Нобелевские премии 2012 года

Каждую осень ученые всего мира с нетерпением ждут вестей из Стокгольма. В течение трех октябрьских дней, начиная с понедельника 8 октября, Нобелевский комитет объявляет лауреатов престижной премии.

Физиология и медицина: за открытие возможности перепрограммирования взрослых специализированных клеток в плюрипотентные.

Лауреаты: сэр Джон Бертран Гёрдон (Кембриджский университет), Шинья Яманака (Университет Киото).

Пересадка ядра

Более полувека назад молодой эмбриолог Джон Гёрдон занялся трансплантацией ядер соматических клеток в яйцеклетки, из которых он предварительно удалял собственное ядро. В качестве модельного объекта он избрал гладкую шпорцевую лягушку Xenopus laevis (обитателя африканских водоемов и популярное лабораторное животное). Аналогичные опыты ранее проводились на другом виде амфибий, однако удачи не принесли. В ключевой серии экспериментов Гёрдон переносил ядра клеток кишечного эпителия головастиков в яйцеклетки, ядра которых были уничтожены ультрафиолетом. Большинство яйцеклеток с трансплантированными ядрами погибало, но некоторые из них нормально развивались до стадии головастика. Гёрдон обнаружил также, что, если пересадить ядро из клеток кишечного эпителия этого головастика в лишенное ядра неоплодотворенное яйцо, оно сможет развиться до более продвинутой стадии, причем эффективность подобной методики клонирования возрастает от поколения к поколению. Таким образом, Гёрдон доказал, что ядра соматических клеток (то есть клеток, из которых построен организм) допускают радикальное генетическое перепрограммирование и начинают вести себя аналогично ядрам оплодотворенных половых клеток.

Технология клонирования. Схема клонирования, использованная Гёрдоном: уничтожение ядра в икринке шпорцевой лягушки Xenopus laevis с помощью УФ-излучения (1), пересадка ядра, взятого из клетки кишечника головастика (2). Результатом стало появление головастика, который затем развился до взрослой лягушки (3). Эту технику можно применить и к млекопитающим – овцам, мышам, коровам и свиньям (4).

Эти данные были опубликованы в 1962 году, и именно за них Гёрдон получил Нобелевскую премию. Четырьмя годами позже он доказал, что для клонирования годятся и ядра, позаимствованные у взрослых лягушек. В середине 1990-х годов с помощью этого метода была клонирована овца Долли, а после нее и другие млекопитающие. Было немало сенсационных заявлений и о клонировании человека, но все они оказались ложными.

Генетическое перепрограммирование

На одной из самых ранних стадий формирования эмбриона, называемой бластоцистой, зародыш содержит эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), которые после многократных делений трансформируются в специализированные ткани и органы. Клетки со столь универсальными способностями к превращениям называются плюрипотентными. Впервые ЭСК были выделены и размножены в 1981 году английскими исследователями Мартином Эвансом и Мэтью Кауфманом в экспериментах на бластоцистах мышей. Через 17 лет сотрудники лаборатории американца Джеймса Томсона культивировали человеческие ЭСК. Поскольку к тому времени уже была доказана принципиальная возможность глубокого генетического перепрограммирования, ученые стали пытаться изменить соматические клетки с целью превратить их в аналоги ЭСК. В 2005 году сотрудники Гарвардского университета доказали принципиальную возможность такой трансформации, но для практического использования их методика оказалась непригодной.

Но в 2006 году Шинья Яманака и Казутоши Такахаши сообщили о переделке соматических клеток мышей в клетки, обладающие многими свойствами плюрипотентных клеток эмбриона. Для этого в фибробласты (основные клетки соединительной ткани) были вмонтированы гены четырех белков, активирующих конкретные участки наследственной информации (такие вспомогательные белки-активаторы называют факторами транскрипции). Подсадку генов транскрипционных факторов проводили с помощью ретровирусов, куда они были искусственно встроены. Эти четыре гена смогли превратить фибробласт в неспециализированную клетку и принесли Яманаке Нобелевскую премию.

Однако это было только начало. В июне 2007 года исследователи из Киото и еще два коллектива сообщили, что точно тем же способом они осуществили более глубокую трансформацию такого же исходного материала и создали практически точные копии мышиных ЭСК. Полученные результаты давали основание надеяться, что вскоре аналогичную операцию удастся произвести и с человеческими клетками. А всего несколькими месяцами позже японские ученые и их американские коллеги сделали и это. Яманака и его сотрудники применили те же четыре фактора транскрипции, с которыми работали на клетках мыши. В качестве исходного материала они взяли культуру, содержащую 50 000 человеческих фибробластов. Им удалось получить несколько линий плюрипотентных клеток, которые по всем показателям практически ничем не отличались от ЭСК. Эти клетки стали предшественниками клеток сердечной мышцы, нервной ткани и некоторых других органов.

Искусственные аналоги ЭСК называют индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (ИПСК). Считается, хоть это окончательно и не доказано, что трансплантация ИПСК позволит излечивать многие заболевания генетической природы. Сейчас ученые умеют с помощью факторов транскрипции изменять специализацию соматических клеток даже без предварительной переделки их в ИПСК. Так, в этом году было опубликовано сообщение о превращении фибробластов в клетки сердечной мышцы — кардиомиоциты (причем с помощью всего лишь трех факторов транскрипции). В общем, технологии генетического перепрограммирования открывают огромные возможности как для фундаментальной биологии, так и (по крайней мере, в перспективе) для практической медицины.

Физика: за разработку новаторских экспериментальных методов, позволяющих измерять индивидуальные квантовые системы и манипулировать ими.

Лауреаты: Серж Арош (Парижский Коллеж де Франс и Высшая нормальная школа), Дэвид Джей Вайнленд (Национальный институт стандартов и технологии США).

Игнобель-2012