Нобелевская премия 2002 года по медицине

По давней традиции, середина октября - время присуждения Нобелевских премий. На минувшей неделе были объявлены имена лауреатов этой самой престижной в мире премии.

Старые принципы и современные реалии

Широчайшая известность и высокий престиж Нобелевских премий объясняются не столько большим призовым фондом - есть премии и крупнее, - сколько давней традицией: сто лет - возраст солидный. Можно, конечно, называть его и преклонным, а кое-кто говорит даже о дряхлости, имея в виду, что некоторые принципы и положения, закреплённые в статусе премии на рубеже 19-го и 20-го веков, уже не соответствуют нынешним реалиям научно-исследовательской работы. Наиболее часто критике подвергаются два положения: то, что премии всё ещё присуждаются в жёстко разграниченных областях - физике, химии, медицине, - и то, что в каждой из дисциплин премия не может быть присуждена более чем трём учёным. Между тем, выдающихся, а порой и сенсационных научных результатов сегодня добиваются не одиночки, а более или менее крупные исследовательские коллективы, и работают они, как правило, на стыке традиционных дисциплин или в нескольких дисциплинах сразу. Наконец, немало нареканий вызывает и выбор лауреатов - вернее, тот факт, что премий зачастую удостаиваются учёные, ушедшие на покой, и награждаются они за работы, выполненные двадцать, тридцать, а то и сорок лет назад. О том, чтобы присуждать премии учёным, сумевшим "принести наибольшую пользу человечеству в течение предшествующего года", как это сформулировано в завещании Нобеля, и речи быть не может. Правда, по мнению Кристианы Нюсслайн-Фольхард, лауреата Нобелевской премии по медицине за 1995 год, это свидетельствует лишь о том, что выдающееся значение многих открытий удалось осознать не сразу.

Возможно, в будущем какие-то изменения в практике присуждения премий и произойдут. Пока же обратимся к лауреатам нынешнего года. Следуя хронологии, начнём с премии по физиологии и медицине.

Итак, 7-го октября Каролинский институт в Стокгольме объявил о том, что Нобелевская премия 2002 года делится поровну между тремя учёными: двумя британцами - Сиднеем Бреннером (Sydney Brenner) и Джоном Салстоном (John E. Sulston) - и американцем Робертом Хорвицем (H. Robert Horvitz).

"Нетрадиционный" Сидней Бреннер

Сидней Бреннер - самый пожилой из этой троицы: ему 75 лет. Он родился 13 января 1927 года в городе Джермистон в Трансваале - ныне это территория Южно-Африканской республики. Окончив местный университет в городе Уитуотерсрэнде, он в 50-х годах продолжил образование в Великобритании - сначала в Оксфордском, а затем в Кембриджском университетах. Одним из научных руководителей Бреннера был Фрэнсис Крик (Francis Crick), в 1962 году удостоенный - вместе с двумя коллегами - Нобелевской премии за расшифровку структуры ДНК. В Кембридже, на кафедре молекулярной биологии, Бреннер и осуществил те работы, за которые получил теперь Нобелевскую премию. Как учёного Бреннера всегда отличали широта интересов и нетрадиционный подход к проблемам: по словам Ральфа Зоммера (Ralf Sommer), одного из директоров Института биологии развития имени Макса Планка в Тюбингене, "Бреннер не столько следовал духу времени, сколько сам определял новые направления и тенденции". В круг научных интересов Бреннера входят процессы деления, созревания и отмирания клеток, формирование тканей и органов, а также расшифровку генетических структур. Проработав много лет в Великобритании, Бреннер в 1992 году вышел на пенсию, перебрался в США и основал в Бёркли (штат Калифорния) Институт молекулярных исследований, в котором трудился ещё 5 лет. Сегодня он преподаёт в Институте биологических исследований имени Солка в Ла-Хойя (штат Калифорния). По словам коллег, Бреннер отличается остроумием и находчивостью, любит хорошее красное вино и много путешествует. Собственно, и известие о присуждении ему Нобелевской премии застало учёного в Мюнхенском аэропорту - Бреннер прилетел в Германию, чтобы выступить здесь с серией докладов.

