Вирусы, черные дыры и коррекция генома

Традиционно осенью Шведская королевская академия наук подводит итоги деятельности ученых, отмечая наиболее яркие проявления научной мысли, направленные на благо человечества.

 

Сублимация мечты

Нобелевская премия в области физиологии и медицины присуждена за открытие вируса гепатита С американцам Харви Олтеру, Чарльзу Райсу и родившемуся в Великобритании Майклу Хофтону.

Нобелевский комитет так обосновал свое решение: «Открытие вирусов гепатита А и В стало важным шагом вперед, однако большинство случаев гепатита, передаваемого через кровь, оставались необъяснимыми. Открытие вируса гепатита С помогло выявить причину оставшихся случаев хронического гепатита и позволило создать тесты для анализа крови и новые лекарства, которые спасли миллионы жизней».

Заболевание, вызываемое вирусом гепатита А, передается через грязную воду или пищу. В 1967-м американец с еврейскими корнями Барух Блумберг открыл вирус гепатита В, который передается через кровь (за это открытие ученый получил в 1976 г. Нобелевскую премию по медицине). Но все равно даже у тех пациентов, которые перенесли переливание крови, развивался хронический гепатит. Дальнейшие исследования продемонстрировали, что заболевание вызывает неведомая ранее инфекция.

В 1970-х вирусолог Харви Олтер вместе со своими коллегами из Национального института здравоохранения США доказал, что неизвестный вид гепатита имеет вирусный характер, а болезнь может передаваться через кровь как людям, так и обезьянам. Но только в 1989 г. британец Майкл Хофтон, выпускник университета Восточной Англии, смог выделить геном гепатита С. Далее последовала успешная работа американского вирусолога Чарльза Райса. Проводя исследования в Вашингтонском университете в Сент-Луисе, он доказал в 1997 г., что клонированный вирус способен размножаться и вызывать гепатит. Нобелевский комитет отметил, что открытие ученых позволило создать как «высокочувствительные тесты, устранившие риск передачи гепатита С при переливании крови», так и препараты для лечения заболевания.

В 2013 г. вышла полная самоиронии статья Олтера, который приписал свою медицинскую карьеру еврейскому воспитанию. Еще его отец хотел стать врачом, но не смог осуществить свою мечту из-за недостатка средств в семье. В материале «Дорога, которую не избрал, или Как я научился любить печень: личный взгляд на историю гепатита» Олтер писал: «Я был единственным сыном еврейских родителей из Нью-Йорка, поэтому было предопределено, что я стану врачом. Один из моих друзей с похожими исходными данными предпочел не становиться лекарем, и о нем больше никто ничего не слышал. В любом случае, мой отец оказал сильное влияние на мой путь к медицине, хотя я думаю, что выбрал бы это направление даже без его вдохновляющего воздействия. Биологические науки всегда казались мне более интересными, чем любой другой вид деятельности… Кроме, конечно, бейсбола. Я бы бросил медицину только ради того, чтобы хотя бы в течениe миллисекунды сыграть за команду „Бруклин Доджерс“. Были, однако, определенные препятствия на пути к тому, чтобы я стал профессиональным игроком в бейсбол – я не мог как следует бить по мячу и не мог быть хорошим полевым игроком. Таким образом, я сублимировал свое „поле мечты“ во врачебную практику».

 

«Аристократ Вселенной»

Нобелевская премия по физике присуждена за исследование черных дыр. Половину премии получит британский физик и математик Роджер Пенроуз «за открытие, согласно которому образование черных дыр является надежным подтверждением общей теории относительности». Нобелевский комитет пояснил, что Пенроуз «использовал гениальные математические методы в своем доказательстве того, что черные дыры являются прямым следствием общей теории относительности Альберта Эйнштейна, хотя сам он и не верил, что черные дыры действительно существуют».

Вторую половину премии разделят немецкий астрофизик Рейнхард Генцель и американский астроном Андреа Гез «за открытие сверхмассивного компактного объекта в центре нашей галактики». В пресс-релизе комитета говорится: «Используя самые большие в мире телескопы и разработав методы, позволяющие вести наблюдения центра Млечного пути сквозь облака межзвездного газа и пыли, ученые обнаружили чрезвычайно массивный невидимый объект, который тянет за собой нагромождение звезд, заставляя их двигаться с головокружительной скоростью вокруг общего центра, в котором в области размером не больше нашей Солнечной системы собрано около 4 млн солнечных масс».

