Нобелевская премия по медицине

На минувшей неделе были объявлены имена очередных лауреатов в области естественных наук. Поэтому сегодняшнюю и две последующие передачи мы посвящаем – тоже по традиции, хотя и гораздо менее давней, – рассказу об учёных, удостоенных этой награды в нынешнем году, и об их научных исследованиях.

Следуя хронологии, начнём с премии по физиологии и медицине. 8-го октября Каролинский институт в Стокгольме объявил о том, что Нобелевской премии 2007-го года удостоены один британский учёный – сэр Мартин Эванс – и двое американских – Марио Капекки и Оливер Смитис.

Итак, позвольте мне представить лауреатов нынешнего года.

Самый старший из них – 82-летний Оливер Смитис (Oliver Smithies), американец британского происхождения. Он родился 23-го июля 1925-го года в Галифаксе, графство Уэст-Йоркшир на севере Англии, в более чем скромно обеспеченной семье. Однако подросток из захолустья рано обратил на себя внимание своими способностями, что обеспечило ему не только место в одной из, как мы сказали бы сегодня, элитных школ для особо одарённых детей, но и стипендию, позволившую ему получить отличное высшее образование. В 1951-м году Смитис защитил в Оксфордском университете докторскую диссертацию по специальности «биохимия». Два года спустя он собрался на работу в США, однако проблемы с визой вынудили его на 7 лет задержаться в Канаде, где он начал вести научные изыскания в Торонтском университете. Лишь в 1960-м году Смитис смог, наконец, перебраться в Штаты и занять должность профессора генетики в Университете штата Висконсин в Мэдисоне. Именно здесь учёным и были проведены те исследования, которые удостоились теперь Нобелевской премии. С 1988-го года Смитис является профессором патологии и лабораторной медицины в Университете штата Северная Каролина в Чапел-Хилле.

Звонок из Стокгольма, раздавшийся в 3 часа утра, конечно, разбудил Смитиса, но не очень его удивил, поскольку он уже удостоен такого количества разных научных премий, что и Нобелевская – вещь как бы сама собой разумеющаяся:

Первой моей мыслью было спросить, кто ещё её получил, потому что я очень высоко ценю работы Марио Капекки и Мартина Эванса. Так что для меня было большой радостью узнать, что премию я поделил именно с ними.

Тем более, что в 2001-м году эти трое учёных совместно удостоились премии Алберта Ласкера, которая считается американским аналогом Нобелевской.

Впрочем, Смитис достиг столь значительных высот не только в науке, но и в небе: он опытный пилот-любитель и вместе со своим давним другом Филдом Мори (Field Morey), знаменитым лётчиком-инструктором, даже установил несколько мировых рекордов при перелётах через Атлантический океан. Несмотря на весьма преклонный возраст, профессор продолжает летать:

Я и вчера летал, я летаю регулярно. У меня есть моторный планёр, я набираю высоту, потом выключаю двигатель и парю, любуясь открывающимися видами.

Свою лабораторию Смитис делит с женой Нобуйо Меда (Nobuyo Maeda). Она тоже профессор патологии и тоже видный учёный. «Мы практически круглые сутки неразлучны, и это позволяет мне удачно сочетать многие важные для меня дела», – говорит Смитис и приводит в качестве примера минувшее воскресенье:

Это был один из тех дней, что всегда доставляют мне огромное удовольствие. Сразу три вещи: я позанимался наукой, потом мы вместе с женой пообедали в ресторане, а потом я отправился немного полетать.

К научной деятельности Смитиса мы обратимся чуть позже, а сейчас время представить следующего по возрасту лауреата – американца итальянского происхождения Марио Ренато Капекки (Mario Renato Capecchi). За два дня до присуждения ему Нобелевской премии он отпраздновал своё 70-летие. Детство Капекки складывалась более чем драматично. Он родился 6-го октября 1937-го года в Вероне. Вскоре началась 2-я мировая война. Отец мальчика был призван в армию, отправлен зенитчиком в Ливию и там пропал без вести. Мать же за принадлежность к антифашисткой организации была арестована гестапо и заключена в концлагерь Дахау. В 4,5 года Марио оказался беспризорным и бездомным. Он вынужден был перебиваться попрошайничеством и мелкими кражами и едва не умер от истощения. Мать тоже чудом выжила, и после освобождения концлагеря американскими войсками целый год разыскивала сына. Она нашла его еле живым в глухой провинции, в госпитале, привезла в Рим, где он впервые за 5 лет принял ванну, а затем на деньги американских родственников эмигрировала вместе с сыном в США. Они обосновались в штате Пенсильвания, в квакерской общине. Там 9-летний Марио впервые в жизни пошёл в школу, не умея ни писать, ни читать, и владея лишь итальянским языком, да и то в его «уличном» варианте. Впрочем, сам он сегодня полагает, что его крайне тяжёлое детство имело и положительные стороны:

Думаю, оно воспитало во мне находчивость, умение эффективно действовать, особенно в трудных ситуациях, научило полагаться на свои силы, владеть собой и благодаря этому выживать. Но, с другой стороны, мне, конечно, невероятно повезло.

