БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
Кафедра биологии
Главная  »Студенту   »  Нобелевская премия
 

Поиск

 
Google
 
 

Лауреаты Нобелевской премии по физиологии и медицине за 2007 год.

Слева направо: Марио Капекки, Оливер Смитис и сэр Мартин Эванс.

Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 2007 году получат Марио Капекки, Оливер Смитис и сэр Мартин Эванс за «открытие принципов введения специфических генных модификаций в организм мышей посредством эмбриональных стволовых клеток», то есть за изобретение метода нокаута генов.
Марио Капекки родился в 1937 году в Вероне (Италия). Его отец, летчик, погиб на войне, а мать попала в немецкий концлагерь за антифашистскую деятельность. В четыре года Капекки остался беспризорным. К счастью, ему удалось выжить, а мать нашла его после освобождения из концлагеря. Вскоре он вместе с матерью переехал в Соединенные Штаты, где и получил образование. Диссертацию по специальности «Биофизика» он подготовил в Гарварде под руководством одного из первооткрывателей структуры ДНК, Джеймса Уотсона (James D. Watson). C 1973 года Капекки работает в Университете Юты.
Оливер Смитис родился в Галифаксе (Англия) в 1925 году. Он учился в Оксфорде, где и защитил диссертацию по специальности «Биохимия». В пятидесятых годах Смитис намеревался эмигрировать в США и работать в Университете Висконсина (где он и начал впоследствии опыты, принесшие ему мировую славу), но из-за проблем с визой (sic!) в течение семи лет (1953-1960) жил в Канаде и работал в Университете Торонто. В 1988 году Смитис вместе с женой, которая не смогла найти себе позицию в Висконсине, переехал в Северную Каролину и стал работать в Университете Северной Каролины, где сотрудничает и поныне. Смитис - дальтоник, но несмотря на это не только успешно занимается биохимией, но и увлекается планеризмом.
Мартин Эванс родился в Великобритании в 1941 году и учился в Кембридже и в Университетском колледже в Лондоне. Он работал в Университетском колледже (1966-1978) и в Кембридже (1978-1999), а с 1999 года работает в Кардиффском университете в Уэльсе. В 2004 году Мартин Эванс был посвящен королевой Елизаветой II в рыцари за заслуги перед медициной.

Нокаутные мышиМетод нокаута генов позволяет получать линии нокаутных мышей (knock-out mice, knockout mice) - мутантных мышей, у которых выключены определенные гены. Этот метод позволяет исследовать роль каждого конкретного гена в развитии организма и в его нормальной и патологической работе и изучать различные человеческие болезни, используя мышей в качестве модельных объектов. Выключенный ген приводит к тем или иным нарушениям. Характер этих нарушений позволяет судить о функциях данного гена. С тех пор как эта методика была разработана, ее применение позволило создать тысячи различных линий нокаутных мышей, из которых несколько сотен служат модельными объектами для изучения человеческих болезней, в частности заболеваний сердечно-сосудистой и нервной систем и злокачественных опухолей.

 

В основе метода лежит явление гомологичной рекомбинации - обмена соответствующими участками между парами гомологичных хромосом. Марио Капекки и Оливер Смитис независимо друг от друга изобрели способ выключения (нокаутирования) генов за счет гомологичной рекомбинации с участием искусственно синтезированных фрагментов ДНК, имеющих определенную последовательность нуклеотидов, соответствующую участку одного из генов, но некоторым образом видоизмененную. Такие фрагменты вводят в выращиваемые в культуре (то есть в искусственной среде отдельно от организма) клетки посредством электропорации - через поры в клеточной мембране, созданные искусственно с помощью электрического поля. За счет рекомбинации в некоторых из клеток культуры введенная последовательность внедряется в хромосому на место нормальной.

Затем Эванс модифицировал этот метод для получения трансгенных мышей (то есть мышей с искусственно внедренными генами), добавляя гены в хромосомы инъецируемых стволовых клеток c помощью ретровирусов (вирусов, гены которых встраиваются в хромосомы клеток хозяина). Потомки химер, полученных таким способом, если у этих химер предшественники половых клеток образовывались из инъецированных в эмбрион стволовых клеток, оказывались носителями внедренного в стволовые клетки гена.