Идеалист Джон Салстон

Соотечественник, коллега и ученик Бреннера - сэр Джон Салстон - на 15 лет моложе своего наставника. Он родился 27 марта 1942 года в Великобритании. Его отец был пастором, мать - учительницей. В какой-то мере Салстон - идеалист. Он с детства вынес убеждение, что наука делается на благо общества, а не для денег. Закончив Кембриджский университет по специальности "органическая химия", Салстон уехал в США и 3 года проработал в Институте биологических исследований имени Солка в Ла-Хойа (штат Калифорния), где сегодня преподаёт Бреннер. Вернувшись в 1969 году на родину, учёный начал исследовать генетические структуры и механизмы дифференцировки клеток на кафедре молекулярной биологии Кембриджского университета. Этим работам, удостоенным теперь Нобелевской премии, Салстон посвятил 30 лет. Завершил он их уже в качестве директора научного Центра имени Фредерика Сангера в Кембридже. Это учреждение, в частности, внесло весьма значительный вклад в расшифровку генома человека. Салстон подчёркивает свою приверженность идеалам студенческого движения конца 60-х годов и выглядит соответственно: носит окладистую бороду, из всех видов обуви предпочитает сандалии и ездит на изрядно подержанной машине, только что не разваливающейся на ходу.

Неутомимый Роберт Хорвиц

Самый молодой в троице лауреатов - Роберт Хорвиц. Он родился 8 мая 1947 года в США. Уже в 14 лет он начал разводить мух, чтобы перепроверить законы наследования, открытые Грегором Менделем. "Вонь в доме стояла невыносимая, а от мух нигде не было спасения", - вспоминает Хорвиц. Впрочем, родители любознательного юноши мужественно терпели связанные с его увлечением неудобства. Однако поскольку уроки биологии в школе оказались слишком скучными, а запах формальдегида - слишком навязчивым, Хорвиц увлёкся математикой, поступил в знаменитый Массачусетский технологический институт в Кеймбридже близ Бостона и закончил его сразу по двум специальностям - по математике и по экономике. Однако интерес к биологии возобладал, и Хорвиц перебрался в другой - британский - Кембридж, пополнив группу Джеймса Уотсона (James Watson), который вскоре вместе с Фрэнсисом Криком и Морисом Уилкинсом (Maurice Wilkins) получил Нобелевскую премию за расшифровку структуры ДНК. С 1972 года Хорвиц ведёт научные исследования в США - сначала в Гарвардском университете, а затем в Массачусетском технологическом институте. Здесь же работает и его жена - нейробиолог Марта Пейтон (Martha C. Paton). Основное хобби Хорвица - путешествия. Он побывал на всех континентах мира, включая Антарктиду. Сообщить учёному о присуждении ему Нобелевской премии коллегам удалось не сразу: вместе с женой и 8-летней дочерью Александрой он проводит отпуск в Европе и в этот знаменательный день был, по их словам, "где-то во Франции".

"Герой дня" "Ценорхабдитис элеганс"

Согласно формулировке, опубликованной Каролинским институтом, лауреаты нынешнего года удостоены премии за свои работы в области генетического регулирования процесса формирования органов и программирования клеточной смерти. О том, что кроется за этими мудрёными терминами, станет ясно после того, как я представлю вам ещё одного самоотверженного героя науки, хоть и не удостоенного Нобелевской премии, но внёсшего в эти исследования ничуть не меньший вклад. Речь идёт о невзрачном червячке с труднопроизносимым, но гордым именем - "Ценорхабдитис элеганс" ("Caenorhabditis elegans"). Впрочем, для простоты нередко используется сокращение "C. elegans". Этот организм является представителем нематод - одного из классов первичнополостных червей. Айнхард Ширенберг (Einhard Schierenberg), научный сотрудник Института зоологии Кёльнского университета, описывает героя так:

"Это крохотный червячок длиною около одного миллиметра. Он живёт в почве - в том числе и здесь, у нас, в средней полосе. Если не он сам, то, по крайней мере, его ближайшие родственники встречаются практически повсеместно. Их можно обнаружить в саду, в огороде, в цветочном горшке, причём тысячами".

"Научная карьера" червячка,..

Научная карьера червячка уходит корнями в 60-е годы: именно тогда Сидней Бреннер решил сделать его моделью для своих молекулярно-биологических и генетических исследований. Руководствовался он теми же соображениями, которые побудили учёных обратить внимание и на плодовую мушку "Drosophila melanogaster". Айнхард Ширенберг поясняет:

"Как и каждый модельный организм, "C. elegans" имеет свои преимущества и свои недостатки. Я бы сказал, что он прекрасно дополняет дрозофилу. Одно из главных его достоинств - неприхотливость и плодовитость. В одной чашке Петри легко можно содержать тысячи и тысячи особей. Продолжительность жизненного цикла у червячка ещё короче, чем у дрозофилы. Кроме того, C. elegans - самооплодотворяющийся гермафродит, что позволяет в большинстве случаев обходиться без целенаправленного скрещивания. Таким образом, даже лаборатории, ограниченные в финансовых средствах, могут себе позволить вести исследования на C. elegans".

