Autentificare
Dacă ești abonat medichub.ro, autentificarea se face cu adresa de E-mail și parola pe care le utilizezi pentru a intra în platformă.
Abonează-te la „Viața medicală” ca să ai acces la întreg conținutul săptămânalului adresat profesioniștilor din Sănătate!
#DinRecunostinta
Căutare:
Căutare:
Acasă  »  ACTUALITATE  »  OPINII

Românii și mitocondria

Viața Medicală
Prof. dr. Radu IFTIMOVICI vineri, 3 martie 2017

     În mai 1968, profitând de relativa și scurta relaxare a menghinei PCR, eu, cel fără carnet roșu și neciripitor, am îndrăznit să fac o cerere de a participa pe cont propriu la un congres internațional de biologie și patologie celulară ce urma să se țină la Bruxelles. După trei luni de așteptare, fără speranțe prea mari, iată-mă „aprobat”. Am susținut acolo o părticică din teza de doctorat ce urma s-o prezint în țară în septembrie. Într-o săliță mică, auditoriul de vreo 12 oameni, din care șase japonezi, mai răi decât cei care au atacat Pearl Harbour, m-au tocat mărunt. Mi-am dat seama că venisem la Bruxelles mândru nevoie mare pe o bicicletă „Carpați”, iar ei coborâseră din Toyota. Dușul rece mi-a folosit. Ambiționat, m-am prezentat la doctorat călare dacă nu pe o Toyota, măcar pe o motocicletă MZ 125.

 

Orfanul

 

     Cu ocazia vizitei mele la Bruxelles, n-am scăpat însă ocazia de a-l agăța „la o parolă” pe unul dintre cei mai faimoși „celulariști” europeni: profesorul M. Chevremont. Subiectul: cercetările românului Dimitrie Voinov asupra multiplicării mitocondriilor. Publicasem de curând la Editura Științifică o carte despre citologul și geneticianul român Dimitrie Voinov – profesor la Facultatea de Științe Naturale și membru al Academiei Române (1927). Profesorul Chevremont nu numai că îi cunoștea publicațiile, dar mi-a vorbit entuziast despre Voinov, pe care-l considera unul dintre marii citologi europeni din primele patru decenii ale secolului XX. S-a referit, desigur, la lucrările sale dedicate mitocondriilor (21), dar și la cele care au semnalat primele cazuri de aneuploidie în lumea animală (20).
     Dimitrie Voinov (născut la Iași în 1867, mort în 1951 la București) a văzut lumina zilei în familia unui funcționar mărunt, rămas văduv de timpuriu și nevoit să-și crească și alți cinci copii dintr-o leafă foarte modestă. Numele său era unul neaoș moldovenesc: Desilă, nume pe care un văr de-al savantului, scriitor de romane, l-a lustruit în Dessila (Octav). După mamă, Dimitrie era văr cu mareșalul Averescu, care, adolescent fiind, înainte de a se dedica meseriei armelor, a făcut o încercare de a evada cu un vapor ce pleca spre America, pentru a deveni căutător de aur și pistolar în Far West.
     Dimitrie Desilă a intrat în familia Voinovilor înainte de a împlini vârsta de un an, fiind adoptat de Eliza și Nicu Voinov. Eliza, o vară a mamei sale naturale, se căsătorise cu avocatul focșănean Nicu Voinov, reputat politician liberal, deputat și chiar ministru. Imediat după moartea mamei sale (tuberculoză), Voinovii, care nu aveau copii, au reușit adopția, astfel încât, „cedat” de tatăl său, celui de-al șaselea copil al văduvului Ștefan Desilă i s-a schimbat numele în Voinov. Tatăl adoptiv, avocatul de succes Nicu Voinov, provenea dintr-o familie înstărită de aromâni veniți în România din satul Veles, așezare din munții Pindului (10).
     Cu studii la vestitul și exigentul „Liceu Internat” din Iași, unde l-a avut coleg de clasă pe Grigore Antipa, la științele naturii fiindu-i profesor Grigore Cobălcescu, tânărul Dimitrie Voinov a plecat la Paris să facă studii de drept. Tatăl său adoptiv îl vedea urmându-i cariera de jurist și, desigur, de politician liberal. N-a fost să fie așa. Încă din liceu, Dimitrie Voinov și colegul său Grigore Antipa, ghidați de Cobălcescu, s-au îndrăgostit de științele naturii. Iașiul acelor vremuri (mijlocul și sfârșit de secol XIX) era o veritabilă metropolă a științei românești. Să nu uităm că în acest oraș cu tendințe occidentalizante (Bucureștiul prin anii ʼ70–ʼ85, fiind „o așezare mare”, dar minată de un conservatorism oriental) a fost înființată prima societate științifică românească, Societatea de medici și naturaliști, ai cărei membrii străini au fost marele chimist suedez J. J. Berzelius, naturalistul german Alexander von Humboldt, anatomistul Fr. A. von Ammon (Dresda), dermatologul elvețian Johan L. Schönlein, generalul Kiseleff ș.a.