Достижения Эванса сделали возможным создание мышей, у которых определенный ген был бы выключен посредством нокаутирования за счет гомологичной рекомбинации с участием искусственно синтезированных фрагментов ДНК, то есть объединив метод Эванса с методом Капекки и Смитиса - нокаутируя гены в инъецируемых в эмбрион стволовых клетках. Именно в лабораториях Капекки и Смитиса (снова независимо, и в разных вариантах) подобный модифицированный метод и был впервые применен на практике, положив начало множеству работ с нокаутными мышами.

Применение метода нокаута генов стало особенно актуальным в последние годы, после завершения секвенирования (прочтения последовательности) полных геномов как человека (2003), так и мыши (2002), а также ряда других видов животных. Последовательно нокаутируя различные гены в пределах мышиного генома, исследователи выясняют функции каждого из них. Учитывая, что у человека и мыши очень многие гены сходны и выполняют одни и те же функции, нокаутные мыши предоставляют исследователям богатый материал для изучения роли генов в нормальном развитии и жизни человеческого организма и в патологических процессах. По-видимому, рано или поздно благодаря методу нокаута генов удастся изучить свойства всех (нескольких десятков тысяч) генов мышиного генома. Работы в этом направлении ведутся во многих странах мира, не исключая и Россию.

Метод нокаута генов можно применять не только на мышах, но и на других животных. Однако именно нокаутные мыши нашли особенно широкое применение - в связи с тем, что они эволюционно (и, соответственно, генетически) довольно близки к человеку, а получить нокаутные линии у них намного проще, чем у большинства других лабораторных животных. В частности, у крыс первые нокаутные линии были получены только в 2003 году, через много лет после создания первых нокаутных мышей.

Церемония награждения Нобелевскими премиями состоится, как обычно, 10 декабря, в день смерти Альфреда Нобеля (1896), в Стокгольме.

В прошлом году Нобелевскую премию по физиологии и медицине получили Эндрю Файр (Andrew Z. Fire) и Крейг Мелло (Craig C. Mello) за открытие другого пути выключения генов - РНК-интерференции, которая может происходить даже на поздних стадиях развития организма под действием участка двухцепочечной РНК, последовательность нуклеотидов в котором соответствует фрагменту выключаемого гена. При этом выключение происходит не за счет повреждения самого гена в хромосоме, а за счет уничожения считанных с него матричных РНК. Их уничтожение не позволяет синтезировать белок, кодируемый данным геном.

Источник: Alison Abbott. Biologists claim Nobel prize with a knock-out // Nature News. Published online 9 October 2007.

 

Лауреаты Нобелевской премии по физиологии и медицине за 2009 год (слева направо): Элизабет Блэкберн, Кэрол Грейдер и Джек Шостак.

Нобелевская премия по физиологии и медицине 2009 года присуждена Элизабет Блэкберн, Кэрол Грейдер и Джеку Шостаку «за открытие того, как теломеры и фермент теломераза защищают хромосомы». Механизм защиты хромосом от укорачивания при каждом делении был впервые предсказан в 1971 году Алексеем Матвеевичем Оловниковым; впоследствии его теоретические построения были подтверждены на практике экспериментаторами, которые и удостоились этой Нобелевской премии. Теломеры играют определенную роль в возрастных изменениях клеток и всего организма и в развитии злокачественных заболеваний. Дальнейшие исследования их динамики и принципов работы удлиняющего их фермента теломеразы могут помочь найти новые пути борьбы со старением и раком.

Первооткрыватели теломеразы и обеспечиваемого этим ферментам механизма защиты хромосом от укорачивания живут и работают в США. Это Элизабет Блэкберн из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, Кэрол Грейдер из Школы медицины Университета Джонса Хопкинса и Джек Шостак  из Гарвардской школы медицины.

Элизабет Блэкберн родилась в 1948 году в Австралии - в Хобарте, столице Тасмании, - в семье врачей. Когда она была школьницей, ее семья переехала в Мельбурн, где Блэкберн училась в Мельбурнском университете в колледже и в магистратуре. Затем она поступила в аспирантуру в Кембридж и получила там степень доктора философии. Впоследствии Блэкберн два года работала в Йельском университете, после чего (в 1978 году) перешла в Калифорнийский университет в Беркли, где и были сделаны ее важнейшие открытия, связанные с теломеразой. В 1990-м она перешла в другой филиал того же огромного университета - Калифорнийский университет в Сан-Франциско, где работает и по сей день. Кроме того, она является сотрудницей Института Солка в Сан-Диего, а с 2002-го по 2004 год работала в составе Президентского совета по биоэтике. Ее исключение из этого совета связывают с ее позицией по вопросу исследований эмбриональных стволовых клеток, которая была неугодна администрации Джорджа Буша-младшего, наложившего вето на федеральное финансирование этих важнейших исследований. В апреле нынешнего года Блэкберн была избрана президентом Американской ассоциации онкологических исследований и в следующем году должна возглавить эту ассоциацию.