...который "похож на человека"

Есть у червячка и ещё одно достоинство - он прозрачен. Это преимущество обретает особое значение, когда речь идёт о наблюдениях под микроскопом. И, наконец, самое важное: каждая взрослая особь этого вида нематод всегда состоит ровно из 959-ти клеток. Именно это обстоятельство и позволило биологам, удостоенным теперь Нобелевской премии, на молекулярном, генетическом и клеточном уровнях самым доскональным образом изучить процессы формирования всех органов червячка и механизмы, управляющие этими процессами. Тем более, что C. elegans имеет практически все органы, которыми обладают и более высокоорганизованные животные, включая человека. Айнхард Ширенберг говорит:

"У него есть кожа, у него есть мускулатура, у него есть кишечник, у него есть довольно сложная нервная система. Зародышевая клетка оплодотворяется сперматозоидом, так что и здесь просматривается сходство с человеком".

Гены, которые образуют основу жизни

Вполне закономерно поэтому, что этот червячок стал первым многоклеточным животным, геном которого удалось полностью расшифровать. Произошло это в самом конце 1998-го года. А проделала эту работу группа американских и британских биологов, в том числе сотрудники научного Центра имени Фредерика Сангера в Кеймбридже во главе с нынешними лауреатами Нобелевской премии Сиднеем Бреннером и Джоном Салстоном.

Выяснилось, что в геноме червя содержится гораздо больше наследственной информации, чем ожидали учёные. По словам Салстона, они рассчитывали обнаружить примерно 10 тысяч генов, в действительности же их оказалось 19099. Крайне интересные результаты дало сравнение генома червячка с расшифрованными ранее геномами одноклеточных организмов, прежде всего, дрожжей. Джон Салстон говорит:

"В средней части хромосом расположены гены, большинство которых имеют соответствия в наследственном материале дрожжей. Объяснение напрашивается само собой: это, очевидно, наиболее старые гены. Эти гены образуют основу животной жизни, а возможно, и жизни вообще".

Генетическое регулирование процесса органогенезиса

Именно эти гены отвечают за столь фундаментальные процессы, как деление и дифференцировка клеток, обмен веществ, синтез основных белков, старение. А значит, расшифровка генетического кода червя - это важный вклад в изучение закономерностей развития человеческого организма. Во всяком случае, сам Джон Салстон в этом не сомневается:

"Конечно, червь - это не человек. Однако 40 процентов генов червя встречаются и в других организмах. Именно поэтому сравнение геномов червя и человека столь важно".

Так или иначе, именно на модельном организме "C. elegans" лауреаты Нобелевской премии нынешнего года изучали генетическое регулирование процесса органогенезиса, то есть формирования различных тканей и органов из одной единственной оплодотворённой яйцеклетки. Организм человека состоит из десятков миллиардов клеток более чем двухсот различных видов. Все они, даже столь непохожие друг на друга, как, скажем, нервные клетки и клетки печени, мышечные клетки и клетки крови, содержат в ядре один и тот же набор генов. Однако в зависимости от предназначения клеток в одних из них активны один гены, в других - другие. Соответственно, в разных клетках вырабатываются разные белки. Именно этот процесс, именуемый генетическим регулированием, и обеспечивает развитие и изменение организма. Ещё один важнейший физиологический механизм, изученный лауреатами нынешнего года на червячке "C. elegans", называется программируемой клеточной смертью, или апоптозом. Этот естественный и совершенно необходимый для жизни механизм играет важную роль в развитии любого организма, поскольку это развитие состоит не только в размножении клеток, но и в их гибели. Апоптоз обеспечивает отмирание старых, больных или ставших уже ненужными клеток и сопровождает организм на протяжении всей его жизни. Примером из растительного мира может служить опадающая осенью с деревьев листва. У человека апоптоз начинает действовать уже на стадии внутриутробного развития. Наглядный тому пример - процесс формирование кистей рук у эмбриона. На определённом этапе они напоминают ласты, но затем перепонки между пальцами, подчиняясь заложенной в генах программе, отмирают. Нарушение апоптоза приводит к заболеваниям: так, потеря зрения является, как правило, следствием слишком быстрого отмирания клеток, а рак, напротив, вызывается слишком медленным их отмиранием. И тут червячок "C. elegans" оказался незаменимой моделью. Дело в том, что поначалу его организм состоит из 1090 клеток, из которых 131, подчиняясь генетической программе, по мере взросления особи отмирают. Джон Салстон доказал, что это естественный и необходимый процесс. Он проследил и задокументировал полный цикл развития организма червячка от оплодотворённой яйцеклетки до взрослой особи, составив своего рода клеточное генеалогическое древо. А Роберт Хорвиц не только идентифицировал 2 гена, которыми управляется апоптоз в организме червячка, но и указал на аналогичные гены в геноме человека.