Нобель-2018: что открыли ученые

Сегодня в Стокгольме восьми ученым вручена Нобелевская премия по физике, химии и медицине. Гости передачи «Вопрос науки» Алексея Семихатова популярно объясняют, в чем суть их открытий.

Нобелевскую премию по физике в 2018 году разделили Артур Ашкин (Arthur Ashkin), награжденный «за создание оптических пинцетов и их применение к биологическим системам» и Жерар Муру (Gerard Mourou) с Донной Стрикленд (Donna Strickland) — «за метод генерации высокоинтенсивных ультракоротких оптических импульсов». Комментируют доктор физико-математических наук, заместитель директора Института физики твердого тела РАН Эдуард Валентинович Девятов и главный научный сотрудник института ядерных исследований РАН, профессор МГУ и академик РАН Валерий Анатольевич Рубаков.

Артур Ашкин (Arthur Ashkin), Жерар Муру (Gerard Mourou), Донна Стрикленд (Donna Strickland) © nobelprize.org

Вполне разумно дать премию за применение физических методов в биологии. Первая часть — это как раз за использование лазерного излучения для манипуляций большими биологическими молекулами. Задача — взять в одном месте и перенести в другое. И как раз высокоинтенсивные и короткие пучки лазерного излучения — это то, что в данном случае нужно. Быстро доставить много энергии в маленькое место за короткое время.

Лазерный луч используется вместо пинцета. Это то, куда действительно нужно двигаться, — использование физических методов вне классической физической науки. Например, популярные сейчас нейросети: современный компьютер, работающий по этим алгоритмам над распознаванием изображения, тратит огромную энергию, стоят охладительные установки. Человеческий мозг тратит около 20 Вт на те же задачи и даже сложнее. Поэтому движения в область биологических объектов, в том числе для передачи и обработки информации, — это естественные движения. Получится, не получится — вопрос второй. Но в данном случае Нобелевская премия четко разделена на две части: создание инструмента и использование инструмента для отдельных манипуляций в биологической технологии.

Жерар Муру в нашей стране хорошо известен, он сотрудничает с Институтом прикладной физики в Нижнем Новгороде, который как раз занимается высокоинтенсивными лазерами. И не только для применения в биологии. Это широкая область — высокоинтенсивные короткие лазерные пучки, и Муру — один из классиков. Он очень много вложил, чтобы появились очень короткие и очень интенсивные импульсы. Муру и Стрикленд умеют напихивать как можно больше энергии в очень короткий и сжатый сгусток лазерного излучения.

Премию по химии в этом году также решили разделить: Фрэнсис Арнольд (Frances Arnold) получил награду «за направленную эволюцию ферментов», Джордж Смит (George Smith) и сэр Грегори Уинтер (Gregory Winter) — «за фаговый дисплей пептидов и антител». Открытия комментируют доктор технических наук, профессор «Сколтеха» и профессор РАН Артем Ромаевич Оганов и кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института биоорганической химии РАН Алексей Александрович Пахомов.

Фрэнсис Арнольд (Frances Arnold), Джордж Смит (George Smith) и сэр Грегори Уинтер (Gregory Winter) © nobelprize.org

Нобелевскую премию присудили за направленную эволюцию в пробирке. То, что раньше природа делала за миллионы лет, люди научились делать в пробирке за недели. В организме очень много механизмов, которые поддерживают ДНК в постоянно воспроизводящемся и нетронутом виде, но периодически возникают мутации. Организм имеет много стадий защиты, чтобы мутаций было как можно меньше, но они нужны, чтобы была эволюция. Эта работа про то, что мы сорвали все замки и заставили эволюцию работать максимально быстро. Мы заставили полимеразу, которая делает вторую копию ДНК, вносить ошибки с максимальной скоростью.

И при этом в пробирке нет никакого контроля, который есть в организме. У нас происходит случайный мутагенез. И таким образом можно делать случайные белки со случайными новыми свойствами. Скорее всего, в 99,9% случаев они будут не нужны человеку. Но найдется какой-то улучшенный вариант, и его можно селективно отобрать.

Лауреатами премии по физиологии и медицине стали Джеймс Эллисон (James P. Allison) и Тасуку Хондзё (Tasuku Honjo) за «открытие лечения рака за счет подавления негативной иммунной регуляции». О значении открытия рассказывают кандидат биологических наук, старший научный сотрудник сектора молекулярной эволюции Института проблем передачи информации РАН Александр Юрьевич Панчин и научный редактор портала «Индикатор.ру» Алексей Сергеевич Паевский.

Джеймс Эллисон (James P. Allison) и Тасуку Хондзё (Tasuku Honjo) © nobelprize.org

Раковая опухоль не воспринимается лимфоцитами как что-то чужое. Как то, что нужно убивать. У клеток есть такая вещь, как система распознавания «свой — чужой». И причем она не одна. Раковая клетка умудряется после первой встречи с лимфоцитом перестроиться, и уже опухоль умеет отвечать лимфоциту: я своя, все хорошо.

Я могу попробовать дать какую-то общую картину: что, вообще, происходит в случае с раком и почему он должен восприниматься как чужой? Раковая клетка — это мутантная клетка. Развитие рака — это эволюционный процесс. Как в естественном отборе выживают наиболее приспособленные виды, так и в нашем организме выживают наиболее приспособленные раковые клетки. Для этого раковой клетке нужно освоить целый набор, скажем так, навыков. Она должна научиться игнорировать сигналы, которые подавляют ее деление, более активно делиться. Дальше она разрастается, чтобы к ней проросли кровеносные сосуды. Дальше, из-за того что она становится мутантной, на нее начинает реагировать иммунная система. Поэтому те раковые клетки, которые не приобрели мутаций, маскирующих их от иммунной системы, будут уничтожены. И наша иммунная система на самом деле постоянно борется с такими потенциальными предраковыми клетками в организме.

И вот эта премия — про понимание механизмов того, каким образом раковые клетки обманывают иммунную систему.

Читайте также
Испытатель российской вакцины заразился коронавирусом. Препарат не работает?
Испытатель российской вакцины заразился коронавирусом. Препарат не работает?
Большинство считает, что вакцина обязана предотвращать заражение. Но это не так.
Как поймать темную материю
Как поймать темную материю
Темная материя есть даже в вашей комнате, но как ее поймать?
Венера — наша историческая родина?
Венера — наша историческая родина?
Благодаря находке фосфина в облаках Венеры, астрофизики обрели веру в возможность обнаружения внеземной жизни.