Нобелевка-2018: отключенные тормоза, лазерные пинцеты и фаговый дисплей

Фото: TT News Agency/Associated Press/East News

Награду разделили пополам профессор Техасского университета Джеймс Элиссон и профессор Киотского университета Тасуку Хондзё. Для каждого из них открытие стало звёздным. Работая в разных странах, оба исследователя разработали фактически один и тот же новый метод борьбы с раковыми клетками. Суть его в следующем: раковые клетки обладают удивительным свойством тормозить иммунную систему в отношении себя, как бы делаясь для нее невидимыми. Таких «тормозов» несколько, два из них были благополучно отключены нынешними лауреатами.

В 1995 году Джеймс Эллисон, изучая уже известный белок, обнаружил, что тот блокирует иммунную систему, не давая ей распознавать раковые клетки. Он научился снимать эту блокировку, а впоследствии разработал концепцию принципиально нового подхода к лечению онкологических заболеваний. Примерно в то же самое время Тасуку Хондзё, работавший над открытым им в 1992 году белком PD-1, который находится на поверхности клеток иммунной системы, обнаружил, что раковые клетки отключают этот белок и обретают невидимость для иммунитета. Позже его команда разработала антитела, возвращающие организму способность распознавать раковые клетки и уничтожать их.

Ученые использовали разные стратегии «отключения тормозов», но результат оказался одинаковым: их лекарства, особенно соединенные вместе, давали потрясающие результаты ― сначала на мышах, а затем и на людях. У трети пациентов с меланомой и раком почки было зафиксировано значительное уменьшение объема опухолей. Сегодня подобные препараты уже используются в клинической практике и если не спасают, то существенно продлевают жизнь ранее безнадежным больным.

Борис Животовский, профессор МГУ и Каролинского института в Стокгольме, назвал открытие потрясающим прорывом в терапии рака, особо подчеркнув универсальность методики. «Конечно, ― говорит он, ― для каждой формы рака должен быть индивидуальный подход, но есть и общий подход к лечению различных форм этой болезни. Как сказал один из членов [Нобелевского] комитета, если применять один из подходов, можно вылечить двух человек из десяти, а при комбинированном подходе из этой десятки можно вылечить шестерых».

Фото: TT News Agency/Associated Press/East News

На следующий день, во вторник, объявляли лауреатов премии по физике ― чествовались две революционные лазерных разработки. Половина премии была отдана американскому физику Артуру Эшкину из Bell Laboratories за изобретение оптического пинцета и его приложения в биологии, вторую половину поделили между собой Жерар Муру из Мичиганского университета и Донна Стрикленд из Университета Ватерлоо (Канада) за создание сверхкоротких и сверхинтенсивных лазерных импульсов.

96-летний Эшкин стал самым возрастным лауреатом премии за всю её историю, но давать комментарии журналистам отказался, пояснив, что слишком занят работой над новой научной идеей. Свой лазерный пинцет, способный силой света передвигать молекулы и клетки, захватывая их в ловушку и ничуть их не повреждая, он изобрел в 1978 году. А настоящий прорыв произошел в 1987-м, когда Эшкин использовал этот пинцет для удержания живых бактерий. Сегодня оптические пинцеты повсеместно применяют для изучения механизмов жизни.

Жерар Муру и Донна Стрикленд получили свою половину премии за работы восьмидесятых годов. Тогда оказалось, что создать лазерный импульс очень большой мощности невозможно ― он просто разрушал породивший его прибор. Учёные решили проблему остроумным способом ― сначала растягивали во времени созданный лазером импульс в десятки и сотни тысяч раз, затем накачивали его энергией, а потом сжимали. Сегодня эта техника используется повсеместно для лазеров с высокой интенсивностью: применение таких импульсов стало стандартной практикой при операциях по коррекции зрения. Сейчас Муру разрабатывает технику очистки этими импульсами околоземного пространства от космического мусора: он планирует сбивать с орбит мелкие обломки и направлять их к плотным слоям атмосферы, где они просто сгорят.

Президент РАН Александр Сергеев высоко оценил всех трех лауреатов премии по физике, но особо выделил Жерара Муру.

― Мы давно его знаем, поскольку уже несколько лет работаем с ним по различным проектам, ― сказал глава академии. ― В частности, он в течение пяти лет руководил мегагрантом в Нижегородском университете и ежегодно работал у нас по нескольку месяцев в году. Сейчас мы с Жераром работаем над созданием в Нижнем Новгороде, на базе Института прикладной физики РАН, экзаваттного (приставка экза- означает 10^-18 ― «ТД») лазера.

Фото: TT News Agency/Associated Press/East News

А в среду научные «Нобели» завершились премией по химии. Её обладателями стали Фрэнсис Арнольд (США) «за направленную эволюцию ферментов» и Джордж Смит (США) с Грегори Уинтером (Великобритания) ― «за фаговое отображение антител и пептидов». По сути, благодаря этим методам стало возможно изменять ферменты и создавать новые антитела.

В 1993 году Фрэнсис Арнольд осуществила первую направленную эволюцию, когда в последовательность гена случайным образом вносят мутации, после чего выбирают белок с нужными свойствами ― например, с увеличенной активностью. Теперь этот метод, усовершенствованный самой Арнольд, широко используется для создания новых катализаторов.

В свою очередь, Смит и Уинтер создали антитела на основе методики «фагового дисплея» ― использования вирусов, инфицирующих бактерии, для получения новых белков. Она позволяет бороться с аутоиммунными заболеваниями, а в некоторых случаях ― лечить раковые опухоли. Смит разработал этот метод в 1985 году, а Уинтер применил его для направленной эволюции антител, чтобы получить новые лекарства. Один из этих таких препаратов с 2002 года применяется в лечении ревматизма суставов, псориаза и воспалительных заболеваний кишечника.

― Список лауреатов Нобелевской премии по химии 2018 года показывает современные тенденции развития химической науки ― основные прорывы совершаются в области наук о живом, на стыке химии, биологии и медицины, ― комментирует декан химического факультета МГУ, член-корреспондент РАН Степан Калмыков. ― Ферменты ― большие белковые молекулы, которые управляют множеством процессов в живых организмах, и речь идет об их направленной модификации с целью получения новых реакций, образования химических связей, которых в природе могло и не быть. Такие изменения могут приводить к появлению новых свойств организма ―увеличению продолжительности жизни, устойчивости к болезням, эволюционным изменениям. Это действительно революция в области изучения энзимов, последствия которой имеют колоссальное прикладное значение в медицинской и медико-биологической области. Это и адресная доставка лекарств, и изменение биохимии организма. Результаты этой работы могут коснуться каждого человека на Земле.