 

Polemica evoluționistă

 

     Cât despre tendințele politice ale tânărului D. Voinov la Paris și după aceea, la București, trebuie să reținem că a fost mereu un om de stânga, din generozitate. A rămas celebru cazul său, când, boicotat de studenții legionari care s-au retras de la cursul pe care-l ținea, obligându-și colegii prin amenințări să le urmeze exemplul, D. Voinov a ținut cursul doar pentru o singură studentă care a avut curajul să nu se supună ordinului de „grevă” dat de extremiști.
     Celebră a rămas și polemica înverșunată care i-a opus pe D. Voinov și Nicolae Leon, pe aceeași parte a baricadei, contra profesorului Nicolae Paulescu. Leon (1862–1931) era frate de mamă cu Grigore Antipa. Fusese discipol al lui Ernst Haeckel la Jena și împărtășea ideile evoluționiste ale maestrului său german, creatorul ecologiei ca știință, supranumit și „avocatul lui Darwin”. Cel care a aprins scânteia disputei a fost însuși Titu Maiorescu într-o scrisoare către N. Leon. În această misivă, Maiorescu îi cerea lui Leon, pe atunci (1903) profesor de parazitologie la Facultatea de Medicină din Iași, să deschidă în „Convorbiri literare” o discuție-polemică cu N. Paulescu care refuza să adere la evoluționism (atât cel lamarckian, cât și cel darwinian). Pe partea cealaltă a baricadei, Nicolae Paulescu, mare fideist, nega ideea unei transformări evolutive a speciilor de plante și animale și continua să susțină varianta biblică a creației divine și, desigur, fixitatea speciilor după principiul lui C. Linée: Species tot sunt diversae quod ab initio creavit Infinitum Ens (Speciile, în totalitatea lor, posedă diversitatea pe care a creat-o dintru începuturi Ființa Supremă). Mistic foarte ortodox, Paulescu își întărise aceste convingeri și sub influența maestrului său de la spitalul parizian confesional „Notre Dame de Perpetuel Secours”, Étienne Lancereaux (1829–1910), nume mare în istoria diabetului, exigent credincios și gânditor catolic.
     Dar, cum comentariul polemicii Leon și Voinov contra Paulescu, care a pasionat între anii 1903 și 1908 pe cititorii revistei „Convorbiri literare”, nu face obiectul articolului de față, mă voi limita să semnalez contribuția lui D. Voinov la cunoașterea aparatului mitocondrial, realizare reținută admirativ atât de profesorul M. Chevremont, cât și de alți citologi de mai târziu.

