Biofyzika verzus biochémia

Biochémia je veda o chemických procesoch v živých organizmoch. Chemické reakcie spojené s biologickým javom sa skúmajú až po úroveň jednotlivých atómov v molekulách. Pochopením javov na tejto najmenšej možnej úrovni sa očakáva úplné pochopenie procesov života na vyššej úrovni, napr. buniek, orgánov alebo dokonca celých organizmov. Biochémia si viac-menej vydobyla monopolné postavenie v biologickom a medicínskom výskume prostredníctvom farmácie, ktorá sa z nej vyvinula. V širokej verejnosti prevláda predstava, že biochémia je vedecký základný výskum na pochopenie života a že farmácia prenáša takto získané výsledky do lekárskej praxe.

V bunkách živých organizmov totiž prebieha široká škála chemických – teda biochemických – reakcií, napr. celé trávenie. Na začiatku bola bunka v podstate považovaná za vak naplnený vodou, v ktorom rozpustené látky vykonávali požadované reakcie. Reagujúci partneri by sa potom stretli v dôsledku ľubovoľného tepelného pohybu súvisiaceho s teplotou. Proces tohto druhu pohybu je známy aj ako difúzia; stretnutie správnych reakčných partnerov je tu náhodné.

Výskum v posledných desaťročiach čoraz viac ukazuje, že tento obraz je vo všeobecnosti nesprávny. V mnohých prípadoch sú akcie v bunke oveľa viac zamerané na cieľ, ako by sa dalo očakávať od samotnej difúzie. Príkladom je odovzdávanie elektrónov prostredníctvom komplexov dýchacieho reťazca v mitochondriách alebo funkcia takzvaných motorických proteínov, ktoré presne opakujú špecifické pohybové vzorce vo vysokej hodinovej frekvencii a pripomínajú tak skôr technické motory ako chemické molekuly. Samozrejme stále prebieha aj difúzia. Vzhľadom na fyzikálno-chemické princípy sa mu nedá vyhnúť a má tiež svoju funkciu, nie je však primárne rozhodujúca pre prežitie bunky.

Je čoraz jasnejšie, že v bunkách prebieha oveľa viac koordinácie a spolupráce, ako by sa dalo vysvetliť iba difúziou. Už pred desiatkami rokov renomovaný prof. Lehninger napísal vo svojej učebnici biochémie nasledovné:

Stále sme ďaleko od toho, aby sme vysvetlili, prečo je chymotrypsín katalyzátorom, ktorý je viac ako 1 000 000 000-krát účinnejší, ako by sa kedy dalo dokázať na organickom modeli.

A asi pred desiatimi rokmi Amsterdamská univerzita zverejnila na svojej webovej stránke nasledovné:

Aj keď už vieme veľa o génoch a proteínoch, nasledujúca otázka je stále úplne otvorená: Ako gény, proteíny a iné molekuly spolupracujú, aby bunka fungovala? Odpoveď nemožno nájsť v znalosti jednotlivých komponentov. Naopak, bunkové know-how vyplýva len zo spolupráce mnohých komponentov.

Teraz, ktorý mechanizmus by umožnil takúto spoluprácu? Zdá sa, že najlepším kandidátom je elektromagnetické pole. Po prvé, z nášho súčasného technologického vývoja vieme, že obrovské objemy dát možno rýchlo prenášať nekonečne malými elektromagnetickými signálmi (káble z optických vlákien, WLAN, Bluetooth atď.). Možno príroda využíva tento potenciál elektromagnetických vĺn v našich bunkách ešte efektívnejším spôsobom. Po druhé, vieme, že elektromagnetické vlny v biológii nie sú žiadnou fantáziou; naopak, známe mozgové vlny sú elektromagnetické vlny. Napriek tomu, že sme sa ich naučili interpretovať, stále presne nevieme, ako vznikajú a akú majú funkciu. Aspoň je však jasné, že väčšie bunkové oblasti v mozgu spolupracujú a koordinujú sa pomocou elektromagnetických mozgových vĺn.

Tieto skutočnosti a vývoj viedli k čoraz väčšej zmene orientácie bunkového výskumu z biochémie na biofyziku. Globálne sa veľa výskumných tímov zaoberá napr. interakciou medzi elektromagnetickými poľami a bunkami alebo celými organizmami. V USA v roku 2010 začala iniciatíva na dôkladnejšie preskúmanie fyzikálnych aspektov vo výskume rakoviny Národným onkologickým inštitútom. Na tento účel sú v súčasnosti dotované výskumné tímy poverené zaoberať sa práve týmito aspektmi v dvanástich centrách (tzv. Physical Sciences-Oncology centrá).

V dôsledku tohto vývoja je len logické, že sa objavujú nové koncepty ako Vitalfeld Technologie a ich liečebné formy, ktoré smerujú k biofyzikálnemu prístupu. Z vedeckého hľadiska majú takéto koncepcie prinajmenšom ekvivalentné opodstatnenie v porovnaní s konvenčnými biochemickými koncepciami.