Нобелевская премия по медицине за 2006 год

По давней, более чем столетней, традиции, первая половина октября – это время присуждения Нобелевских премий. На минувшей неделе были объявлены имена очередных лауреатов в области естественных наук. Поэтому сегодняшнюю и две последующие передачи мы посвящаем – тоже по традиции, хотя и гораздо менее давней, – рассказу об учёных, удостоенных этой награды в нынешнем году, и об их научных исследованиях.

Следуя хронологии, начнём с премии по физиологии и медицине. 2-го октября Каролинский институт в Стокгольме объявил о том, что Нобелевской премии 2006-го года удостоены двое американских учёных-генетиков – Эндрю Файр и Крейг Меллоу.

Мы уже не раз рассказывали о той критике, которой подвергается Нобелевский комитет за свою склонность удостаивать награды учёных более чем преклонного возраста, как правило, отошедших от активной научной деятельности, причём за исследования, выполненные два, три, а то и четыре десятилетия назад. Похоже, эта критика была услышана. Во всяком случае, работа, получившая премию по физиологии и медицине в нынешнем году, выполнена и опубликована недавно – всего лишь 8 лет назад, а авторы её – люди в самом расцвете творческих сил. Это обстоятельство изумило даже самих новоиспечённых лауреатов. Один из них – Крейг Меллоу – честно признался:

Я очень удивился – главным образом, потому, что я всё-таки ещё довольно молод. Я исходил из того, что есть немало других учёных гораздо старше меня, вполне заслуживших столь высокое признание. Поэтому присуждение премии стало для нас полной неожиданностью. Во всяком случае, для меня. Но, думаю, для Энди тоже. Я полагал, что если мне и суждено когда-нибудь получить нобелевскую премию, то ещё не скоро.

Итак, позвольте мне вкратце представить лауреатов нынешнего года.

Эндрю Закари Файр (Andrew Zachary Fire) родился 27-го апреля 1959-го года в Пало-Альто, штат Калифорния. В 1978-м году, то есть в возрасте 19-ти лет, он закончил математический факультет Калифорнийского университета в Бёркли, а затем поступил в аспирантуру Массачусетского технологического института в Кеймбридже. Защитив 5 лет спустя диссертацию по специальности «биология», Файр перебрался в Великобританию, в Кембридж, где несколько лет проработал в Лаборатории молекулярной биологии под руководством будущего лауреата Нобелевской премии Сиднея Бреннера (Sydney Brenner). С 1986-го по 2003-й годы Файр являлся научным сотрудником Вашингтонского института Карнеги, работая в отделе эмбриологии в Балтиморе, штат Мэриленд. Параллельно Файр преподавал и вёл научно-исследовательскую работу: с 1989-го по 2003-й годы – на медицинском факультете Университета Джонса Хопкинса, а с 2003-го года по сегодняшний день – на медицинском факультете Стэнфордского университета, штат Калифорния. На вопрос о хобби профессор отвечает кратко: «Моя семья и моя работа».

Крейг Камерон Меллоу (Craig Cameron Mello) на полтора года моложе коллеги: он родился 19-го октября 1960-го года – таким образом, через 10 дней учёный отпразднует свой 46-й день рождения. В 1982-м году Меллоу закончил университет Брауна в Провиденсе, штат Род-Айленд, по специальности «биохимия» и поступил в аспирантуру Гарвардского университета в Кеймбридже, штат Массачусетс. Защитив в 1990-м году диссертацию по специальности «эволюционная биология и биология клетки», Меллоу продолжил научно-исследовательскую работу в Онкологическом центре Фреда Хатчинсона – одном из ведущих учреждений по изучению раковых заболеваний. С 1994-го года и по сегодняшний день профессор Меллоу преподаёт и ведёт исследования на медицинском факультете Массачусетского университета в Вустере. Меллоу увлекается парусным спортом. Он женат, у него четверо детей. Его младшая дочь – 6-летняя Виктория – страдает так называемым инсулино-зависимым сахарным диабетом – в организме таких больных инсулин из-за генетического дефекта практически не вырабатывается, и их жизнь полностью зависит от своевременного его введения. Именно поэтому звонок из Стокгольма не разбудил профессора, хотя в США была глубокая ночь:

Я как раз измерял уровень сахара в крови у дочери, у неё диабет 1-го типа, так что я не спал – наверное, один из очень немногих во всей Америке.

