9 октября 2008 г. были объявлены лауреаты Нобелевской премии по химии этого года, ими стали Осама Шимомура, Мартин Чалфи и Роджер Тсьен (США). Так высоко был оценен их вклад в открытие и изучение зеленого флуоресцентного белка. Работают ли российские ученые в области, обратившей на себя внимание Нобелевского комитета? В чем же заключается научный вклад лауреатов?
На эти вопросы нам ответил Евгений Степанович Высоцкий, заведующий Лабораторией фотобиологии Института биофизики СО РАН (Красноярск), кандидат биологических наук, входящий в список наиболее активных ученых России по цитируемости (см. список Б. Штерна). Беседовала Наталия Демина.
Знакомы ли вы с работами лауреатов? Не могли бы вы дать небольшое пояснение, в научно-популярной форме, в чем заключается их основной вклад в науку?
С работами лауреатов я знаком. В большей степени, конечно, с работами Осаму Шимомура, поскольку работаем в одной и той же области. Я хотел бы отметить, что большая часть его работ скорее относится к изучению биолюминесцентных белков, в частности акворина (или экворина), а не к изучению зеленого флуоресцентного белка (далее следуя общепринятому сокращению на английском – GFP).
Немного истории. Осаму Шимомура обнаружил «зеленый белок» (так он его назвал) при изучении биолюминесцентной системы морской светящейся медузы Aequorea victoria (1962 г.). Выделив светящийся белок акворин, он обнаружил, что белок излучает голубой свет, тогда как сама медуза испускает зеленый свет. Среди выделенных фракций он обнаружил «зеленую» белковую фракцию.
Позднее, Шимомура показал, что биолюминесценция медузы в зеленой области спектра происходит за счет безызлучательного резонансного переноса энергии с биолюминесцентного белка акворина на GFP, который и является эмиттером в медузе. После этих работ основные работы Осаму Шимомура были связаны с изучением акворина и других биолюминесцентных белков.
Затем, очень много было сделано для изучения свойств GFP Вильямом Вардом (Ward W.W.). Фактически, он «вытеснил» своими работами из этой области Осаму Шимомуру о чем, впоследствии, упоминал и сам Шимомура.
Следующим ключевым моментом в истории GFP, на мой взгляд, является клонирование гена, кодирующего GFP. Это было сделано Дугласом Прашером (Prasher D.C.) в лаборатории Мильтона Кормье (Cormier M.J.) в Университете штата Джорджия (США) в 1992 г. Через два года появилась статья Мартина Чалфи в Science [1], в которой авторы показали, что GFP можно использовать в качестве репортерного белка для мониторинга экспрессии генов в бактериях и эукариотах.
Фактически, с этого момента началась «золотая эра» для GFP – сейчас вероятно не найдется области биологии или медицины, где бы этот белок не использовался в качестве репортера.
Таким образом, на мой взгляд, можно выделить три ключевых момента в истории зеленого флуоресцентного белка и три ключевых фигуры, внесших определяющий вклад в историю развитие GFP – открытие белка (Shimomura O.), клонирование гена GFP (Prasher D.C.), экспрессия GFP в эукариотических организмах (Chalfie M.).
Роджер Тсьен (Tsien R.) внес значительный вклад в улучшение свойств GFP (созревание GFP, различные спектры излучения, увеличенный квантовый выход и т.д.).
Во многом, благодаря его исследованиям сейчас GFP широко используется в качестве маркерного белка в биологических и медицинских исследованиях. Но здесь же я хотел бы упомянуть и нашего российского ученого Сергея Лукьянова из Института биоорганической химии РАН, который с коллегами в 1999 г. впервые открыл и исследовал GFP-подобные флуоресцентные белки из несветящихся организмов [2]. Именно благодаря его работам был создан широкий набор репортерных флуоресцентных белков, излучающих свет в диапазоне от красного до фиолетового, что позволило изучать сразу несколько процессов в клетке одновременно.
Многие эксперты выразили удивление, что премия за изучение зеленого флуоресцентного белка была вручена в области химии, а не более близкой дисциплины…
Для меня также остается загадкой, почему Нобелевская премия за исследования GFP была присуждена именно в области химии. Скорее, данная работа, на мой взгляд, должна была бы получить премию за исследования в области физиологии и медицины. Как я уже отмечал выше, GFP сейчас является основным инструментом исследований в клеточной биологии и медицине.
Хотя я и не предполагал, что за исследования в области GFP будет присуждена Нобелевская премия, эти исследования полностью её заслуживают. Но, как я упомянул выше, на мой взгляд, сразу 5 ученых внесли определяющий вклад в это направление – Осаму Шимомура, Дуглас Прашер, Мартин Чалфи, Роджер Тсьен и Сергей Лукьянов и все они достойны этой высокой награды. Но, по-видимому, Нобелевский комитет более чем трем ученым премию не присуждает (Ред. - действительно, согласно Уставу Нобелевской премии, она может быть поделена между двумя исследованиями, но ни в коем случае ее не могут получить более трех ученых одновременно).
Непонятно также, почему в некоторых СМИ Осаму Шимомуру причисляют к японским ученым. Скорее он, как и два остальных лауреата, является американским ученым, поскольку он практически сразу же после Второй мировой войны приехал в США и все жизнь проработал в Woods Hole Oceanographic Institution (MA, USA).
Примечания:
Выражаем признательность Егору Задерееву, к.биолог.н., ученому секретарю Института биофизики СО РАН (Красноярск), члену Координационного совета по делам молодежи в научной и образовательной сферах, за помощь в организации интервью.
1. Chalfie M, Tu Y, Euskirchen G, Ward WW, Prasher DC. Green fluorescent protein as a marker for gene expression // Science. 1994 Feb 11; 263(5148). P. 802-805.
2. Matz MV, Fradkov AF, Labas YA, Savitsky AP, Zaraisky AG, Markelov ML, Lukyanov SA. Fluorescent proteins from nonbioluminescent Anthozoa species // Nat Biotechnol. 1999. Oct;17 (10). P. 969-773.
