Нобелевские премии — 2020

 

Нобелевскую премию за достижения в области физиологии и медицины получили Харви Олтер, Майкл Хаутон и Чарльз Райс за открытие вируса гепатита С. О значении открытия, сделанного учеными, рассказал директор Института медицины и психологии В. Зельмана Новосибирского государственного университета член-корреспондент РАН Андрей Георгиевич Покровский.

 

«В 70-х годах прошлого века были идентифицированы и выделены возбудители гепатитов А и В. Стало очевидно, что есть еще несколько вирусных гепатитов, которые назвали “гепатиты не А и не В”. Пионером в этих исследованиях стал профессор Харви Олтер, который показал, что есть неизвестный вирус, который является причиной хронического гепатита. По сути, это первый вирус, открытый не традиционным методом, то есть путем выращивания в культуре клеток, а на компьютере. Культивировать этот вирус научились только спустя 20 лет», — отметил исследователь.

 

Майкл Хаутон со своей командой провел исследование фрагментов ДНК, полученных из крови больных «гепатитом не А и не В», и обнаружил там неизвестный ранее вирус, который сначала был отнесен к семейству флавивирусов (семейство вирусов, передающихся в основном через членистоногих — клещей и москитов. — Прим. ред.). Профессор Чарльз Райс получил инфекционные полноразмерные РНК-копии этого вируса и в экспериментах на шимпанзе показал, что именно он вызывает болезнь, которая сейчас называется гепатит С. В завершающих исследованиях по открытию гепатита С приняли участие сотрудники лаборатории Чарльза Райса — выпускники Новосибирского государственного университета. «В то время сделать такие инфекционные транскрипты было весьма непросто. Эти технически сложные эксперименты выполняли наши ученые», — сказал Андрей Покровский. 

 

Сейчас в Государственном научном центре вирусологии и биотехнологии «Вектор» содержится и исследуется одна из самых больших в мире коллекция вирусов, разрабатываются препараты против них (в том числе препараты для лечения ВИЧ, вируса Эбола). АО «Вектор-Бест» является одним из лидеров российского рынка, производит более 30 процентов всех диагностических препаратов для инфекционных заболеваний, тесты, которые определяют вирусную РНК гепатита С и антитела к нему. Вирусы изучаются в НГУ, институтах СО РАН. «Новосибирск, возможно, самый крупный в России центр по изучению вирусных заболеваний и патологий», — отметил Андрей Покровский. Сейчас передовая задача — найти препараты для лечения COVID-19. В проведенном недавно конкурсе РФФИ около 10 грантов на исследование коронавируса получили новосибирские научные организации. 

 

Нобелевскую премию по физике присудили ученым Роджеру Пенроузу за открытие того, что образование черных дыр является надежным предсказанием общей теории относительности, а также Рейнхарду Гензелю и Андреа Гез — за открытие супермассивных компактных объектов в центре галактики. Об этой премии рассказал заведующий лабораторией космологии и элементарных частиц НГУ доктор физико-математических наук Александр Дмитриевич Долгов.

 

«Эта тема сейчас очень горячая. Роберт Пенроуз предоставил строгое математическое обоснование того, что черные дыры есть. Поразительным образом точное решение для уравнений общей теории относительности существует для всех четырех возможных типов черных дыр. Другая половина премии в равных долях была дана двум астрономам Рейнхарду Гензелю и Андреа Гез. Это группа наблюдала за центром нашей галактики и благодаря движению звезд вокруг него обнаружила там некий невидимый и очень массивный объект», — рассказал исследователь.

 

До последнего времени у некоторых скептиков не было уверенности, что черные дыры в принципе существуют. За последние три года в этом не осталось сомнений. Подтверждение удалось найти благодаря наблюдению гравитационных волн на интерферометрах LIGO, а также фотографии тени черной дыры.

 

«Сейчас мы видим, что черные дыры просто заполонили Вселенную, их гораздо больше, чем считалось пять лет назад, и это на данный момент может быть одной из самых горячих областей исследований в космологии и астрофизике. В первые годы практически не было работ, достойных Нобелевской премии в этой области, а сейчас к ним относится чуть ли не каждая вторая. Возможно, это связано с тем, что космология и астрофизика четко говорят о наличии какой-то области физики вне рамок Стандартной модели. Есть что-то такое, чего мы пока не знаем и не понимаем: темная материя, темная энергия и целый ряд других вещей, которые не описываются стандартной физикой элементарных частиц, известной нам фундаментальной теорией. Поскольку Нобелевскую премию всё чаще дают за открытия в этих областях, видимо, общество это понимает», — отмечает Александр Долгов.

 

В НГУ работает центр космологии и элементарных частиц, где ведутся исследования в области физики черных дыр и особенно так называемых первичных черных дыр, возникших задолго до того, как появились звезды, буквально в первые секунды существования Вселенной. Количество публикаций постоянно растет, и работы центра пользуются популярностью среди специалистов в этой области.

 

Нобелевскую премию по химии, присужденную Эммануэль Шарпантье и Дженнифер А. Дудна за разработку метода редактирования генома, прокомментировал заведующий лабораторией геномной инженерии НГУ член-корреспондент РАН Дмитрий Олегович Жарков. «В этом году произошел очередной случай, когда Нобелевскую премию по химии дали не химикам в нашем понимании, а биологам. Я постараюсь объяснить, почему это открытие считается самым революционным за последние 30—40 лет в области наук о жизни», — сказал ученый.

