Нобелевская неделя – 2020

Ежегодная Нобелевская неделя завершилась. Нобелевский комитет огласил всех лауреатов премии 2020 года. В этом году ее размер составил 1,12 млн долл. В связи с пандемией коронавируса церемония вручения премий, запланированная на 10 декабря, пройдет в формате телетрансляции.

Нобелевская премия по физиологии и медицине была присуждена американцам Харви Алтеру и Чарльзу Райсу, а также британцу Майклу Хаутону за открытие возбудителя гепатита C.

Об этом стало известно во время специальной онлайн-конференции из шведского Стокгольма. Как было сообщено на церемонии, Нобелевская премия этого года «присуждена трем ученым, которые внесли решающий вклад в борьбе с гепатитом, передающимся через кровь, – ​одной из самых главных глобальных проблем здравоохранения».

Слева направо: Харви Дж. Алтер, Майкл Хаутон, Чарльз М. Райс

В Нобелевском комитете напомнили о существовании нескольких форм гепатита. Так, вирус, вызывающий развитие гепатита A, был впервые описан в 1973 г. Инфицирование происходит через желудочно-кишечный тракт при употреблении зараженной пищи и воды. Вирус гепатита B был открыт в 1965 г. в крови пациента с лейкозом, который несколько раз перенес процедуру переливания крови. Этот вирус попадает в организм больного через кровь и чаще всего вызывает вялотекущее хроническое заболевание. Однако дальнейшие исследования показали, что у пациентов, перенесших переливание крови, развивался хронический гепатит, вызванный неизвестной доныне инфекцией. Несколько позже, в 1975 г. было установлено, что существует еще как минимум одна форма гепатита, которая, хотя и передается, как гепатит B, через кровь, вызывается совсем другим вирусом. Эту форму заболевания сначала так и называли «гепатит не A и не B» (non-A, non-B hepatitis), а теперь это просто вирусный гепатит C. Открытие еще одной формы гепатита стало началом долгой истории обширных биомедицинских исследований, принесших в итоге действительно впечатляющие плоды.

По данных ВОЗ, около 70 млн человек ежегодно заболевают гепатитом С, а тысячи умирают от этой болезни. Вирусный гепатит С является глобальной проблемой здравоохранения, сопоставимой по масштабам с ВИЧ-инфекцией и туберкулезом. Инфицирование может происходить при проведении медицинских манипуляций с использованием недостаточно чистых инструментов (например, при лечении зубов, проведении инъекций или заборе крови для анализа), при переливаниях зараженной крови, при внутривенном введении наркотических средств и др.

Лауреаты Алтер, Хаутон и Райс выявили причину хронического гепатита и идентифицировали вирус гепатита С. Их открытие привело к разработке высокочувствительных анализов крови и созданию новых лекарств, которые спасли огромное количество больных. В частности, отмечается, что Алтер первым обнаружил вирусное происхождения гепатита С и его отличия от вирусов гепатита А и В, Хаутон, используя непроверенный на тот момент метод, изолировал геном вируса С, а Райс представил окончательные доказательства того, что вирус гепатита С сам по себе может вызывать гепатит.

Действительно, эти ученые дали нам потенциальную возможность искоренить вирус гепатита С (HCV). «Открытие вируса гепатита С выявило причину оставшихся случаев хронического гепатита и сделало возможными анализы крови и изобретение новых лекарств, которые спасли миллионы жизней», – ​утверждают в комитете.

В 1989‑1990 гг. Майкл Хаутон являлся соавтором публикаций, в которых были идентифицированы антитела к вирусу гепатита C в крови, а именно среди больных с высоким риском заболевания гепатитом C, включая получавших переливание крови. Эти работы привели к разработке (1990) анализа крови на наличие антител. К 1992 г. широкое применение этого теста с одновременной разработкой более чувствительного теста позволило практически исключить заражение гепатитом C донорской крови в Канаде. В других исследованиях того же времени Хаутон с коллегами доказали связь гепатита C с раком печени. 

В 2013 г. в лаборатории Хаутона в Университете Альберты было установлено, что вакцина против одного штамма вируса гепатита C может быть эффективна и против всех других генотипов.

В середине 1970-х гг. Алтеру и его группе исследователей удалось доказать, что большинство случаев гепатита после переливания крови не связаны с известными видами гепатита A и B. С помощью исследований на шимпанзе коллективу удалось продемонстрировать существование нового для ученых вида гепатита, первоначально названного non-A, non-B hepatitis. Эта работа в конечном итоге привела к открытию вируса гепатита C. В 1988 г. команда, возглавляемая Алтером, смогла обнаружить вирус в образцах крови пациентов. В апреле 1989 г. описание нового вируса, получившего название «вирус гепатита C», было опубликовано в двух статьях журнала Science.