 

Un enigmatic organit citoplasmatic

 

     Mitocondriile au fost văzute și descrise pentru prima oară în 1891 de citologul german Richard Altmann, care le-a numit „bioblastes” sau „elementarorganismen”. Compatriotul său Walther Flemming le-a descris și el, doi ani mai târziu. Cel mai citat ca „descoperitor” al mitocondriilor este însă Carl Benda, care le-a colorat specific și a introdus și numele de mitochondrion în 1899. Abia în 1943, Albert Claude de la Rockefeller Institute din New York a obținut, prin ultracentrifugare fracționată, un sediment cu mitocondrii. Perfecționările aduse metodei de lucru în 1974 de către George Emil Palade, discipol al lui A. Claude, și mai ales introducerea analizei biochimice în studiul acestor organite citoplasmatice au asigurat progresul ulterior al acestui important domeniu de morfofiziologie celulară.
     D. Voinov era însă un zoo-morfolog. El a descris aspectele microscopice ale multiplicării mitocondriilor, dar în acei ani (1914–1920) a fost rezervat în a comenta fiziologia respectivelor organite. De altfel, nimeni, din nicio țară, n-a oferit pe atunci explicații de tip funcțional.
     Marea descoperire care-i poartă numele a fost aceea că mitocondriile se multiplică pe cont propriu, adesea în contratimp cu desfășurarea mitozelor celulare. Cercetările au fost făcute pe celule sexuale recoltate de la coropișniță (Gryllotalpa vulgaris) între 1913 și 1916, iar omul de știință bucureștean a numit această „independență” în multiplicarea mitocondriilor „condriodiereză”. Articolul său, reținut și citat în epocă, a apărut la Paris (21). Deși Voinov nu a putut să dea condriodierezei o explicație de tip fiziologic, el a sugerat într-o amplă lucrare din 1934 că atât mitocondriile, cât și aparatul Golgi sunt implicate în lanțul de reacții metabolice (sinteze, descompuneri, catalize enzimatice) fără de care viața n-ar fi posibilă. El a numit cele două organite citoplasmatice cunoscute până în anii 1930–1935 (mitocondriile și aparatul Golgi) structuri ergastoplasmice (22), sugerând că ele lucrează (de la neogrec ergos = a lucra) întru buna funcționare a laboratorului celular. Este de reținut că D. Voinov este și primul cercetător din lume care a semnalat fenomenul de poliploidie în celulele sexuale din regnul animal (la aceeași specie, Gryllotalpa vulgaris), fapt ce contrazicea dogma citogeneticianului german Carl Rabl, puternic ancorată în mintea cercetătorilor din primele trei decenii ale secolului XX, care decreta: „Orice specie de plantă sau animal are totdeauna un număr fix de cromozomi”.

 

Teoria endosimbiozei

 

     Multiplicarea mitocondriilor independent și chiar în contratimp cu semnalul mitotic (condrodiereza lui D. Voinov, semnalată încă din 1916) poate fi considerată, din punctul de vedere al istoriei științei, prima din lungul șir de cercetări ce aveau să urmeze, mai ales după 1965, când analiza biochimică a ADN și ARN a început să ia avânt. În 1967, a apărut și o teorie uimitoare a originii și prezenței mitocondriilor în celulele eucariotelor. Această teorie a endosimbiozei, lansată de americanca Lynn Alexander Margrilis (1938–2011), stipula că mitocondriile ar fi fost cândva, în trecutul îndepărtat al vieții pe Pământ (1,5–2 miliarde de ani în urmă), un fel de bacterii (alphaproteobacterii, familie a cărei rudă din prezent este Rickettsia prowazekii, agentul patogen al tifosului exantematic, un parazit obligatoriu al celulei vii). Respectiva protobacterie ancestrală, strămoșul mitocondriilor actuale, ar fi pătruns, profitând de îmbogățirea în oxigen a atmosferei terestre, în interiorul citoplasmei celulelor eucariote angajate în procesul evoluției filogenetice, devenind un veritabil simbiont. În acest caz, este sigur că între protobacteria pătrunsă prin efracție și aparatul genetic nuclear al celulei gazdă s-au produs schimburi de gene. O dovedește faptul că în interiorul mitocondriilor și în citoplasma celulei din organismele actuale sunt metabolic active atât proteine cu obârșie pur mitocondrială (codate de ADN mitocondrial), cât și proteine născute în mitocondrii, dar codate de gene prezente în nucleul celulei gazdă (2, 7).

