Ось уже 115 років вся наукова громадськість з нетерпінням чекає початку жовтня. У перший понеділок, вівторок і середу цього місяця Нобелівський комітет оголошує на п'яти мовах, якими володіло Альфред Нобель, нових лауреатів найпрестижнішої наукової премії.
Фізіологія або медицина
Цього року премія з фізіології або медицини стала по-справжньому медичної. Справжня класика, ніяких молекулярно-біологічних механізмів - суцільні ліки. Старі добрі ліки, які рятують мільйони життів. Ні, це не перебільшення, а скоріше навіть применшення. Премію цього разу вручили за боротьбу із захворюваннями, які щороку забирають багато життів. І несли б набагато більше, якби не наші герої: Вільям Кемпбелл з США, Сатоси Омура з Японії і Ту Юю з Китаю.
Гельмінти, івермектин і поле для гольфу. Історія першої частини премії починається в 1970-х, коли Сатоси Омура після стажування в Європі і повернення до Японії почав працювати керівником Групи з дослідження антибіотиків Інституту Кітасао в Токіо. На той час у Омури було настільки хороше фінансування, що він зміг відправитися в невелику подорож по Японії - шукати грунтові мікроорганізми, з яких «що-небудь та виділиться». Спочатку Омура сподівався знайти антибіотики, але на поле для гольфу в місті Іто (і ніде більше в світі!) Виявився мікроорганізм Streptomyces avermitili, діюча речовина якого виділили в лабораторії другого лауреата - Вільяма Кемпбелла. Виявилося, що він діє не на бактерії, а на круглих черв'яків, тобто володіє антигельминтной активністю, - і невідомо, що важливіше: антибіотик або засіб проти збудників таких захворювань, як слонова хвороба, стронгілоїдоз або річкова сліпота, що вбивають і калічать мільйони людей в Азії і Африці.
Речовина назвали авермектини, а трохи пізніше Кемпбелл створив на його основі більш ефективний препарат івермектин, який вже в 1981 році був запущений у виробництво. Звичайно, важливо, що Кемпбелл працював не аби де, а у фармацевтичній компанії Merck і мав достатній вплив, щоб переконати розпочати роботи по препарату. Скільки людей вдалося врятувати завдяки праці цих двох осіб? Ось проста статистика: в 1970-х від річкової сліпоти страждало 18 мільйонів, а півмільйона назавжди втратили зір.
Малярія і артемізинін. Це вже четверта «малярійна премія» з фізіології і медицині. У 1902 році «нобеля» отримав британець сер Рональд Росс, який довів, що малярію переносять комарі. П'ять років по тому француз Шарль Лаверан отримав премію за те, що зумів виявити збудника малярії - і їм виявилося найпростіше. Ще рівно через два десятка років австрієць Юліус Вагнер-Яурегг удостоївся премії за те, що навчився лікувати прогресивний параліч (сифілітичне ураження оболонок головного мозку) зараженням малярією. А ще цю премію можна сміливо називати нагородою за увагу до історії медицини. І ось чому.
Препарати проти малярії - різної сили і ефективності - були відомі досить давно. Після Другої світової війни препаратом номер один став хлорохин. Він з'явився в 1947 році і понині застосовується - але в першу чергу при аутоімунних захворюваннях, а не при малярії. Чому так? Справа в тому, що малярійний плазмодій занадто швидко виробив стійкість до цього препарату, і на початку 1960-х постало питання про заміну. Китаянка Ту Юю працювала в Інституті традиційної медицини в Пекіні і ставила собі за мету знайти рослини, які допомагають при малярії, виділити з них активні речовини, а потім зробити на їх основі сильні ліки.
Проти паразитів Нобелівська премія в галузі фізіології або медицини в цьому році присуджена за відкриття ліків, здатних боротися з найстрашнішими паразитичними захворюваннями, такими як елефантіаз (слонова хвороба), річкова сліпота (онхоцеркоз) і малярія. Ці хвороби викликаються різними паразитами, як переносники яких виступають комарі або мошки. Ареал поширення цих захворювань показаний на карті жовтим кольором.
Ту Юю провела скринінг екстрактів 2000 трав, результати були не дуже райдужними до тих пір, поки справа не дійшла до звичайної полину однорічного, вона ж Artemisia annua. І ось тут почалося щось дивне, а точніше - маловоспроізводімое. Якісь екстракти не працювали, якісь працювали. І тоді Ту Юю звернулася до середньовічних джерел. Точніше - до праці великого китайського мудреця Ге Хуна, який жив в IV столітті. Даосская традиція, що дала Ге Хуну прізвисько «Мудрець, осяжний первозданну красу», вважає його святим і безсмертним. Найбільше Ге Хун відомий працею «Баопу-цзи», такою собі Великий китайської енциклопедією, але написав він і кілька медичних трактатів.
