Эво­лю­ция в про­бир­ке. Хи­ми­ков на­гра­ди­ли за помощь при­ро­де

По­ло­ви­ну де­неж­но­го при­за Но­бе­лев­ки по хи­мии по­лу­чит аме­ри­кан­ка Фр­эн­сис Ар­нольд, вто­рую часть раз­де­лят Джордж Смит (США) и Гре­го­ри Уин­тер (Ве­ли­ко­бри­та­ния)

Delovaya Stolitsa - - ОБЩЕСТВО -

Оль­га МАЦКО Как от­ме­че­но в ре­ше­нии ко­ми­те­та, пре­мия 2018 г. по хи­мии «при­суж­де­на за ре­во­лю­цию, ко­то­рая бы­ла со­вер­ше­на бла­го­да­ря эво­лю­ции».

Фр­эн­сис Ар­нольд — пя­тая жен­щи­на–ла­у­ре­ат Но­бе­лев­ской пре­мии по хи­мии — впер­вые при­ме­ни­ла так на­зы­ва­е­мую «на­прав­лен­ную эво­лю­цию» фер­мен­тов, то есть бел­ков, яв­ля­ю­щих­ся ка­та­ли­за­то­ра­ми хи­ми­че­ских ре­ак­ций. Фер­мен­ты, про­из­ве­ден­ные та­ким об­ра­зом, ис­поль­зу­ют­ся для со­зда­ния мно­же­ства ве­ществ — от био­топ­ли­ва до фар­ма­цев­ти­че­ских пре­па­ра­тов. Де­ло в том, что ме­тод на­прав­лен­ной эво­лю­ции поз­во­ля­ет по­лу­чать бел­ки с кон­крет­ны­ми свой­ства­ми под каж­дую от­дель­ную за­да­чу. Два го­да на­зад про­фес­сор по­лу­чи­ла за свои раз­ра­бот­ки пре­стиж­ную пре­мию Millennium Technology Prize, ко­то­рую на­зы­ва­ют «тех­но­ло­ги­че­ским Но­бе­лем». Она, кста­ти, пер­вая жен­щи­на, удо­сто­ив­ша­я­ся этой на­гра­ды.

Джордж Смит при­ду­мал ме­тод изу­че­ния бе­лок-бел­ко­вых, бе­лок-пеп­тид­ных и ДНК­бел­ко­вых вза­и­мо­дей­ствий под на­зва­ни­ем «фа­го­вый дис­плей». Бак­те­рио­фа­ги — ви­ру­сы, ко­то­рые по­ра­жа­ют бак­те­рии, — ис­поль­зу­ют­ся для опре­де­ле­ния свя­зей меж­ду участ­ка­ми ДНК и кон­крет­ны­ми бел­ка­ми. А его кол­ле­га Гре­го­ри Уин­тер ис­поль­зо­вал этот ме­тод для со­зда­ния но­вых фар­ма­цев­ти­че­ских пре­па­ра­тов. В част­но­сти, фа­го­вый дис­плей поз­во­ля­ет со­зда­вать ан­ти­те­ла, ко­то­рые ней­тра­ли­зу­ют ток­си­ны, бо­рют­ся с ауто­им­мун­ны­ми за­бо­ле­ва­ни­я­ми и поз­во­ля­ют ле­чить рак на ста­дии ме­та­стаз.

Ес­ли бы не эво­лю­ция, че­ло­век ни­ко­гда бы не вы­шел на су­шу, а по­сле не слез с де­ре­ва. Имен­но бла­го­да­ря эво­лю­ции мы мо­жем на­блю­дать та­кое раз­но­об­ра­зие жи­вот­ных и рас­те­ний. Од­на­ко, для то­го что­бы при­спо­саб­ли­вать­ся к но­вым усло­ви­ям, жи­вым ор­га­низ­мам нуж­ны фер­мен­ты (эн­зи­мы) — бел­ки, ко­то­рые яв­ля­ют­ся ка­та­ли­за­то­ра­ми хи­ми­че­ских ре­ак­ций. Функ­ция каж­до­го фер­мен­та уни­каль­ная, по­сколь­ку лю­бой из них ак­ти­ви­зи­ру­ет толь­ко один био­хи­ми­че­ский про­цесс. Так, в че­ло­ве­че­ском ор­га­низ­ме бо­лее 3 тыс. эн­зи­мов. Они, к при­ме­ру, обес­пе­чи­ва­ют пе­ре­ва­ри­ва­ние пи­щи, вос­ста­нов­ле­ние тка­ней, сти­му­ли­ру­ют де­я­тель­ность го­лов­но­го моз­га.

Эти про­цес­сы раз­ви­ва­лись од­но­вре­мен­но с раз­ви­ти­ем жиз­ни на Зем­ле. Но бла­го­да­ря от­кры­тию Фр­эн­сис Ар­нольд се­го­дня уче­ные мо­гут са­ми вы­сту­пить в ро­ли при­ро­ды, ор­га­ни­зо­вав про­цесс эво­лю­ции пря­мо в про­бир­ке. Та­ким об­ра­зом мож­но со­здать бел­ки, ко­то­рые еще не успе­ла со­здать при­ро­да. Ин­жи­ни­ринг бел­ков — это тех­но­ло­гии про­ек­ти­ро­ва­ния бел­ков «на за­каз». К при­ме­ру, для со­зда­ния ле­карств или био­топ­ли­ва.

