Нобелевская премия 2013 года в области физиологии и медицины присуждена трем ученым, которые стали известными благодаря исследованиям в области клеточной биологии. Джеймс Ротман (James E. Rothman) возглавляет отделение клеточной биологии в Медицинской школе Йельского университета, Рэнди Шекман (Randy W. Schekman) работает в Калифорнийском университете в Беркли. Выходец из Германии Томас Зюдхоф (Thomas Südhof) с 1983 года работает в США, сейчас он профессор молекулярной и клеточной физиологии в Стенфордском университете. Они смогли установить, как действует механизм переноса молекул через клеточные мембраны.
Секретарь Нобелевского комитета по физиологии и медицине, который по традиции должен объявить лауреатов на всех языках, которыми владел Альфред Нобель, говоря по-русски, упомянул «транспорт пузырьков». На самом деле и в русской научной терминологии давно существует понятие - везикулярный механизм, или везикулярный транспорт.
Для нормальной жизни организма его клетки должны уметь принимать и отправлять молекулы различных веществ, например, гормонов. Но молекулы этих веществ не в состоянии преодолеть клеточную мембрану. Чтобы транспорт веществ между клетками функционировал нормально, существуют везикулы – маленькие пузырьки (лат. vesicula «пузырек»), окружающие молекулы этих веществ тонкой мембраной. Мембрана везикул аналогична той мембране, которая окружает клетку. Когда клетке «нужно» выделить какое-то вещество во внешнюю среду, везикула, содержащая молекулу этого вещества, перемещается к клеточной мембране и сливается с ней, а ее содержимое выбрасывается во внеклеточное пространство. Клетка может и захватить молекулу со своей поверхности, в таком случае клеточная мембрана образует впадину, окружает молекулу, связанную с рецепторами на поверхности клетки, и, в конце концов, смыкается над ней. Молекула, окруженная мембранным слоем, отрывается от наружной мембраны, и образуется внутриклеточная везикула.
Внутри клетки происходят аналогичные вещи. Отдельные органеллы клетки окружены мембранами, и коммуникация между ними возможна при помощи передачи молекул через везикулы. Например, именно везикулы осуществляют доставку белков из эндоплазматической сети в аппарат Гольджи. Разрушение белков, которые выполнили свою функцию в клетке, также не обходится без участия везикул. К молекуле белка, находящейся внутри клетки, присоединяется специальный белок убиквитин, вокруг молекулы возникает везикула, которая доставляет ее к специальному органу клетки – протеасоме, где и происходит разрушение белка.
Рэнди Шекман в опытах с клетками дрожжей (Saccharomyces cerevisiae) установил 23 гена, которые кодируют белки, ответственные за функционирование везикулярного транспорта. Джеймс Ротман занимался изучением в клеточных структурах белков, обеспечивающих формирование и перемещение везикул. Первым выделенным им белком был N-ethylmaleimide-sensitive factor (NSF). За открытием первого белка вскоре последовало продолжение. На данный момент известно несколько десятков белков, которые участвуют в слиянии везикул с мембраной. Томас Зюдхоф исследовал механизм везикулярного транспорта в синапсах, контактах между нервными клетками, где везикулы содержат нейромедиатор – вещество, обеспечивающее передачу нервного импульса. Зюдхоф установил, что процесс высвобождения нейромедиатора из везикул запускается при повышении содержания ионов кальция в цитоплазме.
Понимание того, как организовано перемещение веществ в клетках организма, имеет большое значение для медицины. Целый ряд болезней связан именно с нарушениями «межклеточного транспорта». Некоторые типы эпилепсии связаны с мутацией в гене, кодирующем белок MUNC-18-1, который участвует в везикулярном механизме в синапсах. При такой болезни как семейный гемофагоцитарный лимфогистиоцитоз из-за мутаций генов, кодирующих белки везикулярного транспорта, лимфоциты - естественные киллеры не могут должным образом реагировать на клетки-мишени, что в конечном счете приводит к летальному исходу. При ботулизме токсин бактерии Clostridium botulinum разрушает белок SNAP25, обеспечивающий формирование везикул с нейромедиатором, и именно это блокирует передачу нервных импульсов и вызывает паралич.
* * *
Присуждение Нобелевской премии по физиологии и медицине прокомментировала для Полит.ру Елена Надеждина, доктор биологических наук, главный научный сотрудник, руководитель группы клеточной биологии Института белка РАН, зам. заведующего отделом функциональной биохимии биополимеров НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ. Беседовала Наталия Демина.
Были ли имена трех лауреатов Нобелевской премии по физиологии сюрпризом для вас?
Это – достаточно известные в своей области ученые, за хорошую работу они получили заслуженную премию в том ключе, в котором ее дают последние годы.
Как бы вы описали принцип выбора лауреатов Нобелевским комитетом последних лет?
Это должны быть солидные ученые, которые внесли существенный вклад. Они должны быть хорошо знакомы научному сообществу.
По реакции журналистов на пресс-конференции в Нобелевском комитете показалось, что эти три имени были совершенно неожиданны…
Да, это было неожиданно, потому чтобы были другие предположения по более прикладным исследованиям – терапии рака и другим. Но лауреаты – действительно те, кто заслуживает премии. Их имена есть в учебниках, их вклад фундаментален, но про них как-то все забыли…
Чем их исследования важны?
Их работы связаны с познанием фундаментальных основ живой клетки. Везикулярный транспорт был той частью внутриклеточной биологии, которая несколько десятилетий тому назад была наименее изучена. Они за нее взялись и смогли понять механизм его работы. Естественно не только они одни, в этой области работали и многие другие исследователи. Но эти трое действительно внесли весомый вклад. И теперь нам стало многое понятно про то, как устроен везикулярный транспорт.
Вы с кем-то из лауреатов знакомы, могли бы поделиться личными впечатлениями?
Нет, ни с кем не знакома. К сожалению, у нас в России этим разделом почти никто не занимается. Разве что небольшая группа в Институте цитологии РАН в Санкт-Петербурге. Мы сами начали этим заниматься лишь некоторое время назад, правда, нас волновали несколько другие аспекты проблемы.
Почему эта область не изучается в России? В чем причина?
Так исторически сложилось, что в до середины 80-х годов этим еще не занимались, но когда этим на Западе стали заниматься более интенсивно, в России уже не стало хватать финансирования. В науке начинать новую тему всегда более затратно, чем продолжать уже известную область.
Насколько Нобелевские премии поощряют молодых ученых на работу в науке?
Мне кажется, что эта премия наиболее важна для пиара науки. Как-то так сложилось, что общество людей, не занимающихся наукой, серьезно относится к этим премиям, практически все знают, что это такое. Этим премиям удалось сохранить свой статус, и считается, что они даются за выдающиеся открытия. Ученый же не может в своей деятельности руководствоваться принципом «А не получить ли мне Нобелевку?». В любых странах и любых разделах науки есть множество более локальных премий, но нормальные ученые не работают для получения наград. Если у кого-то и появляются такие честолюбивые замыслы, то они возникают на более поздних этапах научной карьеры, когда человек достигнет определенного положения.
