Нобелевские премии в естественных науках в 2018 году

Лазер, рак и фаговый дисплей

Нобелевские премии в естественных науках в 2018 году присудили за крупные открытия, которые одновременно и очень легко можно изобразить в научной фантастике: скальпель и нож из лазера, селекционные фермы для молекулы с заданными свойствами, «кнопка» для усиления иммунитета на случай рака.

***

Рак пятится назад

Номинация: медицина

Кто награжден: Джеймс Эллисон и Тасуку Хондзё

За что дали: «за открытие противораковой терапии методом подавления негативной иммунной регуляции».

В чем смысл:

Бактерии, вирусы и другие опасности в нашем организме атакует и устраняет иммунная система. Важнейший участник этой борьбы — лейкоцит Т-клетка. Американский ученый Джеймс Эллисон изучал белок CTLA-4, который тормозит Т-клетки. Он обнаружил, что при искусственном блокировании CTLA-4 иммунитет со всей мощью обрушивается на раковые клетки. Процесс нужно контролировать, иначе вместо спасения мы принесем катастрофу: аутоиммунное разрушение здоровых клеток и тканей. В период клинических исследований Эллисон и его коллеги смогли добиться значительных успехов в лечении рака у пациентов с прогрессирующей меланомой.

Несколькими годами раньше японский ученый Тасуку Хондзё обнаружил белок PD-1; он тоже тормозит Т-клетки, но другим способом. Клинические исследования показали эффективность терапии с блокадой PD-1: у нескольких пациентов удалось добиться долгосрочной ремиссии и шанса на лечение рака на стадии метастаз. Метод Хондзё оказался еще более эффективным, чем у Эллисона — удалось повлиять на несколько типов рака: почек, легких, лимфому и меланому.

Исследования продолжаются. Эллисон и Хондзё объединили усилия и получили успешные результаты при использовании комбинированной терапии — одновременном блокировании и CTLA-4, и PD-1.

Для России исследования Эллисона и Хондзё особенно важны: более 50% онкобольных в нашей стране приходят на лечение на последних стадиях заболевания. Новые методы иммунотерапии смогли бы дать возможность огромному количеству людей выбраться из раковой оккупации.

Комментарий:

«Я и не думал найти новый метод терапии рака — просто пытался понять, как работают Т-клетки, и в итоге обнаружил новый способ блокировать их торможение. Никогда не считал, что занимаюсь прикладной наукой, но жизнь распорядилась иначе!». Джеймс Эллисон, лауреат Нобелевской премии 2018 года, специалист по иммунотерапии рака, профессор Техасского университета.

***

Пинцет из света

Номинация: физика

Кто награжден: Артур Ашкин

За что дали: «за оптические пинцеты и их применение в медицине»

В чем смысл:

Артур Ашкин (Эшкин), настоящая фамилия которого Ашкенази, родился в Нью-Йорке в семье эмигрантов из Одессы, переехавших в Америку после революции. Он стал основоположником практической реализации принципа оптического (или лазерного) пинцета, который представляет собой трехмерную оптическую ловушку, создаваемую в сильно сфокусированном лазерном пучке. Принцип работы оптического пинцета основан на давлении света, экспериментально открытым профессором Московского университета Петром Николаевичем Лебедевым в самом начале XX века. Этой силы достаточно, чтобы удерживать микрочастицу (например, кусочек хромосомы) в оптической ловушке лазерного пинцета.

Комментарий эксперта:

«Создание оптического пинцета дало миру возможность сверхточного и бережного манипулирования микрочастицами и микробиологическими объектами, в том числе живыми. Используя технику оптического пинцета, можно манипулировать с субмикронной точностью нано- и микрообъектами, включая биологические, например клетки. Лазерный пинцет может быть использован в различных ситуациях — например, для исследования потоков в микро- и нанофлюидике. Еще с его помощью можно создавать из микро- и наночастиц объемные структуры. Оптический пинцет может применяться как сверхчувствительный динамометр, позволяющий измерять сверхмалые усилия, что позволило использовать его для таких задач, как, например, исследование механических свойств спирали ДНК».

Андрей Федянин, профессор физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова.

