Американские ученые Фрэнсис Арнольд и Джордж Смит, а также британец Грегори Винтер стали обладателями Нобелевской премии 2018 года по химии. Госпожа Арнольд получила награду за работы по эволюции ферментов, ее коллеги — за создание так называемого фагового дисплея пептидов и антител. Эксперты поясняют, что исследования ученых широко применяются в медицине, позволяя создать новые лекарства, в том числе против рака, и вообще продлить жизнь человека.
Фото: Reuters / Chris Radburn
Фото: Reuters
Фото: Reuters / Phil McCarten/File Photo
В сообщении Нобелевского комитета говорится, что нынешние лауреаты премии по химии смогли «взять под контроль эволюцию и использовать ее на благо человечества», а их открытия применяются для «создания новых материалов, производства устойчивого биотоплива, борьбы с болезнями и спасения жизней». Речь о профессоре химической инженерии, биоинженерии и биохимии Калифорнийского технологического института Фрэнсис Арнольд, докторе Джордже Смите из университета американского штата Миссури и сэре Грегори Поле Винтере, докторе наук Кембриджского университета.
В Шведской королевской академии наук решили разделить призовые 9 млн крон (около $1 млн) между ними следующим образом: половину получит госпожа Арнольд за исследования в области направленной эволюции ферментов, остальное разделят ее коллеги за создание фагового дисплея пептидов и антител.
BREAKING NEWS:
— The Nobel Prize (@NobelPrize) 3 октября 2018 г.
The Royal Swedish Academy of Sciences has decided to award the #NobelPrize in Chemistry 2018 with one half to Frances H. Arnold and the other half jointly to George P. Smith and Sir Gregory P. Winter. pic.twitter.com/lLGivVLttB
Отмеченные Нобелевским комитетом исследования Фрэнсис Арнольд вела с конца 1980-х годов, после окончания Калифорнийского университета в Беркли (ранее американка занималась аэрокосмической инженерией). Так, в 1993 году госпожа Арнольд произвела первую направленную эволюцию ферментов, состоящую в том, что в ген случайным образом вносят мутации, после чего выбирается белок с нужными исследователю свойствами.
«Ферменты — биологические катализаторы с очень высокой селективностью, позволяющие регулировать любые химические процессы в организме, например рост клеток или формирование органов,— поясняет профессор исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета (участник госпрограммы “5–100”) Алексей Пестряков.— Фрэнсис Арнольд фактически осуществила направленный синтез ферментов в нужную сторону. Это не полное решение проблемы, но существенный шаг в овладении процессами направленного воздействия на биохимические процессы в организме. Если ученые сумеют направленно воздействовать на ферменты, человек сможет побороть любые болезни и долго жить».
Декан химического факультета МГУ Степан Калмыков говорит, что целью работ госпожи Арнольд было «получение новых реакций и образование химических связей, которых в природе могло и не быть». «Такие изменения могут приводить к появлению новых свойств организма: увеличению продолжительности жизни, устойчивости к болезням, эволюционным изменениям»,— подтверждает господин Калмыков.
Что касается награды за создание фагового дисплея пептидов и антител, то впервые об этой концепции в 1985 году в журнале Science сообщил Джордж Смит.
Заведующая лабораторией Центра перспективных биомедицинских исследований Новосибирского госуниверситета Нина Тикунова объясняет, что в основу открытия лег эксперимент с так называемым бактериофагом — вирусом, который избирательно поражает бактериальные клетки. «Смит взял ген, кодирующий фермент рестриктазы, и встроил его в геном бактериофага. Ген сработал: в составе частицы появился этот фермент, а ученый показал, что он виден на поверхности бактериофага. Отсюда и пошло название “фаговый дисплей”, ведь ген виден на поверхности»,— поясняет госпожа Тикунова. В следующих исследованиях Джордж Смит смешал «свой бактериофаг со встроенным ферментом с тысячью других»: «Ученый показал, что из этой смеси можно отобрать один единственный, самый важный ген».
Что касается Грегори Винтера, то этот исследователь, объясняет госпожа Тикунова, предложил встраивать «не один, а целую популяцию очень похожих генов, например кодирующих все антитела человека»: «Так можно получать библиотеки антител мощностью нескольких миллиардов в одной пробирке».
Нина Тикунова поясняет, что с помощью технологии Джорджа Смита «из такой библиотеки можно отобрать самое нужное и активное антитело, а из него сделать медицинский препарат». «Такие лекарства уже несколько лет есть на рынке: терапевтические антитела против рака, для лечения ревматоидного артрита, псориаза и других аутоиммунных заболеваний»,— поясняет эксперт.
Доктор химических наук Томского госуниверситета Алексей Князев добавляет, что открытия всех трех лауреатов используются «в синтезировании сложных биомолекул для производства лекарств, которые организм принимает как родные». «Еще в 1990-х годах стало очевидно, что авторы этих технологий должны получить Нобелевскую премию. Многие удивлялись, почему это не произошло раньше»,— говорит госпожа Тикунова.
Отметим, что открытие Фрэнсис Арнольд используется и в производстве биотоплива. Во всяком случае, в 2005 году американская исследовательница основала компанию Gevo по разработке возобновляемых материалов и биотоплива.
Фрэнсис Арнольд, Джордж Смит и Грегори Винтер получат премию 10 декабря, в день смерти ее основателя Альфреда Нобеля. Отметим, что в 2017 году лауреатами Нобелевской премии по химии стали швейцарец Жак Дюбоше, американец Йоахим Франк и британец Ричард Хендерсон. Они получили премию за разработку криоэлектронной микроскопии — метода изучения материи с помощью сверхбыстрого замораживания. Добавим, что 5 октября будет присуждена премия мира, 8 октября — по экономике.