“Взяли еволюцію під контроль”: суть відкриттів лауреатів Нобеля з хімії у 100 і 500 словах

Нобелівську премію з хімії отримали американка Френсіс Арнольд, її колега Джордж Сміт і британець Грегорі Вінтер. Їх нагородили за відкриття у сферах спрямованої еволюції і створення нових білків.

Як було сказано під час церемонії, ці вчені "взяли еволюцію під контроль, аби принести людству найбільшу користь". Технологія, розроблена дослідниками, широко використовується не лише в медицині, а й у промисловості.

"Ця галузь науки давно зачекалася на власного Нобеля", - каже професор біохімічної інженерії Університетського коледжу Лондона Пол Долбі.

То що ж саме вони винайшли? Коротко (у 100 словах) і трохи детальніше (у 500 словах) пояснюємо, в чому ж суть їхніх революційних відкриттів.

Історія у 100 словах

"Неприродний відбір"

Принцип еволюції простий. Під впливом зовнішніх чинників організми змінюються (мутують) - зміни відбуваються у ДНК, тобто у генетичному коді клітин.

Якщо це допомагає організмові вижити, то змінену ДНК у спадок отримують його нащадки - зміни закріплюються на генному рівні. Якщо ж ні, то організм гине. Так влаштований природний відбір.

Френсіс Арнольд винайшла, як імітувати цей процес і фактично спрямовувати хід еволюції. Вона розробила технологію, яка дозволяє вносити зміни в ДНК, де закодована інформація для вироблення "біологічних будматеріалів" організму.

Як результат, клітина починає продукувати нові ферменти, яких раніше не існувало (ензими) - тобто білки, що прискорюють хімічні реакції і можуть бути використані у найрізноманітніших цілях.

Що ж до Сміта і Вінтера, то вони навчилися використовувати оболонку вірусів, що живляться бактеріями (бактеріофагів) для відображення нових білків.

Закодовані вченими протеїни виводяться туди, як на екран, саме тому їх метод отримав назву "фаговий дисплей".

Історія у 500 словах

Як взяти еволюцію під контроль?

Своє революційне відкриття Френсіс Арнольд зробила у 1993 році. Тоді їй вперше вдалось провести експеримент в області спрямованої еволюції й змусити клітину виробляти нові ферменти.

Спочатку зміни у ділянки ДНК, що кодують білки, вносяться доволі хаотично - аби просто подивитися на результат.

Згодом вмикається процес "неприродного відбору": з усіх вироблених модифікованих ферментів відбираються лише ті, що можна використати з певною метою. Наприклад, будуть працювати у середовищі, де початковий білок був неефективним.

З вивченням нових "еволюційних" ензимів стають очевидними деякі закономірності, і доволі скоро в гени вже можна вносити осмислені зміни, і наперед передбачати майбутній результат.

Простіше кажучи, методом спроб і помилок Арнольд фактично створила універсальну біологічну мікрофабрику. Вона навчилася програмувати клітини для виробництва білків з необхідними їй властивостями.

Наразі саме так отримують нові ензими в усьому світі. З їхньою допомогою створюються нові ліки, нові види екологічного біопалива і багато іншого.

"Тепер, завдяки роботам Арнольд, ми можемо самостійно змінювати ензими і адаптувати їх до роботи у промислових масштабах, а не просто в масштабах клітини. Фактично ми вкладаємо процес еволюції, що зазвичай займає мільйони або навіть мільярди років, у рамки одного тижня, а іноді й менше", - каже професор біохімічної інженерії Університетського коледжу Лондона Пол Долбі.

Як обманути вірус?

Джордж Сміт і Грегорі Вінтер також зрозуміли, як "обманювати еволюцію" і рухати її у потрібному напрямку. Вони навчилися прицільно змінювати ті ділянки ДНК вірусу, де закодована інформація про його оболонку.

Результат - вірус перетворюється у своєрідний екран, де відображається потрібний білок на своїй поверхні. Потім вірус заражає бактерію - і та починає виробляти цей білок на постійній основі.

Ця техніка, що отримала назву "фаговий дисплей", дозволяє отримувати нові антитіла - великі білки, за допомогою яких наша імунна система може боротися з інфекціями. А на ї основі - створювати нові ліки.

Перші ліки, що були отримані за допомогою цієї методики, пройшли клінічні випробування і були схвалені ще у 2002 році. Препарат відкрив нові горизонти у лікуванні ревматоїдного артриту, псоріазу і запалення кишечника. Ліки отримали назву "Хуміра" і вже давно широко використовується в усьому світі.

І це був лише початок. Відтоді на основі цієї ж технології були створені препарати, які здатні нейтралізувати токсини, боротися з аутоімунними захворюваннями і навіть лікувати метастази раку.

"Практично будь-яке сучасне лікування засноване на використанні антитіл і використовує технології на кшталт фагового дисплея, - каже професор Долбі. - Це абсолютно фундаментальна розробка. І якби Джордж Сміт до цього не додумався, то цього не відбулося б ніколи".

В одному з інтерв'ю Вінтер розповідав про одну з пацієнток, що хворіла на рак. Він був змушений зізнатися їй, що навіть не уявляє, чи спрацює новий метод лікування. У відповідь вона сказала: "Він має подарувати мені принаймні кілька місяців. Мій чоловік помирає, і я хочу бути з ним, коли це станеться".

Зрештою лікування виявилося настільки успішним, що пухлина повністю зникла.

Хочете отримувати найважливіші новини в месенджер? Підписуйтеся на наш Telegram.