Поиск:


Право на Нобеля: премия двух поколений

15.10.2012

Очередная Нобелевская неделя, открывшаяся 8 октября 2012 года, традиционно началась с вручения премий за достижения в области физиологии или медицины. Лауреатами стали британец Джон Гёрдон (John Bertrand Gurdon) из кембриджского Гёрдоновского института (Gurdon Institute), а также японец Синъя Яманака (Shinya Yamanaka), сотрудник Института сердечно-сосудистых заболеваний Глэдстона в Сан-Франциско (Gladstone Institute of Cardiovascular Disease in San Francisco) и профессор Университета Киото (Kyoto University). Согласно официальной формулировке Нобелевского комитета, премия присуждена за «открытие возможности перепрограммирования дифференцированных клеток в плюрипотентные».

Лауреаты.jpg
Синъя Яманака и Джон Гёрдон
Из этой сухой формулировки несведущему человеку трудно понять, за какие же всё-таки достижения в науке лауреаты получили признание. Надо сказать, что без открытия Гёрдона, возможно, не было бы и открытия Яманаки.

Гёрдон начал свои эксперименты ещё в 1962 году, когда знания о стволовых клетках помещались в годовой курс лекций. Он пытался найти ответ на вопрос, несет ли ядро дифференцированной клетки достаточно информации, чтобы дать начало новому организму.

В поисках ответа Гёрдон взял и пересадил в яйцеклетку шпорцевой лягушки (Xenopus laevis) с разрушенным ядром ядро дифференцированной клетки (клетки эпителия кишечника) головастика того же вида. Потребовалось довольно много экспериментов, но в результате исследователю удалось получить из такой «химерной» яйцеклетки здорового головастика.

Последовательность была такова. Сначала Гёрдон уничтожил ультрафиолетом ядро в икринке шпорцевой лягушки Xenopus laevis. А затем пересадил туда ядро, взятое из дифференцированной клетки кишечника головастика того же вида. В результате чего из икринки развился головастик, а затем и взрослая лягушка.

Это был огромный прорыв. Из результатов Гёрдона следовало сразу множество выводов, главный из которых таков: дифференцировка — вещь обратимая. Даже ядро дифференцированной клетки, будучи помещено в подходящие условия, способно дать начало новому организму. Открытие Гёрдона перевернуло все предыдущие представления о дифференцировке и «стволовости» и вызвало целый вал многочисленных исследований — от клонирования млекопитающих до работ Синъи Яманаки.

Кстати, и само слово «клонирование» появилось в связи с работами Гёрдона. В 1963 году известный британский биолог и популяризатор науки Джон Холдейн описывал результаты Гёрдона и одним из первых употребил слово «клон» в применении к вылупившемуся из «взрослого» ядра головастику. А шпорцевая лягушка по-прежнему остается любимой «игрушкой» Гёрдона — на персональной страничке ученого опубликованы ссылки на его прошлогодние работы, где он по-прежнему экспериментирует с яйцеклетками Xenopus.

А что сделал Яманаки? Нечто еще более революционное и неслыханное, чем Гёрдон. В 2006 году ему удалось — безо всякой пересадки ядра — превратить вполне дифференцированный мышиный фибробласт (клетку кожи) в плюрипотентную стволовую клетку (такие клетки получили название индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, ИПСК или iPSC). Перед тем как рассказать, каким образом ему это удалось, сделаем небольшую историческую справку.

Со времен экспериментов Гёрдона наука далеко шагнула вперед, и были разработаны тонкие методики, позволяющие вставить в клетку какой-либо ген и таким образом вызвать в этой клетке экспрессию белка, кодируемого данным геном. Одним из главных «транспортных средств», используемых для засовывания генов в клетку, являются вирусы, в частности ретровирусы. В геноме вируса «освобождают место», вырезая опасный генетический материал, и на это место вшивают гены необходимых белков. Вирус заражает клетку, но вместо своей вирусной ДНК вставляет в геном клетки эти гены. Гены начинают экспрессироваться, влиять на различные физиологические процессы в клетке и на экспрессию других генов и таким образом меняют судьбу клетки.

Вернемся к экспериментам Яманаки. Как уже было сказано, клетки различных типов отличаются друг от друга различной экспрессией тех или иных генов. Яманака и его команда сравнивали экспрессию генов в дифференцированных и эмбриональных стволовых клетках. Они выделили несколько десятков генов, чья повышенная активность была характерна именно для стволовых клеток. Эти гены они в разных сочетаниях вставляли в дифференцированные клетки путем молекулярного клонирования, чтобы заставить эти клетки дедифференцироваться обратно.