За свою работу, удостоенную теперь высшей в научном мире награды, учёные уже успели получить немало почётных и престижных премий. Среди них – большая медаль Американской национальной академии наук и премия имени Уайли, присуждаемая Рокфеллеровским университетом в Нью-Йорке. Не далее как полгода назад Файру и Меллоу была вручена премия имени Пауля Эрлиха и Людвига Дармштеттера – высшая в Германии награда за научные достижения в области медицины и биологии. Член учредительного совета немецкой премии, профессор-вирусолог Бернхард Флеккенштайн (Bernhard Fleckenstein) из университета в Эрлангене, говорит:

Я рад тому, что у отборочного комитета по присуждению Нобелевских премий и у отборочной комиссии премии имени Пауля Эрлиха оказались одни и те же приоритеты. Собственно, мы ведь тоже присуждаем награду за важнейшие достижения в области биомедицинских исследований, то есть руководствуемся в принципе теми же критериями, что и Нобелевский комитет. Если в этом году наши мнения совпали, то это замечательно.

Так в чём же состоит заслуга лауреатов? Согласно официальной формулировке Нобелевского комитета, премия присуждена за открытие РНК-интерференции – явления, позволяющего целенаправленно «выключать» гены. Речь идёт об универсальном механизме, функционирующем во всех живых организмах, будь то животные, включая человека, растения или даже грибы.

Я связался по телефону с профессором Александром Тараховским, биологом и генетиком, научным сотрудником Рокфеллеровского университета в Нью-Йорке, и попросил его изложить суть открытия. Тем более что профессор Тараховский не только лично знаком с новоиспечёнными лауреатами Нобелевской премии, но и сам работает в смежной области:

История этого открытия достаточно своеобразна, потому что никто не подозревал, что что-либо можно ещё открыть в области ДНК и РНК. Ведь казалось, что всё уже давно открыто. И история такова, что в какой-то момент учёные, работавшие с растениями, перестали понимать генетику процессов, которые определяют цвет лепестков соцветий. Конечно, может показаться, что всё это очень далеко от медицины, но для генетики растения так же важны, как и люди.

Тут я прерву ненадолго профессора Тараховского, чтобы пояснить: упомянутые им растения – это петунии. В 1990-м году учёные, экспериментировавшие с этим растением, столкнулись с совершенно необъяснимым феноменом: чтобы усилить интенсивность красного цвета лепестков, исследователи ввели в геном растения дополнительный ген, ответственный за синтез красного пигмента, однако, к их вящему удивлению, это привело к тому, что цветы полностью утратили окраску. Естественно, это поставило генетиков в тупик.

В процессе исследования этих процессов генетического изменения учёные обнаружили, что, скорее всего, это изменение связано с классом веществ, которые относятся к группе рибонуклеиновых кислот – РНК – и что размер молекул этих РНК очень маленький.

Чтобы было понятно всё дальнейшее, я попросил профессора Тараховского вкратце напомнить, какие функции в живой клетке выполняют РНК и ДНК –рибонуклеиновая и дезоксирибонуклеиновая кислоты.

ДНК – это матрица, которая содержит генетическую информацию. Для того, чтобы эта информация, заключённая в генах, была использована, она должна превратиться в белки. Именно белки и составляют основу нашей жизни. Этот процесс происходит в два этапа. Сначала в ядре клетки на основе гена синтезируется молекула РНК. Эта молекула содержит всю информацию, которая определяет состав белка. А затем РНК переходит в определённую часть клетки, где информация прочитывается и белок синтезируется. Эти молекулы так называемой матричной РНК отличаются, естественно, друг от друга составом, но все они – весьма крупные, потому что информация, которая в них заключена, весьма объёмна, что и диктует большие физические размеры молекул РНК.

А что же такое микро-молекулы РНК, на которые натолкнулись учёные, работающие с петуниями?

Маленькие РНК ничего не кодируют, их молекулы не содержат никакой кодирующей информации, и по размеру они в десятки раз меньше молекул обычных РНК. Но смысл их существования заключается не в кодировании, а в том, что они сами по себе могут распознавать большие РНК, кодирующие белки. В тот момент, когда всё это было обнаружено, никто толком на это открытие не отреагировал. Вернее, отреагировали лишь двое – нынешние лауреаты Нобелевской премии Энди Файр и Крейг Меллоу. Они осознали большой потенциал этих маленьких РНК, потому что, как оказалось, эти самые микро-молекулы способны распознавать самые разные гены и в организме мышей, и в организме человека, и в модельном организме круглых червей «C. elegance», которые и были предметом изучения Файра и Меллоу.

