Текст книги "Нобелевские премии по физиологии или медицине за 100 лет"

В 1951 году Коэн женился на Оливии Ларсон (Olivia Larson). У них родились два сына. В 1981 году женился вторично на Джэи Элизабет Джордан (Jen Elizabeth Jordan).

ЛЕВИ-МОНТАЛЬ ЧИНИ

Леви-Монтальчини родилась 22 сентября 1909 года, в Турине, Италия, одной из двух сестер-близнецов. Ее отец Адамо Леви (Adamo Levi) придерживался традиционных взглядов на место женщины в жизни, но преодолев его волю, Рита поступила в Туринский университет, где среди ее соучеников оказались Дульбекко (Нобелевская премия 1975 года) и Лурия (Нобелевская премия 1969 года). Там она начала исследование влияния периферических тканей на рост нервных клеток. Приступив к научной деятельности, она добавила к фамилии отца девичью фамилию матери – Адели Монтальчини (Adele Montalcini) и стала называться Ритой Леви-Монтальчини. В 1936 году она получила степень доктора медицины, а в 1940-м – еще одну степень, по неврологии и психиатрии.

В 1940–1943 годы, когда законы фашистского государства запрещали еврейке работать в университете, Леви-Монтальчини оборудовала лабораторию в спальне своего дома. Нацисты оккупировали Север Италии, но Леви-Монтальчини и в этих условиях нашла в себе силы не прерывать исследований: перебралась во Флоренцию и снова организовала мини-лабораторию в своей квартире, где изучала куриные эмбрионы, чтобы определить, какой эффект оказывает ампутация органов на нервную систему. Тогда она впервые задумалась о существовании веществ, вызывающих рост нервных волокон.

В период Освобождения Леви-Монтальчини работала в лагере для беженцев. В 1945 году она вернулась к исследовательской работе в Туринском университете и высказала смелую идею о том, что апоптоз (программируемая гибель клеток) – необходимое условие нормального развития нервной системы. В это время на нее оказывали большое влияние работы американских зоологов, изучавших рост нервной ткани в куриных эмбрионах, и в 1947 году она получила должность в Вашингтонском университете в Сент-Луисе, Миссури, чтобы работать вместе с ними. Здесь она стала доцентом (1951) и позже профессором (1958).

Леви-Монтальчини работала в Вашингтонском университете до 1961 года, затем перешла в Институт биологии клетки в Риме, продолжая совместные исследования с коллегами из Сент-Луиса. Когда заканчивались отпущенные средства, сотрудники Леви-Монтальчини продолжали работу на основе энтузиазма. В 1969 году она организовала лабораторию биологии клетки при Итальянском национальном совете по научным исследованиям (Рим) и до 1979 года была ее заведующей, потом – сотрудником.

Леви-Монтальчини имеет двойное гражданство (Италии и США). Она никогда не выходила замуж и, вернувшись на родину, проживала в Риме вместе со своей сестрой Паолой Леви, художницей.

ЛИТЕРАТУРА

Работы Коэна:

Molecular Basis of Lymphokine Action. Totowa, New Jersey, 1987 (with D. R. Webb, C. W. Pierce);

EGF and its receptor: historical perspective. Introduction // J. Mammary Gland Biol. Neoplasia. 1997.V.2.N.2.P.93–96;

Cytokine function: a study in biologic diversity // Am. J. Clin. Pathol. 1996. V. 105. N. 5. P. 589–598 (with others);

Epidermal growth factor//J. Biol. Chem. 1990. V. 265. N.14. P. 7709–7712 (with Carpenter G.);

Nobel lecture. Epidermal growth factor//Biosci. Rep. 1986. V. 6. N.12. P. 1017–1028.

О нем:

Newmark P Nobel Prizes: Growth factorbring rewards //Nature. 1986. V. 323. N. 6089. P. 572;

Marx J. L. The 1986 Nobel Prize for physiology or medicine. A developmental biologist and a biochemist are honoured for discovering nerve growth factor and epidermal growth factor // Science. 1986. V. 234. N. 4776. P. 543–544;

Gleick J. Holdout on big science //New York Times Biographical Service. 1986. V. 17. P. 1264;

Silberner J. Collaborators Cohen, Levi-Montalcini win medical Nobel//Sci. News. 1986. V. 130. N. 16.P.244;

Nobel Prize Winners / Ed. T. Wasson. New York, 1987. P. 210–212.

