ГлавнаяОбществоНаука

Интимные подробности из жизни клеток

Наука мельчает. В хорошем смысле этого слова – технические достижения позволяют биологам и медикам исследовать все более и более мелкие объекты. Сегодня самый почетный приз в мире медицинской науки достался трем американцам, которые смогли объяснить, что и как питает живые клетки, как они между собой взаимодействуют, и какие гены управляют этими процессами.

Чем открытие Джеймса Ротмана, Ренди Шекмана и Томас Зюдоф может быть выгодно нам, простым смертным?

Везикулярный транспорт: благодатная нобелевская почва

Каждая клетка – это фабрика, продуцирующая и экспортирующая молекулы. Везикулы – пузырьки, «перевозящие» разные молекулы. Следовательно, речь идет о пузырьковом транспорте внутри клетки.

Фото: EPA/UPG

Но американцы «взяли Нобеля» не за установление факта передвижения по клетке определенных веществ в пузырьках – это сделали еще до них, более чем 100 лет назад. Все читатели проходили на уроках биологии строение клетки, и многие наверняка помнят комплекс Гольджи, в котором и формируются эти пузырьки. Камилло Гольджи, кстати, тоже получил Нобелевскую премию, но не за клеточные «мелочи», а за труды в области неврологии.

«Ювелирные» исследования поднялись в цене много позже: в 1970 году Нобелевскую премию получило трио исследователей из Британии, Швеции и США, открывших механизм гуморальной передачи. Они обнаружили, что именно клеточные пузырьки отвечают за коммуникацию нейронов в нервных волокнах. А в 1974 году премию шведского магната разделила команда бельгийцев и американец (Альбер Клод, Кристиан де Дюв и Джордж Паладе) – они открыли другую клеточную структуру, эндоплазматический ретикулум. ЭР или ЭПР – целая сеть из каналов, трубочек, пузырьков и цистерн, обеспечивающая метаболизм клетки.

И вот, наконец, нынешние лауреаты смогли подробно выяснить механизм работы этих транспортных систем живой клетки. Ценность работы трех американцев вполне доступно объясняет пафосная формулировка Нобелевского комитета: «Объяснение тайны, как точно организован и согласован во времени транспорт внутри клетки» (“solved the mystery” of how cells organize their transport systems with timing and precision»).

Все эти интимные подробности жизни клетки, казалось бы, для обывателя не имеют никакого практического значения. Но уже известно, что нарушения в транспортной системе клетки приводят к пагубным последствиям – это и неврологические заболевания, и диабет, и ряд иммунологических заболеваний, которые сегодня неизлечимы. Работа американцев переводит возможность терапевтических манипуляций в микрокосме клетки из разряда фантастики в весьма близкую реальность. Это значит, что вскоре таинственные болезни, ежегодно убивающие сотни тысяч людей или превращающие их в инвалидов, можно будет не просто лечить, а излечивать.

Неизвестно, когда это станет возможным, но и зарабатывали ученые свою Нобелевскую премию не один год.

Победители и кандидаты

Победители, которые разделят между собой $1.2 миллиона – 62-летний молекулярный биолог Джеймс Ротман (James Rothman) из Йельского университета; 64-летний Ренди Шекман (Randy Schekman), преподающий в Беркли и Калифорнийском университете, и 57-летний нейробиолог родом из Германии Томас Зюдоф (Thomas Südhof), работающий в Стенфордском университете.