В Нобелевском комитете отметили, что открытия лауреатов этого года показали новый путь в изучении компактных и сверхмассивных объектов. Но эти объекты по-прежнему вызывают много вопросов, которые подталкивают к дальнейшим исследованиям. Поставлены вопросы не только о внутренней структуре объектов, но и о том, как проверить теорию гравитации в экстремальных условиях в непосредственной близости от черной дыры.

89-летнего сэра Роджера Пенроуза называют «аристократом Вселенной». Один из самых известных ученых мира разработал теоретическую модель эволюции Вселенной, согласно которой она будет расширяться до тех пор, пока в ней не закончится энергия, за чем последует еще один Большой взрыв. Другими словами, наша Вселенная – лишь одна из многих в бесконечном цикле рождений и смертей.

Бабушка Пенроуза по материнской линии, Сара Мара Натансон, была пианисткой, происходила из латвийской еврейской семьи и жила в Санкт-Петербурге. Еще в самом конце 1880-х она эмигрировала в Великобританию. Отец Роджера Пенроуза, Лайонел, был психиатром, генетиком и членом Королевского общества. Мать Нобелевского лауреата, Маргарет Литс – дочь физиолога и сама занималась медициной. У сэра Роджера также есть два брата, один из которых физик, а другой гроссмейстер.

Пенроуз – не только великий физик и математик, но также философ и популяризатор науки. Он написал (самостоятельно или в соавторстве) несколько научно-популярных работ о Вселенной, физике и мыслительных процeссах. Многие видные современные ученые признаются, что воспитывались на трудах Пенроуза. В 1972 г. его приняло в свои ряды Королевское общество, а в 1994 г. за выдающиеся заслуги в развитии науки королева Англии присвоила ему рыцарский титул. Сэр Роджер также является лауреатом множества наград в области физики и математики.

 

«Генетические ножницы»

Нобелевскую премию по химии за разработку метода редактирования генома присудили француженке Эмманюэль Шарпантье и американке Дженнифер Дудне. С 2012 г. они занимались изучением «генетических ножниц». Данный метод, называемый CRISPR/Cas9, способен редактировать геном, изменять ДНК животных, растений и микроорганизмов.

Нобелевский комитет подчеркнул, 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». Изменение ДНК ранее казалось невозможным. Но благодаря открытию микробиолога Шарпантье и биохимика Дудны сегодня эта процедура занимает несколько недель. Суть метода редактирования генома заключается в том, что «ножницы» не только распознают ДНК, но и могут быть управляемыми, то есть ученые могут «разрезать» любую молекулу ДНК в заранее определенном месте и откорректировать ее.

За прошедшее с 2012 г. время технология CRISPR/Cas9 позволила вывести культуры, отличающиеся устойчивостью к плесени, засухе и вредителям. Ныне «генетические ножницы» применяются в клинических испытаниях новых методов лечения онкологических заболеваний, ВИЧ (для удаления вируса из зараженных Т-лимфоцитов), диабета и шизофрении.

Это не первая идея использовать молекулярную инженерию для восстановления того, что испортила природа. Однако данная технология отличается от стандартных методов генной инженерии точностью. До недавнего времени применявшиеся методы позволяли ввести в организм любой ген, но не могли точно выбрать место в ДНК, где он будет интегрирован.

CRISPR – это фрагмент нуклеиновой кислоты, используемый для распознавания последовательности, которую мы хотим изменить в геноме, а Cas – это белок, который затем разрезает ДНК. В природе благодаря CRISPR бактерии защищаются от атаки вирусов – бактериофагов. После проникновения в клетку генетический материал вируса разрезается на фрагменты и безопасно встраивается в бактериальный геном.

В случае метода, который позволяет оказывать существенное влияние на нашу ДНК, возникают сомнения в том, следует ли продолжать этот путь. Некоторые обвиняют исследователей в том, что те «занимаются игрой в Бога». Больше всего эмоций вызывает желание исследователей редактировать гены у эмбрионов. CRISPR/Cas9 пытались использовать для лечения смертельных заболеваний у взрослых пациентов. Однако изменения в их генетическом материале касались только них, не было риска их передачи по наследству. Редактирование ДНК спермы, яйцеклетки или эмбриона с этической точки зрения совершенно иное. Эти модификации могут передаваться по наследству. Во многих странах, в том числе в США, такие процедуры разрешены только на уровне лабораторных исследований.

 

Сергей ГАВРИЛОВ