Кэрол Грейдер родилась в 1961 году в Сан-Диего (штат Калифорния). В 1983 году она получила степень бакалавра в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре, после чего перешла в Калифорнийский университет в Беркли, где ее научным руководителем стала Элизабет Блэкберн. Уже в 1985 году в журнале Cell была опубликована статья Грейдер и Блэкберн, сообщавшая об открытии теломеразы. Получив докторскую степень в 1987 году, Грейдер стала сотрудницей Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор, а в 1997 году перешла в Университет Джонса Хопкинса, где и по сей день работает профессором. Лаборатория, возглавляемая Кэрол Грейдер, продолжает исследования теломер и теломеразы.

Джек Шостак родился в Лондоне в 1952 году. Вскоре его родители переехали в Монреаль, где он учился в колледже Университета Макгилла и в 1972 году стал бакалавром. Докторскую степень он получил в 1977 году в Корнелле, где оставался еще два года, после чего перешел в Гарвардскую школу медицины, где работает и сегодня, профессором отделения генетики. Помимо Гарварда, Шостак является сотрудником еще двух учреждений - Массачусетской неспециализированной больницы и Медицинского института Говарда Хьюза. Кроме открытия теломеразы, Шостак первым синтезировал искусственные хромосомы дрожжей. Создание таких искусственных хромосом нашло широкое применение в картировании генов животных, в том числе человека, и в развитии технологий генной инженерии. В настоящее время гарвардская лаборатория Шостака занимается прежде всего вопросами, связанными с происхождением жизни, и работает над искусственным синтезом живых клеток.

Теломеры - концевые участки хромосом, состоящие из повторяющихся последовательностей нуклеотидов, - были открыты в пятидесятые годы XX века. Теломеры можно увидеть даже в световой микроскоп: готовящиеся к делению или делящиеся клетки можно окрасить таким образом, чтобы теломеры отличались по цвету от центральных частей каждой хромосомы. Теломеры имеются только у эукариот (организмов, в клетках которых есть ядро), а у бактерий и архей хромосомы замкнуты в кольцо и теломер не имеют. Эти концевые участки хромосом не содержат генов: записанная на теломерах информация не считывается на матричные РНК и ничего не кодирует. Собственно, информации в теломерах содержится довольно мало, ведь они состоят из повторяющихся одинаковых последовательностей нескольких нуклеотидов. Эти последовательности довольно однообразны. В частности, у всех позвоночных, а также у многих грибов и протистов это всегда ЦЦЦТАА, а у высших растений - по-видимому, всегда ЦЦЦТААА.

Поначалу функции теломер были неизвестны, как не была известна и последовательность входящих в их состав нуклеотидов. В конце пятидесятых годов был открыт фермент ДНК-полимераза, обеспечивающий удвоение молекул ДНК. Чтобы начать работать, этот фермент должен присоединиться к синтезируемому другим ферментом праймеру - короткому сидящему на цепочке ДНК фрагменту РНК, который впоследствии удаляется. При этом ДНК-полимераза может двигаться по цепочке ДНК только в одном направлении - от 5'-конца к 3'-концу. В результате ДНК-полимераза не может полностью скопировать всю молекулу ДНК: на одном из концов, к которому она прикрепляется, должен оставаться нескопированный фрагмент. На это впервые обратили внимание, независимо друг от друга, Алексей Матвеевич Оловников и Джеймс Уотсон. Получалось, что хромосомы должны укорачиваться при каждом делении клетки за счет некопируемых концевых участков. Уотсон предположил, как эта проблема должна решаться у бактериофагов, ДНК которых тоже не замкнута в кольцо, а Оловников описал, как она может решаться у эукариот, и выдвинул гипотезу о существовании фермента, способного добавлять к концу хромосомы повторяющиеся последовательности. Он также предположил, что регуляция работы этого фермента может играть ключевую роль в старении организма (за счет постепенного укорачивания концевых участков хромосом у клеток, которые должны разделиться лишь ограниченное число раз) и что неполадки в механизме такой регуляции могут быть причиной бескнтрольного деления клеток злокачественных опухолей.