 

În laboratorul lui Albert Claude

 

     Nu voi intra în avalanșa de informații din prezent asupra genomului și proteomului mitocondrial, a implicațiilor lor în fiziologie și patologie (după 1980 s-a dezvoltat un vast domeniu al patologiei mitocondriale) și nici în utilizarea analizei ADN mitocondrial în stabilirea filiației – extrem de util în medicina legală și în studiile de antropologie, în special în studiile de istorie a migrațiilor populațiilor de pe Terra. Ne vom ocupa însă de un al doilea român care a adus contribuții de esență la cunoașterea morfologiei și chiar a fiziologiei mitocondriale: George Emil Palade.
     Intrat în 1947 în laboratorul lui Albert Claude (colaureat Nobel în 1974) de la Rockefeller Institute, New York, încă tânărul cercetător venit de la București a început să lucreze împreună cu mai vechii discipoli ai lui A. Claude, George Hogeboom și Walter Schneider, la izolarea mitocondriilor din țesutul hepatic al șobolanilor prin ultracentrifugare. Ei au reușit să izoleze o fracție cvasipură de mitocondrii pe care au supus-o apoi analizei biochimice (8). Cercetarea a urmărit, așadar, două obiective: unul morfologic, „anatomia” mitocondriilor (aspect, părți componente), altul funcțional – ce substanțe structurale conține mitocondria și care dintre acestea posedă rol enzimatic în metabolismul celular (9).

 

Morfologia mitocondriei

 

     Referitor la prima chestiune, morfologia mitocondriei, aceasta i-a preocupat, încă din anii ʼ37–ʼ40, și pe înaintașii lui Palade, Albert Claude și Keith Porter (5). Ei au avut însă dezavantajul că în epocă microscoapele electronice (prototipuri încă imperfecte, inventate și construite de germanii Max Knoll și Ernst Ruska încă din 1931) nu se foloseau în cercetarea biologică, ci doar în depistarea unor defecte ale metalelor (defectoscopia metalurgică). Într-o țară superindustrializată precum SUA, primul microscop electronic a fost instalat în laboratorul condus de Albert Claude abia în 1948. E drept că, după aceea, mi-a declarat Palade, microscoapele se „uzau moral” în 12–15 luni și institutul, dispunând de sume mari de bani, achiziționa mereu alte și alte „prospături electrooptice”. Dar, deși microscoape noi soseau, tehnica de preparare a suspensiilor celulare era grav deficitară. Era necesară includerea celulelor într-un mediu foarte dur, includerea clasică în gheață sau parafină fiind nulă în microscopia electronică. Este meritul lui K. Porter și Fulam de a fi obținut în 1947 primele incluzii în acrilat. Era nevoie, de asemenea, de un microtom special care să taie felii extrem de subțiri din preparatul incluzionat (de cel mult 1000 Å), fiindcă altfel electronii accelerați la tensiunea de 30–100 kV, cu slabă forță de penetrație, n-ar fi reușit să pună în evidență amănuntele de structură din citoplasmă. Acest microtom a fost realizat, tot la Rockefeller, de mecanicul șef al institutului, Joseph Blum, în colaborare cu K. Porter (cel care ar fi meritat și el un premiu Nobel).
     În sfârșit, era absolută nevoie de o soluție fixator pentru suspensia de celule. Acest fixator exista: era o soluție de tetraoxid de osmiu (OsO4), din păcate extrem de acidă. Atât de acidă, încât practic era neutilizabilă, deoarece producea precipitarea unor proteine citoplasmatice și astfel falsifica imaginile.

