Главная
Новости Статьи Россия В мире Достижения Польза Вред

Новости партнеров
 

Новости партнеров

Комментарии
 

Итоги Нобелевской недели с Реальным Ученым: на пути к победе над раком и созданию суперлекарств

Исследователь из Гарварда, основатель Интернет-канала Real Scientists специально для читателей «КП» рассказывает о сложных вещах понятно и образно, а также поясняет, почему целых три Нобелевки в этот раз напрямую связаны с медициной
ДОСЬЕ «КП»
Алекс Тышковский - эксперт по бимедицинским технологиям, научный сотрудник лаборатории исследований старения Медицинской школы Гарварда, биолог, исследователь Сколковского института науки и технологий, основатель и ведущий Интернет-канала «Real Scientists» (Реальные ученые).
НАСТОЯЩАЯ ПОЛИЦЕЙСКАЯ РЕФОРМА
Эта неделя подарила нам имена лауреатов Нобелевской премии 2018 года в области физиологии и медицины, химии и физики. Однако при детальном изучении окажется, что все три премии напрямую связаны с биологией. Неужели комитет что-то перепутал? Или все дело в том, что в современной науке разные сферы оказываются тесно переплетены между собой, и открытие в области оптики внезапно может найти свое применение в искусственном оплодотворении? Давайте разбираться.
Начнем с премии за физиологию и медицину. Она была вручена двум ученым: Джеймсу Эллисону и Тасуку Хондзё, которые независимо друг от друга научились натравливать нашу иммунную систему на раковые клетки. В норме иммунные клетки, как полицейские, атакуют всех непрошенных гостей в нашем организме, будь то бактерии, вирусы или опухоль. Однако, чтобы случайно не атаковать нормальные, добропорядочные клетки, наши полицейские имеют специальные рецепторы, которые в случае активации подавляют иммунный ответ, и нападения не происходит. Эти рецепторы получили название контрольных точек иммунитета, поскольку их состояние (вкл/выкл) и определяет, будет ли «задержан» нарушитель. Все как в жизни, где вовремя предъявленный полицейскому документ с пропиской (или вложенными в него видами Хабаровска) зачастую помогает избежать дальнейших последствий.
Однако раковые клетки научились обманывать закон, предъявляя полицейским фальшивые паспорта. Приобретенные с помощью мутаций механизмы позволяют им активировать те самые рецепторы, в результате чего наш иммунитет просто не видит в раке угрозу, и болезнь беспрепятственно продолжает свою экспансию в организме.
Исследования Эллисона и Хондзё позволили раскрыть этот хитроумный план. Каждый из ученых обнаружил одну из таких контрольных точек на поверхности иммунных клеток. Затем они показали, что эти рецепторы можно связать антителом - белком, прочно взаимодействующим с определенным химическим веществом - и, таким образом, не дать им активироваться. Тогда наши «полицейские» начнут эффективно атаковать раковые клетки, и их маскировка никак не поможет им остаться незамеченными. В результате иммунные клетки стали уничтожать рак по всему организму. Причем, это помогло победить даже метастазирующие опухоли, против которых стандартные методы лечения были бессильны. Вот это я понимаю – полицейская реформа!
САМОНАВОДЯЩИЕСЯ РАКЕТЫ ПРОТИВ РАКОВЫХ КЛЕТОК
По сути, предложенный метод стал первой направленной противораковой терапией. Предыдущие методы лечения: хирургическое вмешательство, радиационная и химиотерапия – были очень неспецифичными и, по сути, били по всем клеткам. Это все равно что бороться с преступностью в городе с помощью ковровых бомбардировок. В дальнейшем, открытие ученых положило начало целому классу противораковых средств – иммунотерапии, а лекарства стали еще более направленными. Сегодня технологии позволяют создавать антитело, которое будет специфично связываться с определенными раковыми клетками. Присоединив к нему токсин или радиоактивное вещество, мы можем направленно доставлять эти снаряды прямиком в опухоль, как самонаводящиеся ракеты. Или даже обучать собственные иммунные клетки пациента атаковать поразивший его рак с помощью метода генной терапии - изменения генов иммунных клеток для узнавания именно данного типа опухоли.
К сожалению, все такие направленные лекарства эффективны только против тех видов рака, которые обладают соответствующими приспособлениями, то есть мутациями. Другими словами, всего одна мутация может повлиять на то, поможет пациенту лекарство или нет. В лечении и диагностике рака и других заболеваний на первый план все больше выходит роль генетики.
Впрочем, это верно не только для болезней: исследования последних лет все ярче демонстрируют, насколько важную роль играют гены в нашей жизни. Например, всего одна мутация может увеличить продолжительность жизни мышей в 1,5 раза, а круглым червям - так вообще в 10! Оказывается, наши гены определяют даже сложные поведенческие признаки, такие как никотиновая зависимость (на 75%) и даже политические взгляды (как минимум, на треть). Тому, насколько наши особенности и поступки запрограммированы в наших генах, мы посвятили отдельный подробный видеообзор на YouTube-канале «Real Scientists». В нем можно ознакомиться с самыми разными удивительными примерами того, как наше поведение оказывается нам неподвластно.
ЭВОЛЮЦИЯ В ПРОБИРКЕ