Вскоре в теломерах некоторых организмов были действительно открыты повторяющиеся последовательности. Опыты, проведенные в лаборатории Джека Шостака в Гарвардской школе медицины, показали, что чужеродные фрагменты ДНК, внедренные в клетки дрожжей, способны удваиваться, но, в отличие от собственной ДНК дрожжей, существуют в делящихся клетках недолго. Элизабет Блэкберн, будучи аспиранткой в Кембридже, освоила разработанные на тот момент методики секвенирования ДНК (чтения последовательности нуклеотидов) и впоследствии в Йеле установила, какая именно последовательность повторяется на концах хромосом у инфузории Tetrahymena thermophila (ЦЦЦЦАА). Встретившись на конференции в 1980 году, Шостак и Блэкберн задумали совместный эксперимент, результаты которого указывали на то, что именно теломеры защищают собственные хромосомы дрожжей от деградации при неоднократном делении клеток. Исследователи присоединили фрагменты с повторяющейся последовательностью нуклеотидов, обнаруженной у инфузории, к небольшим чужеродным фрагментам ДНК и внедрили полученные молекулы в дрожжевые клетки. Такие молекулы успешно удваивались в дрожжевых клетках, наряду с собственными хромосомами дрожжей, причем на их концах в итоге оказывалась повторяющаяся последовательность нуклеотидов, свойственная собственным теломерам дрожжей. Публикация этих результатов в журнале Cell была первой работой, экспериментально показавшей защитную роль теломер.

 

Схема работы фермента теломеразы (telomerase). Фермент наращивает концевые участки хромосом, добавляя к ним одинаковые последовательности нуклеотидов. Этот процесс включает две чередующихся стадии: (a) элонгация, то есть удлинение, и (b) транслокация, то есть перемещение. Во время элонгации концевой участок цепочки ДНК связан с РНК-матрицей (RNA template), входящей в состав фермента, и удлиняется за счет присоединяемых к нему нуклеотидов, комплементарных свободному участку матрицы. Во время транслокации молекула ДНК сдвигается на несколько нуклеотидов, вновь освобождая участок РНК-матрицы, и цикл повторяется. При этом наращивается только одна цепочка ДНК, но комплекс других ферментов, основу которого составляет ДНК-полимераза, достраивает большую часть второй цепочки. Одноцепочечным остается только небольшой «хвост» в самом конце. Если бы не теломераза, такие хвосты сокращали бы длину двухцепочечной ДНК при каждом ее удвоении, и любая хромосома укорачивалась бы при каждом делении клетки. Рисунок с сайта barleyworld.org

Концевой участок хромосомы - теломера (telomere). Каждая хромосома (chromosome), содержащаяся в ядре (nucleus) клетки (cell), перед делением клетки представлена двумя одинаковыми половинками - хроматидами, в основе каждой из которых лежит одна очень длинная, но компактно свернутая молекула ДНК, на каждом конце которой расположены участки из повторяющихся последовательностей. Эти концевые участки и есть теломеры. При подготовке к делению, когда хроматиды удваиваются, концы каждой хромосомы всегда укорачивались бы (механизм удвоения ДНК не позволяет их копировать), если бы фермент теломераза не наращивал на концах новые повторяющиеся последовательности.

Шостак и Блэкберн, вслед за Оловниковым, предположили, что наращивание теломер обеспечивается определенным ферментом. Начались поиски этого фермента. В 1984 году его впервые смогла выделить Кэрол Грейдер, бывшая тогда еще студенткой и работавшая под руководством Элизабет Блэкберн. В статье, также опубликованной в Cell, Грейдер и Блэкберн впервые описали свойства открытого ими фермента и назвали его теломеразой. Изучая этот фермент, они обнаружили входящий в его состав фрагмент РНК, на матрице которого и синтезируются повторяющиеся последовательности нуклеотидов, добавляемые теломеразой к концевым участкам хромосом. Это открытие было описано в статье, опубликованной в Nature.

Дальнейшие исследования, проведенные в лабораториях Блэкберн и Шостака, показали, что лишенные теломеразы клетки рано или поздно прекращают делиться и умирают. Многие типы раковых клеток, напротив, обладают повышенной активностью теломеразы, что способствует их бесконтрольному делению и образованию злокачественных опухолей. Как и предполагал Оловников, теломеры оказались важным инструментом регуляции как старения, так и возникновения рака. В настоящее время уже разработаны и проходят испытания лекарственные препараты, которые, возможно, позволят бороться с рядом форм рака за счет подавления активности теломеразы в раковых клетках.