Капекки оказался на редкость способным к учёбе. В 1956-м году он закончил местную школу при квакерской общине, в 1961-м получил степень бакалавра сразу по физике и по химии в колледже «Антиох» в Йеллоу-Спрингсе, штат Огайо, а в 1968-м году защитил докторскую диссертацию по специальности «биофизика» в Гарвардском университете в Кеймбридже, штат Массачусетс. Научным руководителем Капекки был Джеймс Уотсон (James Dewey Watson), нобелевский лауреат, прославившийся тем, что вместе с Фрэнсисом Криком (Francis Harry Compton Crick) создал модель пространственной структуры молекулы ДНК. Капекки вспоминает:

Он был фантастическим руководителем, наставником. Он не только оказал мне огромную помощь в научных изысканиях, он ещё и служил мне примером, образцом. Тут же работал и ещё один нобелевский лауреат – Уолли Гилберт (Walter Gilbert). Так что мне было у кого поучиться. Я – уже как бы второе поколение.

В 1969-м году Капекки получил должность профессора биохимии в Высшей медицинской школе Гарвардского университета. Но хотя наука и является, конечно же, самым важным в его жизни занятием, второе и третье места в списке приоритетов прочно занимают спорт и любовь к природе. Именно это и побудило учёного уже в 1973-м году расстаться с престижным Гарвардским университетом. Вместе с женой и дочерью учёный перебрался в штат Юта, купив себе дом в уединённой местности в Скалистых горах. Добраться до него можно только пешком, поэтому каждый день, возвращаясь со своей новой работы в университете штата Юта в Солт-Лейк-Сити, Капекки до недавнего времени оставлял машину внизу на стоянке и далее бодро шагал по идущей круто вверх тропинке к дому – ровно километр. «Зато я могу прямо у порога надеть лыжи и быстро скатиться вниз», – радуется 70-летний профессор. Правда, теперь супруги Капекки приобрели себе дом и в центре Солт-Лейк-Сити, но продолжают регулярно наведываться в горы, а в городе учёный поддерживает свою спортивную форму тем, что каждый день бегает трусцой и занимается в тренажёрном зале.

Самый молодой из троицы новоиспечённых нобелевских лауреатов – 66-летний британец Мартин Джон Эванс (Martin John Evans). Он родился 1-го января 1941-го года в Страуде, графство Глостершир, на юго-западе Англии. В 1963-м году Эванс закончил один из самых крупных аристократических колледжей – «Крайст-Чёрч» при Оксфордском университете, – а затем продолжил учёбу в Медицинском колледже Лондонского университета, где в 1969-м году защитил докторскую диссертацию по специальности «анатомия и эмбриология». И, как он с тех пор не раз признавался, уже тогда мечтал о Нобелевской премии:

Я уже много лет говорю о том, что это было моей мечтой с детства, и это так и есть. Понятно, что на протяжении своей карьеры я познакомился с очень многими нобелевскими лауреатами, и каждый из них, каждый, был во всех отношениях выдающимся учёным и человеком. Просто поразительно! И конечно это только укрепляло мою детскую мечту.

Защитив диссертацию, Эванс ещё 9 лет преподавал и вёл научные изыскания здесь же, в Лондонском университете, а в 1978-м году вернулся в Оксфорд на кафедру генетики. Там он проработал более 20-ти лет, выполнив, в частности, и те исследования, за которые теперь удостоился Нобелевской премии. С 1999-го года и по настоящее время Мартин Эванс – профессор генетики млекопитающих и декан биологического факультета Кардиффского университета в Уэльсе. В 2004-м году британская королева Елизавета Вторая за заслуги в области медицины произвела его в рыцари. Сэр Эванс женат, у него трое детей – два сына и дочь.

Итак, какие же достижения учёных удостоились самой престижной в научном мире награды? Согласно официальной формулировке Нобелевского комитета, премия присуждена за открытие «принципов введения специфических генных модификаций в организмы мышей с использованием эмбриональных стволовых клеток». В пресс-релизе подчёркивается, что речь идёт о целой серии открытий, связанных с эмбриональными стволовыми клетками и с рекомбинацией ДНК, и что они позволили создать чрезвычайно эффективную технологию генетических исследований, которая состоит в прицельном выключении тех или иных генов в организме мыши. Иными словами, благодаря научным изысканиям лауреатов у учёных сегодня есть возможность целенаправленно получать лабораторных животных, в геноме которых инактивированы или – в буквальном переводе с английского – «выбиты», «нокаутированы» определённые гены. Это позволяет изучать функции этих генов – наподобие того, как человек, плохо знакомый с устройством часового механизма, постигает его опытным путём, вынимая то одно, то другое колёсико и наблюдая за тем, как это влияет на работу часов: удалил одно колёсико – секундная стрелка остановилась, удалил другое – часы начали отставать, и так далее.