Фото: EPA/UPG

Как и большинство нобелевских лауреатов, они шли к победе маленькими шагами долгие годы. Ренди Шекман начал исследовать клеточные транспортные системы еще в 1970-х годах. Он работал с одноклеточными организмами (дрожжами) и обнаружил, что протеины в них склонны скапливаться и образовывать «пробки». Вскоре он смог идентифицировать гены, отвечающие за заторы в трафике клетки. Джеймс Ротман начинал позже – в 1980-х на клетках млекопитающих. Работы Шекмана помогли ему установить сходные генетические механизмы в белково-клеточном транспорте. Уже вместе Шекман и Ротман смогли определить ключевые звенья клеточного транспорта, и в 2002 году даже получили за это «Американского Нобеля» - Albert Lasker Basic Medical Research Award. Томас Зюдоф уже в 1990-х, основываясь на данных своих коллег, смог описать, как нервные клетки «общаются» друг с другом. К слову, его лаборатория изучает то, как «некорректные» взаимодействия нейронов в головном мозге приводят к развитию болезни Альцгеймера и аутизма.

 Исследование генов везикулярного транспорта. Шекман открыл гены белков, являющихся ключевыми регуляторами везикулярного транспорта. Сравнивая «нормальные» клетки дрожжей с генно-инженерными мутантами с нарушениями транспорта, он выявил гены, отвечающие за транспорт в различные компартменты и на поверхность клетки.
Фото: scienceblogger.livejournal.com
Исследование генов везикулярного транспорта. Шекман открыл гены белков, являющихся ключевыми регуляторами везикулярного транспорта. Сравнивая «нормальные» клетки дрожжей с генно-инженерными мутантами с нарушениями транспорта, он выявил гены, отвечающие за транспорт в различные компартменты и на поверхность клетки.

Другие ученые, которых прочили в Нобелевские лауреаты 2013 года, выглядят на научном горизонте более чем солидно. К тому же, плоды их трудов доступны пониманию человека, даже не получившего образования в средней школе, - это работы, направленные на борьбу с раком.

Так, предполагалось, что награда достанется британско-израильской команде (Говард Седар, Аарон Разин), которая определила места и механизмы нарушения в ДНК, запускающие злокачественный процесс. Одним из вероятных кандидатов также был Денис Слеймон – исследователь молекулярных факторов развития рака груди, одного из наиболее распространенных онкозаболеваний, которое так испугало Анжелину Джоли.

Серьезными соперниками исследователей везикулярного транспорта считались ученые из Японии и США, которые смогли пролить свет на такой загадочный процесс, как аутофагия – самоуничтожение клетки при ее повреждении. Сбой в этом процессе связан с развитием серьезных нейродегенеративных заболеваний.

Однако всех обошли Ротман, Шекман и Зюдов. Хотя, скорее всего, 100 лет спустя такие «мелочи», как внутриклеточный транспорт и его регулировка, уже не будут никого удивлять. Но мы с вами этого не увидим.

Ренди Шекман (слева)
Фото: EPA/UPG
Ренди Шекман (слева)

От большого к малому

Нобелевские премии в области физиологии и медицины выдавали, начиная с 1901 года, за разработку новых методов и схем лечения или исследования патогенеза и возбудителей опасных заболеваний (дифтерия, малярия), чисто физиологические изыскания (исследования функций нервной и иммунной систем, отдельных органов). Самое забавное и противоречивое открытие, удостоенное Нобелевской премии – лечение прогрессирующего паралича (в частности, нейросифилиса) малярией, авторства австрийского психиатра Юлиуса Вагнера-Яурегга (Julius Wagner-Jauregg) было удостоено Нобелевской премии в 1927 году.

Спустя сотни лет масштабы органов и систем или даже микроорганизмов уже не волнуют честолюбивых ученых: они переключились на клетки и клеточные субъединицы. Теперь ученые не просто пассивно созерцают наночастицы живой материи – они научились ими манипулировать и подчинять своей воле. Так, в прошлом году Нобелевскую премию получил американо-японский тандем за то, что сумел перепрограммировать зрелые клетки в стволовые - в итоге это стало фундаментом для «фермы» органов. Конечно, наивно ожидать, что медицина вмиг перейдет с донорских органов на синтезированные в лабораториях – сегодня это слишком рискованно и дорого – однако начало положено.

Фото: www.nature.com

Читайте главные новости LB.ua в социальных сетях Facebook и Twitter