С работой теломеразы связано также развитие врожденного дискератоза (dyskeratosis congenita) - редкого наследственного заболевания, которое вызывает преждевременное старение кожи. Симптомы этой болезни связаны с нарушениями в регуляции длины теломер. Врожденный дискератоз пока не умеют лечить, но дальнейшие исследования могут позволить найти способы останавливать его развитие.

Хотя общий принцип работы теломеразы уже ясен, еще предстоит выяснить многие важные подробности, в частности механизмы регуляции, не позволяющие теломерам неограниченно разрастаться и определяющие их сокращение у стареющих клеток. Что касается роли теломер в старении, здесь тоже по-прежнему многое остается неясным, хотя сокращение их длины действительно характерно для стареющих эукариотических клеток.

 

Нобелевская премия по физиологии и медицине - 2010

   

Нобелевская премия по физиологии и медицине 2010 года присуждена британскому ученому Роберту Эдвардсу «за разработку [метода] экстракорпорального оплодотворения» (ЭКО). Эдвардс разработал этот метод в 60-70-х годах прошлого века вместе с ныне покойным Патриком Стептоу. В 1978 году родился первый «ребенок из пробирки». С тех пор метод ЭКО нашел широкое применение во многих странах, и с его помощью появились на свет уже около четырех миллионов детей. Отношение к исследованиям Эдвардса и Стептоу в обществе с самого начала было неоднозначным и остается таковым до сих пор, однако успех разработанного ими метода и отсутствие побочных эффектов убедил многих в том, что экстракорпоральное оплодотворение можно и нужно применять в медицине. Этот метод не только позволяет иметь детей многим людям, которые иначе оставались бы бездетными, но и помогает предотвращать передачу детям тяжелых наследственных заболеваний. Кроме того, в процессе экстракорпорального оплодотворения медики получают избыточные человеческие эмбрионы на ранних стадиях развития, которые используются в важнейших биомедицинских исследованиях (в частности, из них добывают эмбриональные стволовые клетки).

Роберт Эдвардс родился в 1925 году в Манчестере. После службы в армии в годы Второй мировой войны он учился в Уэльском университете в Бангоре (University of Wales, Bangor, ныне Bangor University) и в Эдинбургском университете (University of Edinburg), где в 1955  году получил степень доктора философии (PhD), защитив диссертацию, посвященную эмбриональному развитию у мышей. В 1958 году он стал научным сотрудником Национального института медицинских исследований (National Institute for Medical Research) в Лондоне, где и начал заниматься проблемой оплодотворения у людей. С 1963 года Эдвардс работал в Кембридже и его окрестностях: вначале в Кембриджском университете, а затем в Клинике Борн-Холл (Bourn Hall Clinic), основанной им вместе с акушером и гинекологом Патриком Стептоу (Patrick Steptoe), вместе с которым Эдвардс и разработал метод экстракорпорального оплодотворения. Их клиника стала первым в мире медицинским учреждением, где применялся этот метод, получивший впоследствии широкое распространение. Многие годы Эдвардс руководил в этой клинике медицинскими исследованиями. В настоящее время здоровье уже не позволяет ему работать, и он живет в доме престарелых, но сохраняет звание заслуженного профессора Кембриджского университета.

 

Немногие ученые могут похвастаться тем, что четыре миллиона человек обязаны своим существованием их работе, но Роберт Эдвардс - один из этих немногих. Именно он, вместе с Патриком Стептоу, разработал метод, благодаря которому миллионы людей появились на свет, и миллионы (если не миллиарды!) еще появятся. Метод экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) позволяет осуществлять оплодотворение вне тела матери, а затем внедрять развившийся из оплодотворенной клетки эмбрион в матку матери (или другой женщины, согласившейся родить не своего ребенка) и давать жизнь человеку, который иначе не мог бы появиться на свет.

Для разработки и внедрения этого метода Эдвардсу пришлось решить ряд фундаментальных биологических проблем и преодолеть сопротивление политиков, религиозных организаций и даже некоторых коллег. Эдвардс активно участвовал в обсуждении этических и юридических вопросов, поднимаемых его работой, и его деятельность увенчалась успехом, в признании которого Нобелевская премия ставит если не точку, то восклицательный знак.

Первый «ребенок из пробирки» - Луиза Браун (Louise Brown) - родился в 1978 году. За следующие пять лет на свет появилось еще полторы сотни детей из пробирки, после чего внедрение метода ЭКО приняло лавинообразный характер, и сегодня с помощью этого метода зачаты и появились на свет уже миллионы людей.

