30 Нобелевских премий: Открытия, изменившие медицину - Лев Иноземцев

Сначала открытие Гёрдона было встречено со скептицизмом, но несколько ученых повторили его эксперименты, и сомнений в правоте британского биолога не осталось. После этого Джон Гёрдон инициировал интенсивные исследования, доработал технологию эксперимента и в результате сумел клонировать не только земноводных, но и млекопитающих, первым и самым известным из которых стала овечка Долли, родившаяся в 1996 году. Теперь Гёрдона называют «крестным отцом клонирования». Его эксперимент заключался в отборе клеточных ядер с последующим их введением в другие клетки. Но, пожалуй, главным наследием его открытий стало понимание того, что ядро зрелой специализированной клетки может быть возвращено в незрелое, плюрипотентное состояние. Эта интересная и амбициозная задача и встала теперь перед учеными.

Японец Синъя Яманака смог справиться с ней только через 40 с лишним лет после открытия Гёрдона. Исследования японского ученого касались эмбриональных стволовых клеток, то есть плюрипотентных стволовых клеток, выделенных из эмбриона и культивированных в лаборатории. Первоначально такие стволовые клетки выделил у мышей Мартин Эванс, за что и получил Нобелевскую премию в 2007 году. Яманака попытался определить гены, благодаря работе которых эти клетки оставались в плюрипотентном состоянии. Идентифицировав несколько из них, он решил проверить, можно ли с их помощью перепрограммировать зрелые клетки так, чтобы они вновь стали плюрипотентными.

Яманака и его сотрудники помещали разные комбинации генов-кандидатов в зрелые клетки соединительной ткани (фибробласты) и наблюдали за результатами под микроскопом. Наконец ученые нашли комбинацию, которая сработала. Рецепт оказался на удивление прост: всего четыре гена обладают способностью перепрограммировать клетки соединительной ткани в незрелые стволовые клетки!

Полученные индуцированные плюрипотентные стволовые клетки могли развиться в нервные клетки и клетки кишечника. Открытие того, что неповрежденные зрелые клетки могут быть перепрограммированы в плюрипотентные стволовые клетки, было опубликовано в 2006 году и воспринято как серьезный прорыв в науке.

Открытия Гёрдона и Яманаки показали, что в определенных условиях специализированные клетки могут повернуть вспять весь свой жизненный путь. Серьезные изменения, которые происходят в процессе их развития, не являются необратимыми. Ученые, открывшие новый взгляд на жизненный цикл клетки, в 2012 году получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине «за открытие того, что зрелые клетки могут быть перепрограммированы в плюрипотентные».

Исследования последних лет показали, что из индуцированных плюрипотентных клеток можно получить огромное количество различных типов функциональных клеток. Открытия Гёрдона и Яманаки предоставили новые инструменты для ученых во всем мире и привели к заметному прогрессу во многих областях медицины.

Например, клетки кожи, взятые у пациентов с различными заболеваниями, можно перепрограммировать и исследовать в лаборатории, чтобы определить, чем они отличаются от клеток здоровых людей. Такие клетки представляют собой очень ценные инструменты для понимания механизмов болезней и дают новые возможности для развития методов лечения.

Кстати

В разное время Джон Гёрдон работал во многих авторитетных вузах: например, в Оксфордском и Кембриджском университетах, в Калифорнийском технологическом институте. Кроме того, он занимал ключевые позиции еще в одной организации, названной в честь известного специалиста, чьи работы были связаны с получением плюрипотентных клеток — в институте Джона Гёрдона. Именно такое имя с 2004 года носит институт онкологических исследований и биологии развития в Кембридже.

Сверим наши биологические часы
Майкл Росбаш
Джеффри Холл
Майкл Янг

В 2017 году Нобелевская премия в области физиологии и медицины была присуждена за открытие «body clock» — генетических часов, отвечающих за циркадные (то есть суточные, от латинских слов circa, «вокруг» и dies — «день») ритмы нашего тела. Премию с формулировкой «за открытие молекулярных механизмов, контролирующих циркадные ритмы» получили американцы Майкл Росбаш из Медицинского института Говарда Хьюза, Джеффри Холл из Университета Мэна и Майкл Янг из Университета Рокфеллера.

Вся жизнь на Земле приспособлена к вращению нашей планеты. Издавна известно, что живые организмы — растения и животные, включая людей, — имеют внутренние биологические часы, помогающие предвидеть восход и закат солнца и адаптироваться к ритму дня. Часы регулируют все основные функции организма, такие как поведение, уровень гормонов, сон, температура тела и метаболизм. Вот почему десинхронизация между нашей внешней средой и внутренними биологическими часами — например, когда мы на самолете пересекаем несколько часовых поясов, — приносит нам дискомфорт. Но как эти часы работают? Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг смогли узнать об их механизме на генном уровне. Их открытия объясняют, каким образом организмы растений, животных и людей настраивают свой циркадный ритм, то есть адаптируют свой биологический ритм так, чтобы он синхронизировался с вращением земли.

Еще в XVIII веке астроном Жан-Жак де Меран записал свои наблюдения за мимозой, которая поднимает листья навстречу солнцу в дневное время и опускает в сумерках. Ученого заинтересовало, что произойдет, если растение будет помещено в постоянную темноту. Оказалось, что независимо от солнечного света листья продолжают следовать своему суточному циклу. Это однозначно свидетельствовало о том, что у растений есть биологические часы.

Будущие нобелевские лауреаты стали использовать в качестве модельного организма не растения, а животных — плодовую мушку дрозофилу. Именно она помогла выделить ген, контролирующий нормальный ежедневный биологический ритм. Опыты показали, что этот ген кодирует белок, который накапливается в клетке в течение ночи, а затем расходуется днем. Впоследствии они определили дополнительные белковые компоненты этого самоподдерживающегося механизма. Теперь признано, что биологические часы функционируют по тем же принципам в клетках других многоклеточных организмов, включая человека.

^{Рис. 29. Независимо от солнечного света листья цветка продолжают следовать своему суточному циклу}

До этого считалось, что за регуляцию циркадных ритмов отвечает гипоталамус, контролирующий деятельность эндокринной системы. Опыты над многострадальной дрозофилой еще несколько десятилетий назад, в 1970-е годы, косвенно доказывали, что собственный механизм, отсчитывающий 24-часовой ритм, есть не только у целостного организма, но и у каждой его клетки. Десятилетие спустя будущие нобелевские лауреаты выделили участок хромосомы, в котором располагался интересующий их протеин, и показали, что белок, названный ими PER (от слова period), накапливается ночью и распадается в течение дня.