Работы Леви-Монтальчини:

Axonal outgrowth and cell migration in vitro from nervous system of cockroach embryos // Science. 1969. V. 166. N. 3905. P. 631–632 (with J. S. Chen);

Neuronal properties of nymphal and adult insect neurosecretory cells in vitro // Science. 1973.

V. 182. N. 4109. P. 291–293 (withK. R. Seshan);

In Praise of Imperfection: My Life and Work. New York, 1988;

The Saga of the Nerve Growth Factor: Preliminary Studies, Discovery, Further Development (World Scientific Series in 20^th Century Biology, V. 3). Singapore, 1997.

О ней:

Newmark P Nobel Prizes: Growth factorbring rewards //Nature. 1986. V. 323. N. 6089. P. 572;

Marx J. L. The 1986 Nobel Prize for physiology or medicine. A developmental biologist and a biochemist are honoured for discovering nerve growth factor and epidermal growth factor // Science. 1986. V. 234. N. 4776. P. 543–544;

Silberner J. Collaborators Cohen, Levi-Montalcini win medical Nobel// Sci. News. 1986. V. 130. N. 16.P.244;

Suro R. Unraveler of mysteries //New York Times Biographical Service. 1986. V. 17. P. 1263;

Nobel Prize Winners / Ed. T. Wasson. New York, 1987. P. 625–627;

Dash J. The Triumph of Discovery; Women Scientists Who Won the Nobel Prize. New York, 1991.

СУСУМУ ТОНЕГАВА, Япония

(SUSUMU TONEGAWA)

1939

1901

1905

1908

1913

1919

1930

1951

1960

1972

1980

1984

1987

1996

ФОРМУЛИРОВКА НОБЕЛЕВСКОГО КОМИТЕТА: «за открытие генетического принципа происхождения разнообразия антител».

СУТЬ ОТКРЫТИЯ: за объяснение того, как ограниченное число (несколько сот) генов детерминирует синтез практически неограниченного числа (сотни миллионов) вариантов антител.

ПРЕДЫСТОРИЯ

Механизмы индивидуальной несовместимости начали изучать в XIX веке. Этапами развития иммунологии стали открытие Эдуардом Дженнером (Edward Jenner, 1749–1823) способа прививки от натуральной оспы (1798) и предложенная в 1880-е годы Луи Пастером (Louis Pasteur, 1822–1895) микробная теория инфекционных болезней.

Фон Беринг (Нобелевская премия 1901 года) и Сибасабуро Китасато (Shibasaburo Kitasato, 1852–1931) в 1890 году обнаружили первые антитела — вещества, которые организм вырабатывает в ответ на введение токсинов (ядов) бактериального происхождения. Эрлих (Нобелевская премия 1908 года) положил представление о защитных молекулах в основу своей гуморальной (лат. humor — жидкость) теории иммунитета. Мечников (Нобелевская премия 1908 года) создал клеточную теорию иммунитета, основанную на способности специальных клеток тела фагоцитов (греч. phagein — пожирать и kytos — клетка) поглощать и уничтожать микробы и инородные частицы, проникающие в организм. В начале XX века теории Эрлиха и Мечникова были сведены в общую теорию иммунтитета после открытия Альмротом Эдвардом Райтом (Almroth Edward Wright, 1861–1947) и С. Р. Дугласом (S. R. Douglas) опсонинов (от греч. opsoniazo — снабжать пищей) – антител, облегчающих фагоцитоз.