***

Лазерный меч

Номинация: физика

Кто награжден: Жерар Муру и Донна Стрикланд

За что дали: «за разработку ультракоротких световых импульсов»

В чем смысл:

Как говорят сами лауреаты, идея метода пришла к ним из научно-популярной статьи, в которой описывался радар — нужно было только перенести эту идею с радиоволн на намного более короткие световые волны. После нескольких лет экспериментов ученые научились генерировать небывало короткие и невероятно интенсивные лазерные импульсы. Это дало возможность изучать явления, длящиеся лишь мгновение — миллиардные доли от миллиардных долей секунды. Именно на таких временных промежутках протекают многие события в субатомном мире, вроде движения электрона вокруг ядра атома. А высокая интенсивность излучения делает лазер весьма полезным ножом, который применяют, например, как лазерный скальпель в глазных операциях. Один из лауреатов, кстати, пять лет сотрудничал с Институтом прикладной физики РАН в Нижнем Новгороде; его и его работы у нас хорошо знают.

Комментарий эксперта:

«Это открытие позволило создать сверхкороткие лазерные импульсы огромной мощности. Теперь мы можем увидеть и “пощупать” ряд явлений, протекающих в сверхкороткие промежутки времени в атомах, твердых телах, биологических объектах. Кстати, на физическом факультете МГУ мы тоже занимаемся экспериментами с использованием сверхкоротких и сверхмощных лазерных импульсов, получен целый пласт уникальных научных результатов». Андрей Федянин, профессор физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова.

***

Молекулы-мутанты

Номинация: химия

Кто награжден: Фрэнсис Арнольд

За что дали: «за направленную эволюцию ферментов»

В чем смысл:

Фрэнсис Арнольд, инженер-химик из Калтеха, начала заниматься идеей направленного синтеза ферментов в начале 80-х годов, оставив сферу аэрокосмической механики. Ферменты — это белковые молекулы, ускоряющие химические реакции. Работают они только в живых организмах, каждый фермент специализируется на ускорении определенной реакции. Суть метода «направленного синтеза фермента» заключается в том, чтобы в результате нескольких поколений мутаций вывести фермент, ускоряющий конкретный заданный ученым вид реакции. Обычно для ускорения реакций при производстве лекарств или пластмасс используются сильные растворители, тяжелые металлы и коррозионные кислоты. Ферменты же, полученные Фрэнсис Арнольд, позволяют уменьшить количество вредных веществ при химических производствах или исключить их полностью.

Комментарий эксперта:

«Чтобы получить этот результат, Фрэнсис сочетала направленное воздействие и случайные изменения. В этом отличие эволюции молекул в ее лаборатории от естественной эволюции, где все изменения случайны».

Сара Сногеруп Линсе, профессор, член Нобелевского комитета по химии.

***

Фаги-разведчики

Номинация: химия

Кто награжден: Джордж Смит и Грегори Уинтер

За что дали: «за фаговый дисплей пептидов и антител»

В чем смысл:

Сэр Грегори Уинтер из Кембриджа и Джордж Смит из Университета Миссури — Колумбия предложили использовать «фаговый дисплей», чтобы находить не известные ученым гены. В 1980-е годы, когда началось применение этого метода, о белках знали больше, чем о генах. Поэтому появилась идея с помощью известных белков находить неизвестные гены. Для применения «фагового дисплея» нужны бактериофаги (или, по-простому, фаги) — вирусы, которые вживляются в здоровую клетку и заставляют ее исполнять собственную программу. Они обладают простой структурой — белковой оболочкой-капсулой и генетическим материалом внутри нее. Ученые вставляли генетические последовательности в бактериофаг, который инфицировал клетки бактерий и производил новые фаги. В результате пептид или белок, кодируемый вставленной последовательностью, становился частью внешней оболочки вируса — то есть появлялся на «фаговом дисплее».

Комментарий эксперта:

«Подходы, разработанные с использованием “фагового дисплея”, применяются для решения множества задач — от определения токсинов в продуктах до медицинской диагностики. Ученые, заслуженно получившие Нобелевскую премию по химии 2018 года, создали целые научные направления, которые обеспечат создание персонифицированных лекарственных средств уже в ближайшем будущем, в том числе с участием коллективов из России». Иван Смирнов, профессор, заведующий лабораторией химии протеолитических ферментов ИБХ РАН.