Итак, вирусолог Х. Алтер в 1970-х гг. вместе с коллегами в Национальном институте здравоохранения США доказал, что неизвестный вид гепатита имеет вирусный характер, а болезнь через кровь может передаваться как людям, так и обезьянам.

Майкл Хаутон, работавший в фармацевтической фирме Chiron (в настоящее время работает в канадском Университете Альберты), взялся установить генетическую последовательность вируса. Ему предстояло собрать всю ДНК из крови шимпанзе и узнать, на какие из ее фрагментов реагируют антитела из крови людей, болевших неизвестным гепатитом. Лишь в 1989 г. выпускнику Университета Восточной Англии британцу М. Хаутону удалось выделить геном гепатита С.

Американский вирусолог Чарльз Райс в ходе работ в Вашингтонском университете в Сент-Луисе доказал (1997), что клонированный вирус может размножаться и вызывать гепатит.

В Нобелевском комитете поясняют, что открытие ученых позволило создать «высокочувствительные тесты, устранившие риск передачи гепатита С при переливании крови» и препараты для лечения заболевания.

Харви Алтер, Майкл Хаутон и Чарльз Райс сделали основополагающие открытия, которые привели к идентификации нового вируса – ​вируса гепатита С. Нобелевский комитет отметил, что до их работ открытие вирусов гепатита А и В было важным шагом вперед, но большинство случаев гепатита, передаваемого через кровь, оставалось необъясненным. Эти нобелиаты, до сих пор продолжающие исследования с вирусом гепатита C, принесли неоценимую пользу современному человечеству, дав возможность разработать эффективные меры по диагностике, предотвращению и лечению этой инфекции.

Комитет особо отметил, что открытие, сделанное нынешними лауреатами, называют вехой в борьбе с вирусными заболеваниями, так как оно позволило создать высокочувствительные анализы крови, устранить риск заражения при переливании крови и дало «старт быстрому созданию эффективных препаратов от гепатита С».

Премию в области физиологии и медицины присуждает Королевский Каролинский медико-хирургический институт Стокгольма, в его Нобелевскую ассамблею входят 50 человек. В общей сложности Нобелевская премия по медицине вручалась уже 110 раз, ее лауреатами до 2019 г. включительно становились 219 человек, из них лишь 12 женщин.

Нобелевская премия по химии была присуждена американке Дженнифер Дудне и француженке Эммануэль Шарпантье за разработку метода редактирования генома. Это первый случай в истории Нобелевской премии по химии, когда ее получили сразу две женщины.

Речь идет об открытии инструмента для переписывания кода жизни – ​«генетических ножниц CRISPR/Cas9», используя которые ученые могут редактировать ДНК животных, растений и микроорганизмов с очень высокой точностью. Нынешние лауреаты открыли тончайшие грани этих «ножниц» и отладили их.

«Это очень мощный генетический инструмент, который затрагивает всех нас. Он не только произвел революцию в фундаментальной науке, но и благодаря ему удалось получить инновационный урожай, а также станет возможным создать передовые методы лечения», – ​отметил председатель Нобелевского комитета по химии Клас Густавсон.

Французский микробиолог Эмманюэль Шарпантье и американский биохимик Дженнифер Дудна поначалу занимались изучением метода, способного редактировать геном, изменять ДНК животных, растений и микроорганизмов, по отдельности, но затем объединили свои усилия. Метод был открыт в 2012 г. В науке он получил известность как «генетические ножницы CRISPR/ Cas9» и стал невероятно популярным среди биохимиков и молекулярных биологов по всему миру. С его помощью ученые смогли с легкостью изменять ДНК животных, растений и микроорганизмов. По мнению Нобелевского комитета, «генетические ножницы» вывели науки о жизни на абсолютно новый этап развития.

В теле человека – ​триллионы клеток, и в каждой из них свернута в клубок двойная спираль генетического кода. Каждая такая спираль – ​это цепочка информации длиной в 6 млрд звеньев, накопленная нашими предками за тысячелетия эволюции.

Удаленные звенья можно заменить «заплаткой» (то есть другой последовательностью), а можно просто «сшить» генетический код так, как будто на месте удаленного фрагмента ничего и не было.

Ученые считают, что этот инструмент поможет разработать лечение для тяжелых заболеваний, в т.ч. числе и рака.

Когда Шарпантье и Дудна исследовали иммунную систему бактерии Streptococcus, они открыли молекулярный инструмент, с помощью которого можно делать точные разрезы в генетическом материале, что позволяет легко изменять код жизни.