Гуморальная теория иммунтитета Эрлиха предполагала существование изначально заложенного в клетках механизма, готового синтезировать антитела к любому антигену, как только он проникнет в организм (селекционная интерпретация). В 1930 годы Ландштейнер (Нобелевская премия 1930 года) установил, что антитела могут образовываться и в ответ на введение искусственных антигенов, не существующих в природе, что нанесло сильный удар по селекционной интерпретации, и большинство исследователей, в том числе Полинг (Нобелевская премия по химии за 1954 год), стали исповедывать инструктивную интерпретацию, согласно которой механизм ответа начально не заложен, но формируется уже после попадания антигена в организм.

В конце 1950-х годов Д. У. Толмэдж (D. W. Talmage) и Ледерберг (Нобелевская премия 1958 года) полностью отказались принять инструктивную интерпретацию и сформулировали клонально-селекционную теорию иммунтитета, основу которой составляло представление об изначально существующих в организме клеточных клонах (греч. klon — побег, отпрыск) – группах клеток, способных продуцировать антитела на любой мыслимый антиген. Во время внутриутробного развития и в течение короткого времени после рождения клоны клеток, способные отвечать на собственные антигены организма, элиминируются (подавляются), и таким образом, предупреждается разрушение организма собственной иммунной системой. Оставшиеся клоны ожидают появления соответствующих «чужих» антигенов, и, когда это случается, активируются и синтезирует нужные антитела.

Законы генетики, открытые Грегором Иоганном Менделем (Gregor Johann Mendel, 1822–1884) в 1854–1863 годы, были забыты, а затем вновь открыты в 1900 году немцем Карлом Эрихом Корренсом (Carl Erich Correns, 1864–1933), голландцем Хуго Де Фризом (Hugo De Vries, 1848–1935) и австрийцем Эрихом Чермак-Зейзенеггом (Erich Tschermak-Seysenegg, 1871–1962). Фридрих Антон Шнейдер (Friedrich Anton Schneider) в 1873 году описал в клеточном ядре органеллы, которые Г. В. Г. Вальдейер (Н. W. G. Waldeyer) в 1888 году назвал хромосомами (от греч. chromo — цвет и soma — тело). Август Вейсман (August Weismann, 1834–1914) в Германии указал на них как на носителей наследственности.

Существование носителей наследственности постулировал еще Мендель (1866). В 1909 году датчанин Вильгельм Людвиг Иогансен (Wilhelm Ludwig Johannsen, 1857–1927) назвал их генами (от греч. genos — род, происхождение). Морган (Нобелевская премия 1933 года) доказал, что гены упорядоченно расположены в хромосомах («как бусины на нитке»). Мак-Клинток (Нобелевская премия 1983 года) показала, что часть структурных элементов хромосомы способна перемещаться не только по самой хромосоме, но и к другой хромосоме. Робертс и Шарп (Нобелевская премия 1993 года) установили, что ген может присутствовать в генетическом материале в виде нескольких раздельных сегментов – экзонов.

То, что синтез белков управляется генами, предполагал еще в 1902 году А. Э. Гаррод (А. Е. Garrod). Бидл и Тейтем (Нобелевская премия 1958 года) доказали, что структура каждого синтезируемого белка закодирована в одном из генов: «один ген – один белок».

С конца 1960-х годов, когда большинство иммунологов отказалось от инструктивной интерпретации теории антителообразования, вновь стало очевидным разительное несоответствие между числом необходимых вариантов антител и возможностями генетического аппарата хранить информацию об их структуре.

Антитела синтезируются В-лимфоцитами (один из видов белых клеток крови), которых у взрослого человека примерно 10¹². Поскольку каждый В-лимфоцит может производить свой тип антител, число возможных вариантов антител в одном организме теоретически ограничено только этим числом – триллион. Число антигенов, с которыми может встретиться организм, оценивалось в сотни миллионов, и уникальная природа каждого требовала синтеза «собственного» антитела, а для этого, в сооответствии с правилом Бидла-Тейтема (см. статью «1958»), нужны сотни миллионов генов. Весь же человеческий геном, как тогда считали, содержит 100 тыс. генов (сейчас известно, что 30 тыс.).

Кроме того, несмотря на общую победу селекционной интерпретации теории антителообразования (см. статью «1960»), многим исследователям все же трудно было до конца примириться с мыслью о том, что иммунная система заранее создает антитела, способные опознать и обезвредить сотни миллионов веществ, при том, что с большей частью этих веществ организм в течение всей своей жизни так и не встретится.