Если бы Патрик Стептоу, скончавшийся в 1988 году, был сегодня жив, он наверняка разделил бы эту премию с Эдвардсом, но завещание Альфреда Нобеля не позволяет присуждать Нобелевскую премию посмертно. В 2001 году Эдвардс уже получил одну престижную естественнонаучную награду - премию Ласкера, лауреаты которой нередко впоследствии удостаиваются Нобелевской премии, но и эту награду Стептоу уже не мог с ним разделить. Вместе с тем, хотя Стептоу был старше Эдвардса, именно Эдвардс был инициатором их совместных исследований, которым суждено было сыграть в жизни человечества заметную роль.

Еще в 50-годы Эдвардс научился осуществлять дозревание и оплодотворение яйцеклеток мышей и некоторых других млекопитающих экстракорпорально (вне тела, то есть в пробирке). Вскоре после этого, начав работать в Национальном институте медицинских исследований, учреждении, финансируемом Медицинским исследовательским советом (Medical Research Council), он начал работу над медицинским применением собственных результатов и достижений других исследователей биологии размножения. Он проводил свои исследования на незрелых яйцеклетках, извлеченных из женского организма в процессе хирургических операций.

К 1968 году Эдвардсу удалось не только разработать надежную методику, позволяющую добиваться созревания яйцеклеток в пробирке, но и научиться производить оплодотворение этих яйцеклеток и обеспечивать развитие оплодотворенных яйцеклеток до ранних стадий человеческого зародыша, которые можно было внедрять в организм будущей матери. Прочитав о достижениях Патрика Стептоу в области лапароскопии (хирургического вмешательства с помощью волоконно-оптического кабеля), Эдвардс связался с ним и предложил сотрудничество, надеясь, что лапароскопия позволит извлекать из яичников незрелые яйцеклетки. Договорившись о сотрудничестве, Эдвардс и Стептоу выработали для себя собственный свод этических правил. Они решили, что не будут продолжать свои исследования, если это будет угрожать жизни или здоровью пациентов или их будущих детей, но не будут придавать значения «невнятным религиозным или политическим соображениям».

В 1971 году Медицинский исследовательский совет отказал Эдвардсу и Стептоу в финансировании. Это решение было связано с рядом причин, в том числе с озабоченностью совета нарушениями, которые метод ЭКО мог вызвать у зачатых экстракорпорально младенцев, а также с сомнениями в целесообразности таких исследований, принимая во внимание проблему перенаселения (которая по-прежнему стоит перед человечеством, но внедрение ЭКО едва ли всерьез мешает ее решению, поскольку этот метод необходим лишь малой доле родителей). Тем не менее, ученым удалось найти средства для продолжения своей работы, которая уже в 1978 году увенчалась успехом. Вскоре после этого руководители Медицинского исследовательского совета решили возобновить финансирование работы Эдвардса и Стептоу.

Экстракорпоральное оплодотворение не только позволяет иметь детей парам и матерям-одиночкам, которые без этого метода остались бы бездетными, но и дает родителям, являющимся носителями опасных наследственных заболеваний (таких как хорея Хантингтона) возможность обезопасить своих детей. Используя этот метод, врачи получают не один, а несколько эмбрионов на ранних стадиях развития, и из их числа для внедрения в организм матери (или другой женщины, подходящей для этого и согласившейся родить не своего ребенка) можно выбрать те, которым не передались серьезные наследственные заболевания родителей.

Более того, избыточные человеческие эмбрионы на ранних стадиях развития, получаемые как побочный продукт ЭКО, могут использоваться и уже широко используются для получения эмбриональных стволовых клеток. Исследование этих клеток, возможность государственного финансирования которого в настоящее время решается в США в судебном порядке, имеет огромное значение для медицины и позволит в будущем спасти миллионы жизней.

Некоторые (хотя и далеко не все) религиозные организации выступают против использования ЭКО и исследования эмбриональных стволовых клеток. Главным основанием для этих протестов служит идея, что человеческий эмбрион, даже на самых ранних стадиях развития, уже является человеком, и его искусственное создание и тем более уничтожение безнравственно. Но где проходит граница между тем, что может стать человеком, но еще не человек, и человеческим существом? Все научные данные свидетельствуют о том, что ранние стадии развития эмбрионов еще не обладают никакими чертами человеческой личности, а значит, являются людьми не в большей степени, чем оплодотворенная яйцеклетка, или даже отдельные яйцеклетки и сперматозоиды, которые в любом случае гибнут в огромных количествах (лишь малая доля яйцеклеток и еще во много раз меньшая доля сперматозоидов сливаются, давая начало эмбрионам).