А пока перейдем к премии по химии. Она является прямым продолжением премии по биологии, отвечая на вопрос, как именно разработать те самые антитела, которые будут прочно связываться с желаемой целью – например, рецептором на поверхности иммунных клеток. Премия была разделена на две части. Первая досталась Фрэнсис Арнольд, разработавшей метод направленной эволюции, который позволяет синтезировать белок с заданными свойствами (например, катализирующий определенную химическую реакцию или устойчивый к высоким или низким температурам). Для этого вместо того, чтобы вручную точечно вводить в последовательность белка изменения и смотреть, как каждое из них повлияет на активность молекулы, Фрэнсис предложила отдать эту задачу в руки эволюции. Ведь она еще ни разу никого не подводила (кроме, разве что, утконоса).
Принцип заключается в том, чтобы случайно ввести в ген белка мутации, затем поместить полученные гены в бактерии, и определить, какие из бактерий произведут белок с самыми подходящими свойствами. Например, чтобы получить фермент (белок-катализатор), устойчивый к высокой температуре, можно немного нагреть среду и посмотреть, фермент из какой бактерии будет наиболее активен при данных условиях. Затем из клеток с самой удачной версией белка выделяется ген, в который вновь вносятся случайные мутации. Полученные гены снова переносятся в бактерии, и цикл повторяется. Причем, с каждым разом температуру можно повышать все сильнее, отбирая все более устойчивые варианты фермента. В результате такой «эволюции в пробирке» получится наиболее подходящий белок. По своей сути это похоже на селекцию, в которой с каждым разом отбираются лучшие сорта растений или породы животных.
Этот метод активно используется в современной биоиндустрии. Созданные таким способом ферменты можно обнаружить даже в стиральных порошках, где, благодаря «эволюции в пробирке», они способны удалять даже сложные загрязнения, да ещё и при низких температурах.
КАК СОЗДАТЬ АНТИТЕЛА
Вторая часть премии была отдана Джорджу Смиту и Грегори Винтеру, которые применили данный принцип для создания антител, тех самых, что используются при лечении рака. Для этого они взяли вирус, заражающий бактерий, - бактериофаг. Внутри этого вируса - ДНК, а снаружи - закодированная в ней белковая оболочка. В своем исследовании ученые научились вставлять в ДНК бактериофага ген некоего белка, так, чтобы он выступал с поверхности вируса, как флажок. Затем они взяли подложку и прикрепили к ней антигены - молекулы вещества, к которому хотели разработать антитела. После этого на подложку выливался раствор с вирусом. Бактериофаг приклеивался к ней в том случае, если между антителом, выступающим с его поверхности, и антигеном на подложке возникала прочная связь, как между Борисом Берманом и Ильдаром Жандаревым. В противном случае вирус с легкостью смывался с этой подложки. А далее использовался метод Фрэнсис: отбирались наиболее прочно прикрепленные вирусы, в их ген антитела вносились случайные мутации, и процесс повторялся, пока не достигалась желаемая прочность взаимодействия.
Эта технология и сегодня активно применяется при разработке лекарств, основанных на связывании определенных молекул в нашем организме, в частности – при создании тех самых противоопухолевых препаратов. Одним словом, Нобелевские премии по физиологии/медицине и химии дополняют друг друга, как рецепторы и антитела. И обе имеют прямое отношение к биологии.
ПОИГРАТЬ С КОШКОЙ ЛАЗЕРНОЙ УКАЗКОЙ
Наконец, физика. Обычно премия в этой сфере настолько же связана с биологией, насколько премия мира - с миром. Но не в этот раз! Премия по физике также была поделена на две части. Одну из них получили Жерар Муру и Донна Стрикленд за метод создания сверхмощных лазеров, которые нашли свое применение в коррекции зрения, где с помощью них выжигаются участки ткани роговицы. Это приводит к изменению оптического пути до сетчатки и улучшению зрения. Вторая же часть награды была присуждена Артуру Эшкину. Этот ученый разработал метод оптической ловушки, то есть технологию, позволяющую с помощью лазера управлять перемещением частиц: передвигая лазерный пучок, ученые добивались того, что объект начинал следовать за ним. Если вы когда-нибудь играли лазерной указкой с кошкой, то вы знаете, как это работает. Так вот, Артур Эшкин применил этот метод для управления именно биологическими объектами, такими как ДНК и даже клетки. Например, в первых работах он прикреплял молекулу ДНК к подложке и растягивал молекулу, управляя противоположным концом с помощью лазера. Для чего, спросите вы. С помощью этого метода он измерял способность молекулы ДНК к растяжению. Для чего, спросите вы…
Однако сегодня технология Эшкина имеет важное применение при искусственном оплодотворении. На ранних стадиях развития эмбриона в нем сохраняется полярное тельце – маленькая клетка, имеющая тот же генетический материал, что и исходная яйцеклетка, которая была оплодотворена. Метод оптической ловушки, разработанный ученым, позволяет аккуратно извлечь полярное тельце из зародыша и проанализировать его на наличие каких-либо генетических повреждений, таким образом оценив качество самой яйцеклетки. Благодаря этому стало возможным выбирать здоровый плод и быть уверенным, что будущий ребенок не будет страдать от тяжелых генетических заболеваний, таких как синдром Дауна.
Таким образом, в современном мире границы между отдельными областями естественных наук становятся все менее заметны. Физическое открытие может найти свое применение в эмбриологии, а технология, основанная на биологическом принципе эволюции, – в создании новых стиральных порошков. Мир науки становится все более цельным и взаимосвязанным. А сила – в единстве.

Подпишитесь на нас Вконтакте, Одноклассники

74

Похожие новости
15 октября 2018, 15:56
16 октября 2018, 20:28
12 октября 2018, 18:00
16 октября 2018, 18:14
13 октября 2018, 16:00
13 октября 2018, 16:00

Новости партнеров