Стуктура антител оставалась неизвестной, пока Тиселиус (Нобелевская премия по химии за 1948 год) и Э. А. Кэбет (Е. A. Kabat) не показали, что антитела являются γ-глобулинами, то есть белками с большой молекулярной массой. В 1962 году Эдельман и Портер (оба – Нобелевская премия 1972 года) установили, что молекула антитела состоит из четырех полипептидных цепей: двух длинных и двух коротких, все четыре вместе формируют Y-подобную симметричную молекулу. К 1969 году сотрудники Эдельмана полностью расшифровали первичную структуру молекулы иммуноглобулина (все 1300 аминокислотных остатков) и определили в ней домены (франц, domaine — участок, земельное владение), ответственные за различные функции антител.

В основании Y есть постоянная часть, последовательность аминокислот которой определяет принадлежность антитела к одному из следующих классов: М, D, G, А или Е. Соответственно были названы пять классов иммуноглобулинов: IgM, IgD, IgG, IgA и IgE. После связывания антитела с антигеном, например, вируса, молекула антитела меняется таким образом, что его постоянная часть (в стебле Y) начинает активизировать важные механизмы иммунной защиты. Среди них – система комплемента, которая может непосредственно делать отверстия в бактериях и других микробах, а также притягивать лейкоциты – макробактериофаги (от греч. makros — большой, bakterion — палочка и phagein — пожирать) и гранулоциты — к полю сражения.

Короткие цепи бывают двух типов: к (каппа) и X (ламбда). Каждая молекула антитела, независимо от класса, содержит или две к– или две Z-цепи. Во внешних частях коротких цепей (в ветвях Y) существуют значительные различия в последовательности аминокислот. В этой переменной части имеются три области, где различия очень велики. Эти области представляют собою стенки «кармана», способного связывать чужеродное вещество (антиген). Они более или менее приспособлены к форме конкретного антигена. Чем лучше это соответствие, тем крепче захват антигена. В популярных изданиях молекулу антитела сравнивают с омаром, а антиген-связывающие части антитела – с его клешнями.

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ

В 1976 году Тонегава сумел путем ряда изобретательных экспериментов показать, как части генома клетки (ДНК) перераспределяются в ходе дифференцировки от зародышевой клетки до 5-лимфоцита, производящего антитела. К 1978 году Тонегава уже мог детально разъяснить, как те части генома, которые порождают антитело, перемещаются так, чтобы позволить каждому 5-лимфоциту производить свои собственные уникальные антитела. Тонегава ответил на вопрос, как генетический материал 5-клеток может создавать бесконечное число структур различных антител. В 1976 году он убедительным и изящным способом смог показать, как различные гены иммуноглобулина, которые были далеко друг от друга в зародышевой клетке, в 5-лимфоците входят в более близкий контакт. В ходе развития от зародышевых клеток к антителобразующему 5-лимфоциту гены, формирующие иммуноглобулины, перераспределяются. Различные части генома перемещаются, повторно объединяются и могут быть даже «потеряны», чтобы, наконец, создать ДНК, которую находят в зрелом 5-лимфоците.

У человека гены для длинных цепей расположены в хромосоме 14, для к-цепей – на хромосоме 2 и для Х-цепей – на хромосоме 22. Три группы генов участвуют в создании переменной части длинной цепи, которая вместе с переменной частью короткой цепи является специфичной для каждого антитела. Эти гены получили названия V, D и J. Короткая цепь детерминируется генами V и J. У человека число V-генов для длинных цепей – примерно 200, и, кроме того, есть приблизительно 20 D-генов и 4 J-гена. Когда для синтеза антитела нужен функционирующий ген, по одному V-, D– и J-гену в случайном порядке берется от трех групп генов. Этот процесс можно сравнить с лотереей, где число номеров равно 16000, то есть 200 х 20 х 4.