Упро­щен­но про­цесс вы­гля­дит сле­ду­ю­щим об­ра­зом. Спер­ва сле­ду­ет по­лу­чить как мож­но боль­ше ва­ри­ан­тов опре­де­лен­но­го бел­ка, а по­сле это­го отобрать те, чьи ха­рак­те­ри­сти­ки луч­ше все­го под­хо­дят для ре­а­ли­за­ции по­став­лен­ной за­да­чи. Этот про­цесс по­вто­ря­ет­ся до тех пор, по­ка не бу­дет по­лу­чен «иде­аль­ный бе­лок». В ито­ге про­цесс эво­лю­ции за­ни­ма­ет не мил­ли­о­ны лет, а все­го несколь­ко недель.

Эво­лю­ци­о­ни­ру­ют не толь­ко эн­зи­мы. В че­ло­ве­че­ском ор­га­низ­ме мно­же­ство бел­ков, вы­пол­ня­ю­щих са­мые раз­ные функ­ции. К при­ме­ру, ан­ти­те­ла на­хо­дят и рас­по­зна­ют по­тен­ци­аль­ные угро­зы вро­де ви­ру­сов, бак­те­рий или кле­ток, ко­то­рые вдруг на­ча­ли ве­сти се­бя как-то стран­но. Этот ме­ха­низм, ко­гда ор­га­низм сам бо­рет­ся с про­бле­мой, успеш­но ис­поль­зу­ют в ме­ди­цине — мно­гие ле­кар­ства, в том чис­ле от ра­ка, это имен­но та­кие ан­ти­те­ла, на­зы­ва­е­мые так­же им­му­но­гло­бу­ли­на­ми.

Каж­дое из ан­ти­тел спо­соб­но свя­зы­вать опре­де­лен­ную ча­сти­цу, рас­по­ло­жен­ную на по­верх­но­сти ви­ру­са или бак­те­рии, так на­зы­ва­е­мый ан­ти­ген. По­сле это­го ан­ти­те­ла бло­ки­ру­ют бак­те­рии или ви­ру­сы, что­бы они не раз­мно­жа­лись, или ней­тра­ли­зу­ют вы­де­ля­е­мые ими ток­сич­ные ве­ще­ства. Имен­но за ме­то­ди­ку, поз­во­ля­ю­щую со­зда­вать ан­ти­те­ла, и по­лу­чил на­гра­ду Джордж Смит. В ос­но­ве его ме­то­да ле­жит ис­поль­зо­ва­ние бак­те­рио­фа­гов для то­го, что­бы со­от­не­сти бел­ки и ге­не­ти­че­скую ин­фор­ма­цию, ко­ди­ру­ю­щую их. Бак­те­рио­фа­ги мо­гут «по­гло­щать» фраг­мент ДНК, а за­тем вы­во­дить его на по­верх­ность. Та­ким об­ра­зом, уче­ные мо­гут ис­сле­до­вать вза­и­мо­дей­ствие бел­ков с дру­ги­ми ча­сти­ца­ми и меж­ду со­бой. К при­ме­ру, вы­яс­нить, как ан­ти­те­ло бу­дет ре­а­ги­ро­вать на кон­крет­ный ан­ти­ген.

Эта ме­то­ди­ка от­лич­но за­ре­ко­мен­до­ва­ла се­бя при со­зда­нии пре­па­ра­тов, при­зван­ных об­на­ру­жи­вать в ор­га­низ­ме но­во­об­ра­зо­ва­ния. Ведь к ан­ти­те­лам мож­но при­кре­пить раз­лич­ные ча­сти­цы, ко­то­рые ста­нут раз­ру­ши­тель­ны­ми для ра­ко­вой клет­ки. Соб­ствен­но, за ис­поль­зо­ва­ние ме­то­ди­ки фа­го­во­го дис­плея для со­зда­ния ле­карств и по­лу­чил Но­бе­лев­скую пре­мию Гре­го­ри Уин­тер. Так, се­го­дня раз­ра­бо­тан­ный на ос­но­ва­нии это­го ме­то­да пре­па­рат ада­ли­му­маб ис­поль­зу­ет­ся для ле­че­ния рев­ма­то­ид­но­го вос­па­ле­ния су­ста­вов, псо­ри­а­за и вос­па­ле­ния ки­шеч­ни­ка.

Фр­эн­сис Ар­нольд впер­вые при­ме­ни­ла так на­зы­ва­е­мую «на­прав­лен­ную эво­лю­цию» фер­мен­тов, то есть бел­ков, яв­ля­ю­щих­ся ка­та­ли­за­то­ра­ми хи­ми­че­ских ре­ак­ций. Про­из­ве­ден­ные та­ким об­ра­зом, они ис­поль­зу­ют­ся для со­зда­ния мно­же­ства ве­ществ

Newspapers in Russian

Newspapers from Ukraine

© PressReader. All rights reserved.