Тут я снова прерву профессора Тараховского, чтобы чуть подробнее представить этих круглых червей – самоотверженных героев науки, хоть и не удостоенных Нобелевской премии, но внёсших в эти исследования, пусть и не по доброй воле, ничуть не меньший вклад, чем Файр, Меллоу и многие другие учёные. Речь идёт о невзрачном червячке с труднопроизносимым именем – «Caenorhabditis elegans». Впрочем, для простоты учёные используют сокращение «С. elegans». Этот организм является представителем нематод – одного из классов первичнополостных червей. Профессор Айнхард Ширенберг (Einhard Schierenberg), научный сотрудник Института зоологии при Кёльнском университете, описывает героя так:

Это крохотный червячок длиною около одного миллиметра. Он живёт в почве - в том числе и здесь, у нас, в средней полосе. Если не он сам, то, по крайней мере, его ближайшие родственники встречаются практически повсеместно. Их можно обнаружить в саду, в огороде, в цветочном горшке, причём тысячами.

Научная карьера «C. elegans» уходит корнями в 60-е годы: именно тогда Сидней Бреннер, впоследствии – учитель и наставник Эндрю Файра – решил сделать этого червячка моделью для своих молекулярно-биологических и генетических исследований. Руководствовался он теми же соображениями, которые побудили учёных обратить внимание на плодовую мушку «Drosophila melanogaster». Профессор Ширенберг поясняет:

Как и каждый модельный организм, «C. elegans» имеет свои преимущества и свои недостатки. Я бы сказал, что он прекрасно дополняет дрозофилу. Одно из главных его достоинств – неприхотливость и плодовитость. В одной чашке Петри легко можно содержать тысячи и тысячи особей. Продолжительность жизненного цикла у червячка ещё короче, чем у дрозофилы. Кроме того, «C. elegans» – самооплодотворяющийся гермафродит, что позволяет в большинстве случаев обходиться без целенаправленного скрещивания.

Таким образом, даже лаборатории, ограниченные в финансовых средствах, могут себе позволить вести исследования на «C. elegans». Есть у червячка и ещё одно достоинство – он прозрачен. Это преимущество обретает особое значение, когда речь идёт о наблюдениях под микроскопом. И, наконец, самое важное: каждая взрослая особь этого вида нематод всегда состоит ровно из 959-ти клеток. Именно это обстоятельство и позволило биологам на молекулярном, генетическом и клеточном уровнях самым доскональным образом изучить процессы формирования и механизмы функционирования всех органов червячка. Тем более, что «C. elegans» имеет практически все органы, которыми обладают и более высокоорганизованные животные, включая человека. Профессор Ширенберг говорит:

У него есть кожа, у него есть мускулатура, у него есть кишечник, у него есть довольно сложная нервная система. Зародышевая клетка оплодотворяется сперматозоидом, так что и здесь просматривается сходство с человеком.

Вполне закономерно поэтому, что этот червячок стал первым многоклеточным животным, геном которого удалось полностью расшифровать. Но это произошло чуть позже.

Так вот, в ходе своих экспериментов на «C. elegans» Файр и Меллоу столкнулись с тем же феноменом, который раньше поставил в тупик учёных, работавших с петуниями. Однако Файр и Меллоу, в отличие от своих предшественников, распознали огромное значение микро-РНК:

Оказалось, что эти маленькие молекулы РНК синтезируются в клетках червя «C. elegans» в очень большом количестве. И они в состоянии распознавать большие молекулы РНК, кодирующие самые разнообразные белки. Когда они взаимодействуют с этими большими РНК, то тем самым их «выключают». Соответственно, белок, который кодируется этой РНК, не производится.

Именно это явление и получило название РНК-интерференции. Оно позволяет, используя ту или иную молекулу микро-РНК, блокировать соответствующую молекулу большой, так называемой матричной РНК и тем самым предотвращать производство того или иного белка. То есть явление РНК-интерференции можно использовать для целенаправленного подавления активности, для «выключения» любого гена. А это открывает новые перспективы как в фундаментальной, так и в прикладной сферах:

Важно, что в самом деле найден новый класс регуляторов генов, которые обладают свойствами очень мощного специфического терапевтического препарата. Такой препарат может быть искусственно создан уже через несколько лет. В США существует огромное количество компаний, которые уже занимаются разработкой новых лекарственных средств на основе этих микро-РНК. Как всё это будет реализовано в будущем, сказать трудно, но потенциал огромен. Уже на сегодняшний день ясно, что технология на основе этих маленьких РНК очень эффективно работает в лабораториях. Потому что все м, включая и меня самого, используем эту технологию для регуляции функций клеток в подопытных животных или в клеточных культурах. Это – грандиозное открытие, которое совершенно изменило, если можно так выразиться, весь ландшафт современного исследования в области медицины и биологических наук.

Хочется верить, что открытие Файра и Меллоу в обозримом будущем приведёт к созданию новых методов терапии, которые позволят, в частности, вылечить от диабета и дочь самого Меллоу.

Вот и всё на сегодня. О лауреатах Нобелевской премии по физике и химии мы расскажем в следующих передачах.