 

Contribuțiile lui Palade

 

     Prima contribuție importantă a lui Palade la îmbunătățirea tehnicilor de examinare electronooptică, de care implicit a beneficiat și explorarea structurii mitocondriilor, a fost adoptarea în laboratoarele de microscopie electronică de pe întregul mapamond a fixatorului care-i poartă numele. Pornind de la aceeași soluție de OsO4 1%, Palade i-a eliminat aciditatea, tamponând-o până la pH-ul firesc al țesuturilor animale de +/– 7. Respectiva inovație (13) a dus la clarificarea peisajului celular. În anii care au urmat, numeroși oameni de știință de primă mână au scris în tratatele pe care le-au editat că „e meritul lui G. Em. Palade de a fi introdus un fixator cu care...”. Printre aceștia, Nina Carraso și Pierre Favard (3), D. C. Pearse – Londra (17), Ed. de Robertis (16) ș.a.
     O altă contribuție esențială a lui Palade la optimizarea tehnicii de izolare în stare pură a mitocondriilor în vederea examinării lor la microscopul electronic a fost introducerea între 1947 și 1948 a ultracentrifugării în gradient de sucroză. Dacă, folosind procedeul lui A. Claude și K. Porter de ultracentrifugare în ser fiziologic (procedeu folosit de ei între 1937 și 1947), rezultatele erau submediocre, ultracentrifugarea în gradient de sucroză a lui Palade evita fărâmițarea organitelor din citoplasmă care urmau să fie „spionate” cu microscopul electronic. Cu procedeul Claude, mitocondriile și reticulul endoplasmatic explodau pur și simplu, astfel că nu se mai puteau recunoaște cărui organit aparțineau de fapt respectivele fragmente. Cu procedeul Palade, în schimb, atât mitocondriile, cât și alte componente ale citoplasmei își păstrau forma putând fi comod și veridic studiate.
     Așa se face că, în cursul anului 1953, Palade a putut să publice în premieră fotografii electronooptice în care s-au putut distinge particularități de structură necunoscute până atunci: dubla membrană mitocondrială, cea interioară cutată, formând cristele mitocondriale (nume introdus în știință de el), iar pe criste corpusculii, numiți ulterior oxizomi, la nivelul cărora au loc reacții complexe de oxidoreducere, generatoare de energie.
     În aceeași perioadă (1953–1954), intuind înrudirea filogenetică și corespondența de funcție dintre mitocondriile din lumea animală și cloroplaștii din cea vegetală, Palade n-a întârziat să cerceteze și structura electronooptică a acestora (la alga Chlamydomonas), în colaborare cu Ruth Sager, de la Universitatea Columbia (19).

 

Fiziologia mitocondriei

 

     Referitor la al doilea aspect, fiziologia mitocondriei, punctez doar că, împreună cu Bennet J. Russel de la Yale University, Palade a inaugurat cercetări de citoenzimologie electronooptică, punând în evidență prezența dehidrogenazei în structura mitocondriilor (18). Aceste cercetări sunt precursoarele celor care au demonstrat că în mitocondrii se desfășoară două (ultime) etape ale respirației celulare: ciclul Krebs în matrice și fluxul de transport al electronilor la nivelul membranei interne.
     Mă voi opri aici, scopul acestui articol fiind doar să puncteze existența unor contribuții științifice românești pe cale de dispariție în ceața uitării. L-am întrebat odată pe Palade dacă nu se simte frustrat de faptul că ribozomii nu se mai numesc „granulele Palade”, ca odinioară, în deceniul ʼ53–ʼ63. Și asta într-o lume a științei în care numeroase repere anatomice, legi ale fiziologiei sau maladii descrise în premieră duc în posteritate și numele celor care le-au adus în lumina cunoașterii. „Nu, nu-mi pare rău, a răspuns. Firesc este ca aceste descoperiri să aibă un nume, cel mai corect, unul tehnic. Cei ce le-au făcut se pot retrage în umbră, mulțumiți că și-au făcut datoria față de umanitate.”
Bibliografie

1. Altmann R, Die Elementarorganismen und ihre Beziehungen zu den Zellen, Von Viet Verl., Leipzig, 1890

2. Anderson GS et al. (1998), The genome sequence of R. Prowazekii and origin of mitochondria, Nature, 396, no. 6707, nov.