Так ось, у праці «Рецепти для невідкладних випадків» Ту Юю знайшла ключовий момент: при отриманні екстракту полину для боротьби з малярією потрібно використовувати холодну воду, а не гарячу, як це зазвичай робиться. Виявляється, діюча речовина полину просто розкладається в гарячій воді. Подальше було справою техніки. Виділене діюча речовина отримало назву артемізинін, в 1980-х нарешті його почали застосовувати по всьому світу. Потім вже сама Ту Юю синтезувала дігідроартемізінін, більш стабільний і більш ефективний.
Скільки людей вдалося врятувати завдяки спільній праці Ту Юю і Ге Хуна, підрахувати важко. Можна стверджувати, що інтерес до історії медицини допоміг зберегти життя кільком мільйонам людей. Або декільком десяткам мільйонів. Або ... Загалом, у 2013 році артемізіновую протималярійну терапію отримало 392 млн чоловік. По справедливості премію варто було б вручити і Ге Хуну. Звичайно, посмертно її чи не вручають, але ж для даосів Ге Хун безсмертний.
фізика
Цього року Нобелівський комітет вирішив проігнорувати не тільки першу, але і другу частину заповіту Альфреда Нобеля. У заповіті пропонується вручати премію за відкриття або винахід, по-перше, зроблене в попередньому році (на це душоприказники винахідника перестали звертати увагу ще з часів першої премії, присудженої Вільяму Конраду Рентгену, який відкрив свої промені в 1895 році), а по-друге , який приніс максимальну користь людству. Дійсно, говорити про практичну користь нейтрино доведеться ще нескоро.
Як і в випадку премії «за малярію», премія за відкриття нейтрино теж виявилася далеко не першою. У 1988 році Леон Ледерман, Мелвін Шварц і Джек Стейнбергер отримали премію за відкриття однієї з різновидів нейтрино - мюонного. У 1995 році, через 40 років після свого відкриття, отримав премію Фредерік Райнес, а в 2002 році половину «нобеля» поділили між собою Раймонд Девіс-молодший і Масатобі Косіба за відкриття нейтрино, які прийшли з космосу (йшлося про сонячних нейтрино). Так за що ж дали премію цього року?
Невловимі нейтрино Нейтрино бувають одного з трьох видів - електронні, мюонні і тау-нейтрино, і здатні переходити з одного виду в інший. Ці перетворення називаються нейтрино осцилляциями. Японська обсерваторія Super Kamiokande, розташована на глибині 1000 м в старій цинкової шахті в 180 км від Токіо, досліджувала мюонні нейтрино, які у великих кількостях народжуються в ході зіткнення космічних променів з верхніми шарами земної атмосфери.
Сама по собі частка спочатку була придумана Вольфгангом Паулі, для того щоб врятувати закон збереження енергії при бета-розпаді. Він припустив, що якусь частину енергії забирає слабо взаємодіє з речовиною частка нейтрального заряду. Її назвали нейтрино, що по-італійськи означає «нейтрончик». При цьому спочатку малося на увазі, що у нейтрино, як і у фотона, немає маси спокою. Через деякий час стало зрозуміло, що в Стандартну модель вписується три частки - електронне, мюонне і тау-нейтрино. Точніше, кожна з них - це різна суперпозиція трьох нейтронних станів.
А потім почалися проблеми. Ще в 1960-х роках фізики (що отримали премію в 2002 році) почали фіксувати електронні нейтрино, що приходять від Сонця. І досить скоро стало зрозуміло, що починається серйозна розбіжність з теорією. Адже реакції, які відбуваються на Сонці, добре відомі, а отже, цілком зрозуміло, скільки нейтрино має приходити від нашого світила.
Експерименти, однак, реєстрували десь третина від тієї кількості нейтрино, яке передбачали астрофізики. В принципі, теоретичне пояснення цьому дав ще в 1957 році італійський фізик Бруно Понтекорво, на той час перебрався в СРСР, і зробив він це задовго до початку реєстрації сонячних нейтрино.
Ідея така: оскільки нейтрино - суперпозиція з трьох станів, квантові ефекти можуть поступово змінити пропорції вкладів - і електронне нейтрино може перетворитися, скажімо, в тау. Однак з теорії випливає, що таке перетворення можливо тільки при наявності у нейтрино якоїсь маленької маси спокою.