В настоящее время ЭКО широко применяется во многих странах (в том числе в России), но некоторые государства наложили на этот метод запреты - частичные (например, Китай) или полные (например, Коста-Рика). Однако есть все основания полагать, что внедрение этого метода продолжится, а неуклонно уменьшающаяся стоимость генетических анализов позволит еще успешнее применять ЭКО для предотвращения передачи генетических заболеваний по наследству.

А тот факт, что миллионы людей никогда не появились бы на свет, если бы не разработанный Эдвардсом и Стептоу метод, заставляет поверить в силу этого метода и нужду в его применении.

Основные источники:
1) Alison Abbot. Baby boom bags Nobel prize // Nature. V. 467. P. 641-642. Published online 4 October 2010.
2) Gretchen Vogel, Martin Enserink. Honor for test tube baby pioneer // Science. V. 330. P. 158-159. Published online 5 October 2009.
3) The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2010 (сообщение на сайте Нобелевского комитета).

Cм. также:
1) Robert G. Edwards, David J. Sharpe. Social values and research in human embryology // Nature. 14 May 1971. V. 231. P. 87-91.
2) Martin H. Johnson et al. Why the Medical Research Council refused Robert Edwards and Patrick Steptoe support for research on human conception in 1971 // Human Reproduction. 2010. V. 25. P. 2157-2174.
3) Нобелевская премия по физиологии и медицине - 2009, «Элементы», 10.10.2009.

 

Нобелевская премия по физиологии и медицине - 2012
 
 

Нобелевскими лауреатами 2012 г. по физиологии и медицине стали Джон Б. Гердон (John B. Gurdon) и Шинья Яманака (Shinya Yamanaka), установившие, что зрелые специализированные клетки могут быть перепрограммированы обратно в незрелые клетки, способные развиваться в любой клеточный тип. Их открытие стало революционным в понимании процессов развития клеток и организмов.

Еще в 1962 г. Джон Бертран Гердон установил, что специализация клеток обратима. В эксперименте, ставшем классическим, он заменил незрелое ядро яйцеклетки лягушки ядром зрелой клетки кишечного эпителия. Модифицированная яйцеклетка дала начало нормальному головастику. Это свидетельствует о том, что ДНК зрелой клетки все еще содержит всю информацию, необходимую для развития клеток во взрослую лягушку.

Сорока годами позже, в 2006 г. Шинья Яманака открыл, что интактные зрелые клетки мыши могут быть перепрограммированы обратно в незрелые стволовые клетки. Удивительно, но, внедрив всего лишь несколько генов в клеточный геном, он смог перепрограммировать специализированные клетки в плюрипотентные стволовые клетки (иПСК), способные развиваться во все типы клеток организма.

Эти основополагающие открытия полностью изменили наш взгляд на развитие и клеточную специализацию. Теперь известно, что зрелые клетки не «приговорены» навсегда к определенной специализации. Учебники переписаны, открыты новые просторы для исследований. Благодаря перепрограммированию человеческих клеток обратно в «стволовое» состояние ученые получают новые возможности для исследования заболеваний и разрабатывают новые методы диагностики и лечения.

Жизнь - это путешествие в направлении увеличения специализации

Все мы развились из оплодотворенной яйцеклетки. В течение первых дней после зачатия эмбрион состоит из неспециализированных плюрипотентных клеток, каждая из которых способна развиваться во все типы клеток, формирующих взрослый организм. В ходе дальнейшего развития эмбриона эти клетки дадут начало нервным, мышечным клеткам, клеткам печени и всем другим типам клеток, каждый из которых специализируется на выполнении определенной функции во взрослом организме. Долгое время путь от незрелой клетки к специализированной рассматривался как однонаправленный. Считалось, что клетки изменяются в ходе созревания таким образом, что дальше они не способны вернуться в недифференцированное состояние.

«Прыжок назад» в развитии

Джон Гердон бросил вызов догме о том, что специализированные клетки необратимо вверены своей судьбе. Он предположил, что их геном, должно быть, еще содержит всю информацию, необходимую для поддержания развития всех типов клеток организма. В 1962 г. он проверил свою гипотезу, заместив ядро яйцеклетки лягушки ядром из зрелой специализированной клетки, полученной из кишечника головастика. Из яйца развился нормальный клонированный головастик, после чего эксперимент был повторен со взрослыми лягушками. Так подтвердилось, что ядро зрелой клетки не потеряло способность «запускать» развитие полностью функционирующего организма.