Исследования, которые – независимо друг от друга – проводили Оливер Смитис и Марио Капекки, поначалу были направлены на исправление дефектных генов. Для этого учёные использовали так называемую гомологическую рекомбинацию – естественный процесс, посредством которого осуществляется взаимообмен участками ДНК между отцовской и материнской хромосомами в клетке. Этот процесс в ходе эволюции обеспечивает богатство генофонда биологического вида. Оливер Смитис вспоминает:

Изначально цель моей работы состояла в том, чтобы показать возможность использования гомологической рекомбинации. При этом я имел в виду коррекцию генов, замену дефектного гена здоровым, а потом Марио Капекки предложил сосредоточиться на обратной процедуре, выбивать гены, «нокаутировать» их, и это оказалось гораздо эффективнее и интереснее с точки зрения дальнейших исследований и перспектив прикладного применения. Мы получили возможность выключать любой ген в клетке по нашему желанию.

Для этого учёные вводили в клетку фрагмент ДНК, содержащий дефектную копию подлежащего выключению гена. Далее вступал в действие тот самый природный механизм гомологической рекомбинации, в результате чего в ряде случаев – хотя, конечно, далеко не всегда, – происходила замена здорового гена дефектным. Затем такие клетки изолировались и культивировались. Учёным приходилось преодолевать трудности не только сугубо научного характера. В частности, Марио Капекки вспоминает, как сложно было решить проблему финансирования исследований:

Наша первая заявка на грант под этот проект была отклонена – главным образом потому, что руководство не верило в перспективность этой работы. Возможность того, что вводимый извне, экзогенный фрагмент ДНК сумеет сам найти свою копию в гигантской молекуле, состоящей из 3-х с лишним миллиардов нуклеотидных пар, представлялась крайне маловероятной.

Однако от работы с клеточными культурами до создания живого модельного организма с заранее заданными генетическими дефектами лежит дистанция огромного размера. Преодолеть её помогли исследования Мартина Эванса, изучавшего эмбриональные стволовые клетки мыши. Хотя американские учёные не были лично знакомы с британским коллегой, они, естественно, внимательно следили за работами друг друга. О том, как произошла эта судьбоносная встреча, Эванс и сегодня прекрасно помнит:

Я уезжал на месяц в Штаты. Времени у меня было мало, я собирался изучить ряд технологий в Институте Уайтхеда в Бостоне, одном из ведущих центров фундаментальных исследований в области биологии и медицины. Поэтому я решил: никаких встреч и бесед, никаких лекций и семинаров. Но Смитис до меня дозвонился, и я сказал ему: «Оливер, Вы единственный человек, с кем я готов встретиться».

Но Эванс пришёл на встречу не с пустыми руками, – вспоминает Смитис:

Мартин Эванс принёс нам те эмбриональные клетки, с которыми мы потом работали, принёс их лично, в собственном кармане.

А вскоре с визитом к Эвансу в Британию наведался Марио Капекки:

Я позвонил ему и прилетел туда и провёл две недели, изучая эмбриональные стволовые клетки. Это было очень важно для нас – узнать из первых рук и увидеть своими глазами, как их выращивать, как с ними обращаться, как их впрыскивать в преимплантационный эмбрион, чтобы получить генетически изменённую мышь.

Соединение этих двух технологий и позволило создать методику получения мышей с нокаутированными генами. Модифицированные по технологии Смитиса и Капекки стволовые клетки впрыскиваются по технологии Эванса в мышиный эмбрион на самой ранней стадии его развития. Затем этот эмбрион имплантируется в матку взрослой самки, и из него получается мышь-химера, организм которой, словно мозаика, состоит частично из нормальных, частично из модифицированных клеток. В дальнейшем целенаправленным скрещиванием учёные получают животных, состоящих исключительно из модифицированных клеток. Именно такие животные и служат теми модельными организмами, на которых изучаются как функции отдельных генов, так и природа различных наследственных заболеваний. Самая первая «нокаутная» мышь была получена в 1989-м году. На сегодняшний день учёным удалось нокаутировать около 10-ти тысяч мышиных генов, то есть примерно половину от их общего количества в геноме грызуна, и дело продолжает стремительно продвигаться вперёд. Кроме того, уже создано более 500 линий мышей, моделирующих те или иные недуги человека, включая сердечно-сосудистые и нейро-дегенеративные заболевания, сахарный диабет и различные формы рака.

Вот и всё на сегодня. О лауреатах Нобелевской премии по физике и химии мы расскажем в двух следующих выпусках радиожурнала «Наука и техника».