 

Тяжелое наследственное заболевание — прогрессирующая оссифицирующая фибродисплазия — вызывается заменой всего одного нуклеотида в одном гене, отвечающем за соединительно-костную ткань. Из-за мутации соединительная ткань, кожа и сухожилия у таких людей начинают превращаться в настоящую кость. И это всего лишь одно из более чем шести тысяч известных на сегодняшний день генетических заболеваний. Его можно было бы попытаться избежать благодаря редактированию генома. Подходы к редактированию ДНК начали развиваться в 1980-е годы, в 2007 году Марио Капекки, Мартин Эванс и Оливер Смитис получили Нобелевскую премию за открытие принципов введения специфических генных модификаций у мышей с использованием эмбриональных стволовых клеток. Сейчас это называется традиционным геномным редактированием, основанным на использовании процессов генной рекомбинации. Однако оно не очень эффективно, примерно одна из миллиона клеток могла быть изменена таким способом, поэтому приходилось изобретать жесткие способы селекции того, что необходимо получить. 

 

Чуть позже начали развиваться другие методы. В игру вступил еще один нобелевский лауреат — Аарон Клуг, известный физикохимик-кристаллограф. Он открыл небольшие элементы белка, которые используют для узнавания специфичных последовательностей ДНК — «цинковые пальцы»— и расшифровал их код. Это позволило сконструировать набор, распознающий практически любую последовательность ДНК. Для того чтобы осуществлять с ДНК манипуляции, был изобретен метод, когда с этими «узнающими пальцами» сливали аналитический модуль. Точно такой же подход был чуть позже реализован на других ДНК-узнающих элементах.

 

«Эта идея основана на принципах комплементарности. Необходимо создавать какие-то белковые элементы, узнающие ДНК. Однако каждый раз конструировать новый белок технологически очень трудно. Гораздо проще было бы синтезировать кусочек ДНК, который бы узнавал другую нуклеиновую кислоту. Лауреаты этого года придумали, как это сделать», — рассказывает Дмитрий Жарков.

 

Всё началось немного раньше. Среди кисломолочных бактерий, которые используют для брожения, иногда вспыхивают эпидемии бактериофагов (вирусов, которые поражают бактерии). Наблюдая за тем, как бактерии обороняются от них, ученые открыли защитную функцию ранее открытой системы CRISPR — некий набор повторяющихся элементов ДНК, который есть в бактериях для защиты от чужеродной генетической информации.

 

Эта система может быть двух типов, но у обоих одинаковый принцип действия: когда бактерию поражает чужеродный генетический элемент (бактериофаг или вирус), то его ДНК нарезается на небольшие вставочки, которые включаются в геном самой бактерии. Если бактерия выжила и передала свою ДНК потомкам, то уже у них с фрагментов бывшего вирусного генома считываются специальные направляющие РНК, которые включаются в другие белки, и те приобретают способность уничтожать вирусную ДНК. Эта система адаптивного иммунитета, совершенно не похожая на человеческую.

 

Американка Дженнифер А. Дудна и француженка Эммануэль Шарпантье работали с бактерией из рода стрептококков. Там система проще: всего один белок расщепляет и внедряется в ДНК. Э. Шарпантье сделала критическое открытие в этой области: она обнаружила еще одну маленькую РНК, которая вместе с направляющей РНК должна собраться в один комплекс с белком CAS9 для того, чтобы расщепить чужеродную ДНК. После этого они в коллаборации с Д. Дудной сформулировали идею о том, что направленное расщепление вирусной ДНК можно использовать как инструмент для редактирования геномов. «Теперь мы можем расщепить ДНК бактерии, человека или животного в любом месте. Дальше можно выключать гены, добиваться замены одних фрагментов генома на другие и так далее. То, что происходит с рекомбинацией, пока еще не до конца понятно, и основные усилия направлены на совершенствование системы геномного редактирования, — сказал Дмитрий Жарков — Сама идея, что белок можно при помощи направляющей РНК заставлять что-то делать, в последние годы развивается взрывообразно. Мы способны не только расщеплять ДНК при помощи CAS9, но и регулировать активность генов. Мы можем без разрывов вводить некоторые мутации, вносить модификации в ДНК совершенно точно и без необходимости рекомбинации». 

 

По словам ученого, благодаря открытиям лауреатов в ближайшем будущем нас ждет множество возможностей. Среди них — различные мутации у сельскохозяйственных животных, которые повысят их полезные качества (количество мяса и так далее). Изобретена так называемая технология генного драйва, которая может заменять целые популяции организмов искусственными аналогами. «Сейчас идет эксперимент по замене популяции комаров на ту, которая не будет переносить вирус Зика. Медицинские применения безграничны. Можно брать клетки пациента, модифицировать и вводить их обратно, если этого достаточно, чтобы его вылечить. Самые большие перспективы (и самые большие этические вопросы) представляет редактирование половых клеток человека, эмбриона, для того чтобы избежать наследственных заболеваний. Буквально в сентябре этого года был выпущен первый международный сборник рекомендаций по наследственному редактированию генома человека. Там содержатся 11 рекомендаций, необходимых для того, чтобы эта область могла двигаться. Конечно, нужно, чтобы всё было медицински обосновано, и мы понимали, что происходит в организме. Нынешние лауреаты открыли ящик Пандоры или рог изобилия — всё зависит от того, как человечество будет использовать эти результаты», — заметил ученый.

 

Исследования по генетическому редактированию развиваются во всех институтах СО РАН биологического и медицинского профиля. И, что более важно, проводятся исследования по совершенствованию самих технологий. «Если мы хотим в дальнейшем развивать эту область в России, критично иметь свои технологии и людей, которые в них разбираются очень хорошо, могут их модифицировать», — сказал Дмитрий Жарков.

 

«Наука в Сибири»

Фото предоставлено пресс-службой НГУ, Елены Трухиной, Юлии Поздняковой и из свободных источников (анонс)