Знаковое открытие Гердона изначально было встречено со скептицизмом, но после подтверждения другими учеными было принято. Открытие стало толчком к последующим исследованиям и разработке новых технологий, которые развивались дальше и, в конце концов, привели к клонированию млекопитающих. Исследование Гердона дало возможность понять, что ядро зрелой специализированной клетки может быть «обращено» в плюрипотентное состояние. Однако его эксперименты подразумевали извлечение клеточного ядра с помощью пипетки с последующей пересадкой в другие клетки. Будет ли возможно превратить нетронутую клетку в плюрипотентную?

«Туда и обратно»: зрелые клетки превращаются в стволовые

Ответить на этот вопрос смог Яманака через 40 лет после открытия Гердона. Его исследования касались эмбриональных стволовых клеток - плюрипотентных клеток, полученных из эмбриона и культивируемых в лаборатории. Такие стволовые клетки изначально были получены Мартином Эвансом (Martin Evans) из мыши (Нобелевская Премия 2007 г.). Яманака пытался найти гены, которые поддерживают их в недифференцированном состоянии. Идентифицировав несколько таких генов, он проверил, может ли какой-нибудь из них вернуть зрелую клетку в плюрипотентное состояние.

Яманака и его коллеги встроили найденные гены в различных комбинациях в геном фибробластов (взрослые клетки соединительной ткани) и изучали результаты с помощью микроскопа. Наконец они нашли комбинацию, которая сработала, а ее состав оказался на удивление прост: внедрив всего четыре гена в геном фибробластов, они смогли перепрограммировать их обратно в стволовые клетки!

Полученные индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПСК) могли развиваться в зрелые специализированные клетки: фибробласты, нервные клетки, клетки кишечного эпителия и другие клетки. Информация о том, что интактные зрелые клетки могут быть перепрограммированы в плюрипотентные стволовые клетки, была опубликована в 2006 г. и мгновенно была расценена как крупное достижение.

От удивительного открытия к медицинскому использованию

Открытия Гердона и Яманаки показали, что специализированные клетки в определенных обстоятельствах могут обратить вспять «часы» развития. Несмотря на то, что их геном подвергся модификациям в ходе развития, приобретенные модификации не были необратимыми. Так закрепился новый взгляд на развитие клеток и организмов.

Исследования нескольких последних лет показали, что иПСК могут дать начало всему разнообразию клеточных типов организма. Эти открытия также обеспечили ученых со всего мира новым инструментом и привели к значительному прогрессу во многих областях медицины, поскольку иПСК могут быть получены из клеток человека.

К примеру, у пациентов, страдающих различными заболеваниями, могут быть получены клетки кожи, затем перепрограммированы и далее исследованы в лаборатории для определения их отличий от клеток здоровых людей. Такие клетки являются бесценным инструментом для понимания механизмов заболеваний и дают новые возможности для разработки методов лечения.

Сэр Джон Бертран Гердон родился в 1933 г. в Диппенхолле (Dippenhall, Великобритания). Он получил степень Доктора в Оксфордском Университете (University of Oxford) в 1960 г. и работал научным сотрудником в Калифорнийском Технологическом Институте (California Institute of Technology) (США). В 1972 г. он стал сотрудником Кэмбриджского Университета (Cambridge University) (Великобритания) и являлся профессором Клеточной Биологии и магистром Колледжа Магдалены (Magdalene College). В настоящее время ученый работает в Институте Гердона (Gurdon Institute) в Кэмбридже.

Шинья Яманака родился в Осаке (Япония) в 1962 г. Степень Доктора Медицины он получил в 1987 г. в Университете Кобе (Kobe University) (Япония) и прежде, чем приступить к фундаментальным исследованиям, практиковал как хирург-ортопед. Яманака получил степень Доктора Философии (PhD) в 1993 г. в Городском Университете Осаки (Osaka City University) (Япония), после чего работал в Институте Гладстона (Gladstone Institute) в Сан-Франциско (США) и Институте Науки и Технологии Нара (Nara Institute of Science and Technology) (Япония). В настоящее время Яманака является профессором Киотского Университета (Kyoto University) (Япония) и членом Института Гладстона.

 http://www.nobelprize.org/

 


Новости

   
©ТСО 2002-2007.