И вот наступил прорыв. После долгих экспериментов Яманаке удалось показать, что для перепрограммирования дифференцированной клетки в плюрипотентную стволовую достаточно повышения экспрессии всего четырех генов! Названия этих генов музыкой звучат для «стволовых» биологов, и они выпалят их, даже будучи разбуженными посреди ночи: Oct3/4, Sox2, Klf4 и c-Myc.

Но и это еще не всё. Яманака показал, что полученные плюрипотентные стволовые клетки могут обратно дифференцироваться в клетки различных тканей, например нервной или ткани кишечника — то есть отмотал дифференцировку назад, а потом снова вперед. Он дал ученым простой в использовании инструмент, с помощью которого можно делать с дифференцировкой практически всё, что только душе угодно. Это открытие буквально перевернуло научный мир.

Поскольку работа Яманаки была проведена относительно недавно, она вызвала не столь долгое «эхо» из последующих работ, как работа Гёрдона. Однако тема эта стремительно развивается. За прошедшие с работы Яманаки шесть лет была разработана методика по превращению одного типа дифференцированных клеток в другой минуя стадию стволовых клеток. Также нельзя не упомянуть работу китайских ученых, которые умудрились с помощью совершенно невероятной технологии получить из плюрипотентных клеток эмбрион, а затем взрослую мышь. Иными словами, тесные оковы, сковывающие все движения ученых в работах с дифференцированными и стволовыми клетками, пали, и стало возможным проведение огромного количества исследований, о которых раньше нельзя было и мечтать.

Надо отметить еще одно важное следствие работы Яманаки. До этого плюрипотентные клетки человека получали относительно аморальным путем — из клеток эмбриона (и потому они назывались эмбриональными стволовыми клетками). В некоторых странах использование их было запрещено, в других — связано с серьезными юридическими трудностями. Открытие Яманаки открыло перед человечеством практически неисчерпаемый ресурс плюрипотентных клеток, происхождение которых не оставляет пятна ни на чьей совести.

Сплетение двух судеб

Нужно сказать, что два лауреата этого года, по прихоти судьбы, необыкновенным образом неоднократно пересекались. В тот год, когда родился второй, вышла «нобелевская статья первого» (Гёрдон почти на 30 лет старше: он родился в 1933 году, а Яманака — в 1962-м).

Кроме этого, «нобелевка» — это не первая премия, которую Гёрдон и Яманака получают вместе. В 2009 году они удостоились почетной премии Альберта Ласкера («вторая американская нобелевская премия по медицине» — так ее называют) в номинации Basic. Кстати, почти половина лауреатов этой номинации потом получают Нобелевскую премию.

А вот престижную израильскую премию Вольфа по медицине они получили оба, но порознь — Гёрдон в 1989 году, а Яманака в 2011-м. Помимо множества других премий, полученных обоими учеными, Яманака также лауреат престижнейшей «технологической» премии Millenium.

«Старший» же лауреат отмечен еще и более почетными наградами. В июне1995 года Джон Бертран Гёрдон получил звание рыцаря-бакалавра и право прибавлять к своему имени титул «сэр», а в 2004 году удостоился еще более весомого признания: кембриджский Институт клеточной биологии и рака при благотворительных фондах Wellcome Trust и Cancer Research UK был переименован в Гёрдоновский институт.

Интересные цифры

С 1901 года вручение нобелевских премий по физиологии и медицине происходило 103 раза. В 1915–1918-х, 1921-м, 1925-м, 1940–1942 годах премия не присуждалась. Первым лауреатом cтал Эмиль фон Беринг за создание сывороточной терапии, ставшей важным шагом в борьбе с дифтерией.

В 2012 году эта Нобелевская премия перешагнула барьер в 200 награжденных: Гёрдон и Яманака стали 200-м и 201-м нобелевскими лауреатами в этой номинации.

До сих пор в истории премии не было ни одного дважды лауреата. Среди лауреатов — 10 женщин (среди «естественнонаучных» премий это рекорд: в физике лишь две премии достались представительницам прекрасного пола, в химии — 4).

Российских лауреатов этой премии всего два — Иван Павлов (1904) и Илья Мечников (1908). Так что российского «нобеля» в этой номинации мы не видели уже более века.

Средний возраст предыдущих лауреатов — 57 лет. Самый молодой — Фредерик Бантинг, ставший лауреатом в 32 года (1923). Самый пожилой — Пейтон Роус, получивший премию в 87 лет (1966). Кстати, самой пожилой из ныне живущих лауреатов — тоже по физиологии и медицине. Точнее — самая пожилая. Рита Леви-Монталчини, получившая премию в 1986 году, в апреле отпраздновала свой 103-й день рождения.


Возврат к списку