Фрэнсис Арнольд
Нобелевскую премию по химии получили американка Фрэнсис Арнольд, ее коллега Джордж Смит и британец Грегори Уинтер. Их наградили за открытия в сферах направленной эволюции и создания новых белков.
Как было сказано во время торжественном мероприятии, эти ученые «приняли эволюцию под контроль, чтобы принести человечеству наибольшую пользу». Технология, разработанная исследователями, широко используется не всего только в медицине, но и в промышленности.
«Эта отрасль науки давно заждалась на собственного Нобеля», — говорит профессор биохимической инженерии Университетского колледжа Лондона Пол Долби.
То что же они изобрели? Коротко (в 100 словах) и немного подробнее (в 500 словах) объясняем, в чем же суть их революционных открытий.
История в 100 словах
«Неестественный отбор»
Принцип эволюции прост. Под влиянием внешних факторов организмы изменяются (мутируют) — изменения происходят в ДНК, то есть в генетическом коде клеток.
Если это помогает организму выжить, то измененную ДНК в наследство получают его потомки — изменения закрепляются на генном уровне. Если же нет, то организм погибает. Так устроен естественный отбор.
Фрэнсис Арнольд придумал, как имитировать этот процесс и фактически направлять ход эволюции. Она разработала технологию, которая позволяет вносить изменения в ДНК, где закодирована информация для выработки «биологических стройматериалов» организма.
Как итог, клетка начинает продуцировать новые ферменты, которых раньше не существовало (энзимы) — то есть белки, ускоряющие химические реакции и могут быть использованы в самых разнообразных целях.
Что же до Смита и Винтера, то они научились использовать оболочку вирусов, которые питаются бактериями (бактериофагов) для отображения новых белков.
Закодированные учеными протеины выводятся туда, как на экран, собственно поэтому их метод получил название «фаговий дисплей».
История в 500 словах
Как взять эволюцию под контроль?
Свое революционное открытие Фрэнсис Арнольд сделала в 1993 году. Тогда ей впервые удалось провести эксперимент в области направленной эволюции и принудить клетку вырабатывать новые ферменты.
Сначала изменения в участки ДНК, кодирующие белки, вносятся довольно хаотично — чтобы попросту посмотреть на результат.
Впоследствии включается процесс «неестественного отбора»: из всех производимых модифицированных ферментов отбираются лишь те, что можно использовать с определенной целью. Так, будут работать в среде, где начальный белок был неэффективным.
С изучением новых «эволюционных» энзимов становятся очевидными некоторые закономерности, и довольно скоро в гены уже можно вносить осмысленные изменения, и заблаговременно предвидеть будущий результат.
Проще говоря, методом проб и ошибок Арнольд фактически создала универсальную биологическую мікрофабрику. Она научилась программировать клетки для производства белков с необходимыми ему свойствами.
Сейчас собственно так получают новые энзимы во всем мире. С их помощью создаются новые лекарства, новые виды экологического биотоплива и многое другое.
«Сейчас, благодаря работам Арнольд, мы можем самостоятельно менять энзимы и адаптировать их к работе в промышленных масштабах, а не попросту в масштабах клетки. Фактически мы вкладываем процесс эволюции, что обычно занимает миллионы или даже миллиарды лет, в рамки одной недели, а порой и меньше», — говорит профессор биохимической инженерии Университетского колледжа Лондона Пол Долби.
Как провести вирус?
Джордж Смит и Грегори Уинтер также поняли, как «обманывать эволюцию» и двигать ее в нужном направлении. Они научились прицельно менять те участки ДНК вируса, где закодирована информация о его оболочку.
Результат — вирус превращается в оригинальный экран, где отображается нужный белок на своей поверхности. Затем вирус заражает бактерию, и та начинает вырабатывать этот белок на постоянной основе.
Эта техника, получившая наименование «фаговий дисплей», позволяет получать новые антитела — крупные белки, с помощью которых наша иммунная система может бороться с инфекциями. А на ее основе — основывать новые лекарства.
Первые лекарства, что были получены с помощью этой методики, прошедшие клинические испытания и были одобрены еще в 2002 году. Препарат открыл новые горизонты в лечении ревматоидного артрита, псориаза и воспаления кишечника. Лекарства получили наименование «Хумира» и уже давно широко используется во всем мире.
И это было всего только начало. С тех пор на основе этой же технологии были созданы препараты, которые способны нейтрализовать токсины, бороться с аутоиммунными заболеваниями и даже лечить метастазы рака.
«Практически любое современное лечение основано на использовании антител и использует технологии вроде фагового дисплея, — говорит профессор Долби. — Это абсолютно фундаментальная разработка. И если Джордж Смит до этого не додумался, то этого не произошло бы никогда».
В одном из интервью Винтер рассказывал об одной из пациенток, которая болела раком. Он был вынужден сознаться ей, что даже не представляет, сработает ли новый метод лечения. В ответ она сказала: «Он должен подарить мне по крайней мере несколько месяцев. Мой муж умирает, и я хочу быть с ним, когда это произойдет».
В итоге лечение оказалось настолько успешным, что опухоль целиком исчезла.
Хотите получать самые важные новости в мессенджер? Подписывайтесь на наш Telegram.
По материалам: BBC