Нынешние нобелиаты сыграли важнейшую роль в изучении CRISPR – ​природной системы приобретенного иммунитета у микроорганизмов. С ее помощью последние могут находить и избавляться от попавшей в их клетки вирусной РНК или ДНК. Исследуя эту систему, ученым постепенно удалось разобраться, из чего она состоит и как работает. А Дудна и Шарпантье довели это понимание до такой четкости, что смогли создать ее искусственный аналог, работающий точно и эффективно там, где необходимо самому исследователю, в зависимости от поставленных задач.

Сотни экспериментов потребовались для того, чтобы создать рабочую лошадку биоинженера – ​точные «ножницы» для вырезания и вшивания требуемых фрагментов ДНК или даже единичных нуклеотидов. Эта рабочая лошадка представляет собой «химерную» РНК, соединяющую в себе и crРНК, и tracrРНК. Вместо последней – ​петля с комплементарной последовательностью, создающая эффект сдвоенной РНК. Дудна и Шарпантье проверили, как работает эта «химера»: сможет ли она из плазмиды вырезать последовательность зеленого светящегося белка. Идея этого эксперимента была простой: если сможет и раствор станет светлым, то, значит, «химера» сработала, а если раствор останется зеленым, то ничего не получилось. Но у них все вышло – ​не зря педантично и вдумчиво проверялся каждый шаг этого исследования. Да и само оно было лишь отдельным эпизодом длинной истории размышлений и работы.

И самим авторам работы, и всем их коллегам и критикам было ясно, что у этого изобретения большое будущее: система CRISPR-Cas9 позволяет вырезать из последовательности ДНК любую часть, а также вставить в нее любой фрагмент. При помощи CRISPR-Cas9 ученые могут вносить точечные изменения в ДНК, где хранится генетическая информация любого живого организма – ​от простейших бактерий до высших млекопитающих, в т.ч. и человека.

Однако масштабы практического применения этого инструмента невозможно предугадать и сегодня, спустя годы после его открытия. Хотя, по мнению новоявленных лауреатов, до использования «молекулярных ножниц» для лечения человеческих генетических недугов потребуется еще очень много работы. Ведь точность относительна, а ошибка в один нуклеотид может оказаться не менее опасной, чем сама болезнь.

В перспективе возможно создание низкоаллергенных сортов культурных растений, безглютеновой пшеницы, тест-полосок на разные мутантные варианты микроорганизмов и т.д. Проектов множество, но в их основе – ​использование созданного Дудной и Шарпантье инструмента для генетического редактирования.

Механизм действия «умных ножниц» для ДНК – ​систем CRISPR/Cas9

В сообщении Нобелевского комитета подчеркивается, что открытие данной технологии уже «оказало революционное влияние на науку о жизни, вносит свой вклад в новые методы лечения рака и может воплотить мечту о лечении наследственных болезней». Благодаря открытию Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудны изменение ДНК, ранее казавшееся невозможным, сегодня занимает несколько недель. Суть метода редактирования генома заключается в том, что «ножницы» не только распознают ДНК вирусов, но и могут быть управляемыми: ученые могут разрезать любую молекулу ДНК в заранее определенном месте и «переписывать» ее.

«Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудна исследовали иммунную систему бактерии стрептококка и обнаружили молекулярный инструмент, с помощью которого можно делать точные разрезы в генетическом материале. В своей естественной форме «генетические ножницы» CRISPR/Cas9 распознают ДНК вирусов, но исследователи доказали, что с их помощью можно разрезать любую молекулу ДНК в заранее определенном месте. Они произвели революцию в молекулярной биологии, открыли новые возможности для селекции растений, внесли свой вклад в инновационные методы лечения рака, а также могут осуществить мечту об излечении наследственных заболеваний», – отметили в Нобелевском комитете.

Эммануэль Шарпантье (слева) и Дженнифер Дудна (справа) разработали способ, позволяющий вырезать из этой цепи нужные фрагменты

Данный метод стал прорывом в молекулярной биологии – ​открыл новые возможности для селекции растений (благодаря ему были открыты виды культур, устойчивые к плесени, вредителям и засухе), внес свой вклад в инновационные способы лечения рака и приблизил реализацию лечения генетических заболеваний.

Подготовила Александра Завидович

По материалам:

https://tinyurl.com/yydtrmmm; 

https://www.bbc.com/russian/news‑49957667; 

https://elementy.vosti_nauki/433713/Nobelevskaya_premiya_po_khimii_2020

https://www.dw.com/ru/v-stokgolme-nazvali-laureatov-nobelevskoj-premii-po-himii/a‑55183247

Тематичний номер «Урологія. Нефрологія. Андрологія» № 3 (20), 2020 р.