3. Carraso Nina și Favard P, Techniques de préparation et dʼobservation des objects biologiques, în „Traité de microscopie électronique”, Ed. Herman Paris, p. 676

4. Chevremont M și Fréderic I, Les ADN cytoplasmatiques et en particulier les ADN mitochondriaux, Rapp. Au XII Congr. Int de Biol. Cell., Bruxelles, 1968, în Excepta Medica, nr. 166, Bruxelles 30 août, 1968

5. Claude A, The Coming of age of the Cell, Nobel Lectures, Imprim. Royale P.A. Norsted&Nöner, Stockholm, 1975, pp. 133-134

6. Cotter D et al. (2004), MitoProteome, Nucleic Acids Res, vol 32, pp.463-467

7. Gray WM et al (2001), The origin and early evolution of mitochondria, Genome Biol., vol.2, 6, 5 juin

8. Hogeboom HG, Schneider CW și Palade EG, The isolation of Morphologically Intact Mitochondria from Rat Liver, Proc. Exper. Biol. and Med., 1947, 65, pp. 320-321

9. Hogeboom HG, Schneider CW și Palade EG, Cytochemical studies of mammalian tissue I Isolation of Intact Mitochondria from Rat Liver: some biochemical properties of mitochondria and submicroscopic particulate material, J. of Biol. Chem., febr., 1948, 172, 2, pp. 619-635

10. Iftimovici R, Dimitrie Voinov, Ed. Științifică, București, 1968

11. Iftimovici R, Creație românească în biologia universală, Ed. Albatros, București, 1977, p. 50

12. Iftimovici R, George Emil Palade – spovedania unui învingător, Ed. Academiei Române, 2007, pp. 46-53

13. Palade GE, A study of fixation for electron microscopy, J. Exper. Med., 1952, p. 285

14. Palade GE, Fine structure of mitochondria, 49th Ann. Meeting Americ. Soc. Of Zoologistes, Ithaca, 1952

15. Palade GE, The fine structure of mitochondria, The Anatomical Rec., 114 (3), nov 1952

16. de Robertis E et al., Submicroscopic structure in Electron Microscopic Anatomy, Acad. Press, NY – London, p. 2

17. Pearse CD, Cytochemistry, Acad. Press, 1964, New York – London, ed II, pp. 35-36

18. Russel JB și Palade GE, Histochemical Demonstration of the Sites of Activity of Dehidrogenase Systems with the Electron Microscope, J. Biophys. Biochem. Cytol., 1957, 3 (4), pp. 577-588

19. Sager Ruth și Palade GE, Chloroplast structure in green and yellow strains of Chlamydomonas, Exper. Cell. Res., 1954, 7, p. 584

20. Voinov D, La spermatogénèse chez Gryllotalpa vulgaris – La treille, C.R. Soc. de Biol. Paris, 1912, LXXII, pp. 621-623 și D. Voinov, Les éléments sexuels de Gryllotalpa vulgaris, Arch. de Zool. Expérim. et Gén., Paris, 1925, T.63, pp. 437-523

21. Voinov D, Sur lʼexistence dʼune chondriodièrese, C.R. Soc. de Biol. Paris, 1916, LXXIX, pp. 451-454

22. Voinov D, Structures ergastoplastiques, Arch. de Zool. Expérim. et Gén., Paris, 1934, T.76, fasc. 7, pp. 399-431

Abonează-te la Viața Medicală

Dacă vrei să fii la curent cu tot ce se întâmplă în lumea medicală, abonează-te la „Viața Medicală”, săptămânalul profesional, social și cultural al medicilor și asistenților din România!
  • Tipărit + digital – 160 de lei
  • Digital – 103 lei
Titularii abonamentelor pe 12 luni sunt creditați astfel de:
  • Colegiul Medicilor Stomatologi din România – 5 ore de EMC
  • Colegiul Farmaciștilor din România – 10 ore de EFC
  • OBBCSSR – 7 ore de formare profesională continuă
  • OAMGMAMR – 5 ore de EMC
Află mai multe informații despre oferta de abonare.