lehetséges.
Számos olyan kórképet ismerünk, amelyben kritikus pont a légzési lánc gátolt működése, illetve az oxigénhiány vagy az oxigénfelhasználási képesség romlása nyomán fellépő oxido-reduktív stressz, amelynek elsődleges góc- vagy célpontja éppen a mitokondrium. Ilyen állapot például a II-es típusú cukorbetegség, különféle szív-és érrendszeri megbetegedések, akut vagy krónikus isémiával járó betegségek, a szepszis és több neurodegeneratív megbetegedés is. Mindegyikben közös, hogy nagyon nehezen diagnosztizálható betegségek, amelyeknek a halálozási rátája mit sem változott az elmúlt 50 év során, mivel kulcsfontosságú a terápia minél korábbi fázisban történő megkezdése, így az időben való felismerés.
Új szerepkörben
Az intézet munkatársainak korábban már születtek ígéretes publikációi, ahol a mitokondriális funkció direkt gátlását követően vagy éppen a szepszis korai fázisa során mutattak ki metánfelszabadulást különféle sejtes és állatkísérletes modellekben, a fotoakusztikus mérőműszer alkalmazásával. Mivel a módszerük nem invazív, úgy döntöttek, miért is ne kezdjenek el egy átfogó vizsgálatsorozatot, ahol végre valódi, klinikai problémákkal kerülhetnek szembe.
A kutatás első szakasza során a kutatók folyamatosan analizálták szívműtéten átesett betegek kilélegzett levegőjének metántartalmát a műtétek alatt, s meglepő eredményre jutottak: mind a műtéthez szükséges művi szívmegállítást követően, mind pedig váratlan szívelégtelenség fellépésekor emelkedő koncentrációjú metánt észleltek, amely a probléma megszűnésével vagy a műtét végére visszatért az alapszintre.
Ezen felbuzdulva úgy döntöttek, bevetik a készüléket, s persze a metánt, hogy segítsék a méhen belül esetlegesen oxigénhiánynak kitett újszülött kisbabák diagnózisát, ahol a tünetek nagyon nehezen különíthetőek el más kórképektől, ám az időben való felismerés nagyon hamar javíthat a kis betegek állapotán. A vizsgálat során a hipoxia tüneteit mutató kisbabáknak normál légzéssel egy maszkba kellett szuszogniuk, s az ide érkező levegőmintát a kutatócsoport rögtön analizálni tudta készüléke segítségével. Annak dacára, hogy a kisbabákban még biztosan nem történt meg a metántermelő baktériumok kolonizációja, több gyanús esetben is emelkedett metánkoncentrációt észleltek, így újabb bizonyítékot szereztek az érdekes jelenség meglétére. Továbbá a pici babák állapotának javulásával a metánfelszabadulás is megszűnt, s a babákat néhány napon belül haza is vihették szüleik.
Az eddig tárgyalt vizsgálatok rendkívül ígéretesek, ám mivel klinikai kutatásokról van szó, az esetszám korlátozott, nem beszélve a bürokráciáról, vagyis az etikai engedélyeztetésről, amellyel az orvosbiológiai kutatások során néha keményen meg kell küzdeni. Létezik azonban egy olyan, az említettekhez nagyon hasonló stresszállapot, amelyet mindannyian nagyon jól ismerünk – a legtöbben egészen közelről –, önként és dalolva kerülünk bele, ám szó sincs róla, hogy kórházba kellene kerülnünk miatta, s a tünetek még a legrosszabb esetben is harmadnapra véget érnek. Ez az állapot az alkoholbefolyásoltság.
Alkohollal az orvostudományért
Nem is gondolnánk, hogy már egy kisebb baráti összejövetel is milyen nagymértékű stresszt okozhat az említett sejten belül zajló folyamatokban, amennyiben némi alkohol is kerül a poharakba. Hiszen az alkohollebontás nagyrészt mitokondriumfüggő folyamat, mivel mind az enzimatikus résztvevők, mind pedig a metabolizmus során keletkező végtermékek ezen sejtalkotókat terhelik. A mérték természetesen mérvadó, ám ha egy picivel jobban felöntünk a garatra, máris túlsúlyba kerülhetnek olyan molekulák, amelyek az oxido-reduktív egyensúly felborulásához, majd a mitokondriális funkció kisebb-nagyobb zavarához vezethet, amely a feltevés szerint metán-felszabadulással járna együtt.
A szegedi kutatócsoport ennek a kérdésnek is megpróbált utánajárni, amelyhez olyan helyszínt választottak, ahol minden bizonnyal magas az akut, illetve krónikusan alkoholt fogyasztó fiatalok előfordulási esélye. Metánt bírod? elnevezésű programsorozatukkal és persze a fotoakusztikus készülékükkel részt vettek a 2013-as Szegedi Ifjúsági Napokon.
Az 5 napon át tartó program során a bátor önként vállalkozóknak nem volt más dolguk, mint hogy szívószál segítségével egy üvegedénybe lélegezzenek, ahonnan levegőmintájukat egy pumpa azonnal a gázanalizátor kamrájába juttatta. Így könnyűszerrel el lehetett végezni az önkéntes résztvevők napi lélegzetanalízisét, amely a feltevéseinket beigazolandó, az alkoholmennyiség bevitelével egyenes arányban változott napról napra. Természetesen a vizsgálatot megelőzően kérdőívet is kitöltöttek a fiatalok, ahol egyes demográfiai adatok mellett az adott napi/előző esti alkoholbevitel módjáról, mennyiségéről, a fogyasztott fajtákról adtak többé-kevésbé megbízható információt. Érdekesség, hogy a nedű fajtája tulajdonképpen nem befolyásolta az eredményeket, és a metán koncentrációja csak akkor növekedett meg láthatóan, ha a résztvevő már legalább a harmadik, negyedik mámoros napján túl érkezett a „fújásra”. Mivel a fesztivált még alkoholszonda használata mellett sem lehetett kontrollált kísérleti elrendezésnek tekinteni, már folyamatban vannak mérések, ahol 20–30 éves, nem metántermelő, bátor és elhivatott önkénteseknek kell 5 napig napi 4 felesnyi whiskyt bevinni a szervezetükbe, majd minden másnap reggel lélegzet-analízisben résztvenniük. Eddig 7 résztvevőnél igazolódott az alkoholbevitel által kiváltott jelentős mennyiségű metánfelszabadulás megléte, amely szintén krónikus módon, a negyedik-ötödik napra alakult ki.
Összegezve a bemutatott vizsgálatok eredményeit, bizakodva mondhatjuk, hogy ha a feltevés igaz, és a metán valóban biomarkere lehet az említett kórállapotoknak, úgy egy olyan diagnosztikai eljárással gazdagodhat a klinikum, amelynél nincs szükség semmilyen beavatkozásra, teljesen kockázatmentes, viszont rendkívül érzékeny metódus, amely már a betegségek igen korai fázisában alkalmazható a diagnózis felállítására, s ezzel a hatékonyabb terápia megkezdését szolgálhatja.
TUBOLY ESZTER
A cikk az Élet és Tudomány és az OTKA közös cikkpályázatán II. helyezést ért el.
K104656
PUB-I 114496
A kutatás a TÁMOP 4.2.4.A/2-11-1-2012-0001 Nemzeti Kiválóság Program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. További támogatás: TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0035.
2015/2