Саме ці осциляції і відкрили ... ні, звичайно ж, не Такаакі Кадзіта з Японії і Артур Макдональд особисто, а очолювані ними дуже великі і дорогі експерименти з великою кількістю співробітників: Super-Kamiokande в Японії і SNO в Канаді. Але, на жаль, Нобелівська премія не ділиться більш ніж на трьох, і премію за відкриття, зроблені на рубежі тисячоліть, отримали ці двоє.
І далеко не факт, що нинішній «нейтринний нобель» - останній. У 2013 році відбулося не менш важливе відкриття: на крижаному детекторі IceCube в Антарктиді виявили вже астрофізичні нейтрино - тобто ті нейтрино, які прийшли не з нашої Сонячної системи.
хімія
В останні роки «нобелівські» понеділок і середа сильно перемішалися: премія з хімії та премія з фізіології або медицини - це часом близнюки-брати, іноді лауреатів одного року можна було б поміняти місцями - і ніхто б цього не помітив.
Таке «змішування жанрів» закономірно. Тому що наука за часів Нобеля і в наш час - це абсолютно різні науки. Мабуть, зараз доречніше було б нагороджувати нема за фізіологію, медицину або хімію, а за «науки про життя» і «науки про речовину».
Дрібний ремонт життя Одна з систем репарації ( «лагодження») ДНК - Ексцизійна (excision - вирізання) репарація. Вона дозволяє лагодити пошкодження, які утворюються в ДНК в результаті зовнішніх чинників, таких як УФ-випромінювання або вплив хімічних речовин.
Цього року премія вийшла зовсім біологічна, при цьому явних фаворитів 2015 року, Еммануель Шарпентье і Дженніфер Дудну, які відкрили систему CRISPR / Cas9, що дозволяє редагувати геном в живому організмі, обійшли. Мабуть, вирішили, що зарано. Однак прогноз був майже точний: якщо робота Шарпентье і Дудни дозволяє медикам і біологам виправляти помилки в ДНК, то премія 2015 року було присуджено за вивчення механізму того, як такі ж помилки виправляються щомиті в нашому організмі без будь-якої участі вчених. Томас Ліндаль, Пол Модріч і Азіз Санкар отримали премію за вивчення природного механізму відновлення (або, як кажуть біологи, репарації) ДНК. У наших клітинах постійно відбувається руйнування носія генетичної інформації під впливом різних зовнішніх впливів - космічних променів, ультрафіолетового випромінювання, хімічних речовин та інших факторів. Якби наш організм не міг з ними справлятися, то життя на Землі не було б зовсім. На щастя, в наших клітинах існують системи, які постійно відстежують і лагодять поламану ДНК.
Перший лауреат, Томас Ліндаль, ще в 1970-х встановив, що наша ДНК - молекула дуже тендітна і швидко руйнується під впливом зовнішніх факторів. Настільки швидко, що теоретично життя взагалі не повинна існувати. І сам же відкрив механізми відновлення (репарації) ДНК.
Азіз Санкар в деталях вивчив ті механізми, які відновлюють конкретні пошкодження ДНК під дією ультрафіолету, так звані механізми ексцизійної репарації. Він, до речі, з'ясував, що руйнування, викликані УФ-випромінюванням, починають інтенсивно заліковує під дією звичайного сонячного світла. Ще аспірантом він опромінював бактерії ультрафіолетом в смертельній дозі, так що виживало менше одного мікроорганізму на 10 млн, а потім опромінював залишилися за допомогою фотоспалаху. Імпульсу видимого світла тривалістю близько 1/700 з вистачало, щоб число тих, що вижили бактерій збільшувалася на п'ять порядків.
Пол Модріч вивчав виправлення помилок під час ділення клітин. Точніше, він з'ясував, як маркуються неправильні ділянки ДНК і знову синтезуються вже без помилок.
Тому, незважаючи на сверхцітіруемость авторів, які відкрили можливість редагування генома, премія «за картографування з молекулярним дозволом клітинних процесів репарації (виправлення) пошкодженої ДНК і безпечного зберігання генетичної інформації» не менше заслужена. Користь від робіт лауреатів величезна, недарма саме в накопиченні помилок і мутацій лежить розгадка таємниці багатьох онкологічних захворювань. А значить, і перемоги над раком.
Стаття «Нобель-2015:« прості »хвороби, перетворення нейтрино і відновлення ДНК» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №1, Январь 2016 ).
Скільки людей вдалося врятувати завдяки праці цих двох осіб?Чому так?
Так за що ж дали премію цього року?