Случайный порядок сборки генов V, D и J еще более увеличивает обилие вариантов. И поскольку гены V и D часто неодинаковы (наследуются и от отца, и от матери), это уже означает уже возможность примерно 5 млн. различных вариантов переменной части длинной цепи. Последний вклад вносит легкая цепь с ее 10 тыс. вариантов. Итоговая сумма составляет много миллиардов возможных форм антитела.

Человек хорошо подготовлен к встрече с любым возможным антигеном. Вероятно, только незначительная часть типов антител когда-либо используется. Иммунная система чрезвычайно экономична в использовании ДНК. В то же самое время производится большое количество лимфоцитов, и только некоторые из них будут когда-либо участвовать в иммунной защите организма. Экономия ДНК, таким образом, соседствует с очевидным расходованием клеток. Однако такой порядок позволяет сохранять состояние высокой готовности, которая требуется против возможных новых инфекционных болезней.

ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

Открытие Тонегавы принесло ответ на одну из наиболее интригующих загадок иммуногенетики: оно показало, как ограниченное количество генов детерминирует синтез почти неограниченного количества вариантов антител. Кроме более глубокого понимания природы иммунной системы, эти открытия имеют значение в совершенствовании иммунологических методов профилактики и лечения (прививки, подавление реакций отторжения трансплантата, аутоиммунные заболевания и др.).

БИОГРАФИЯ

Тонегава родился в Нагойя (Япония) 6 сентября 1939 года вторым из четверых детей в семье Цутому Тонегавы (Tsutomu Tonegawa), инженера текстильной компании и Мийоко Масуко (Miyoko Masuko). Су суму провел большую часть детства в сельской местности, потом родители отправили его в Токио, чтобы он мог получить лучшее образование. Су суму учился в престижной средней школе, где увлекся химией и решил поступать на химический факультет университета Киото и поступил туда со второго раза в 1959 году. Тонегава был очарован тогдашним расцветом молекулярной биологии, когда на старших курсах читал работы Жакоба и Моно (Нобелевская премия 1965 года) по теории оперонов. Он стал работать над дипломом в области молекулярной биологии и был принят в Институт вирусологических исследований при университете Киото, одной из нескольких лабораторий в Японии, где американцы активно участвовали в исследованиях проблем молекулярной биологи. Через два месяца Тонегаве была предложена стажировка в США. В то время среди молекулярных биологов Японии было принято после получения диплома два года учиться в Штатах. Тонегава был послан на биологический факультет Калифорнийского университета в Сан-Диего. Там он работал в над диссертацией, посвященной транскрипционному контролю фага Лив 1978 году получил степень доктора философии по молекулярной биологии. Он остался в лаборатории в постдокторантуре, работая над морфогенезом бактериофага 0X174 до 1979 года, потом перешел в лабораторию Дульбекко (Нобелевская премия 1975 года) в Солковском институте.

Как и многие другие, Тонегава полагал, что золотой период молекулярной биологии прокариотов завершается и наступает время изучения эукариот. Вирус SV40, с которым работали в лаборатории Дульбекко, и стал тем мостиком, который позволил перейти к исследованиям эукариот. Работа Тонегавы состояла в определении транскриптов SV40 при литической инфекции трансформированных клеток. К сожалению, в 1970 году у Тонегавы заканчивалась американская виза и он должен был уехать из США минимум на два года. Осенью 1970 года, всего за несколько месяцев до окончания визы, Тонегава получил письмо от Дульбекко, находящегося в Европе, об открытии Института иммунологии в Базеле (Швейцария). Несмотря на скромный опыт в иммунологии, Тонегава последовал совету Дульбекко и послал прошение директору института Ерне (Нобелевская премия 1984 года), который предложил Тонегаве двухлетний контракт. К концу 1971 года он уже принимал участие в больших дебатах по генетической природе разнообразия антител, чувствуя, что сможет применить для исследований в этой области недавно изобретенные методы молекулярной биологии, использующие рестриктазы и рекомбинантную ДНК. Позже группа Тонегавы расширилась. С 1974 по 1981 год они добились значительных успехов. Оказалось, что разнообразие антител определяется соматической рекомбинацией унаследованных сегментов гена и соматическими мутациями.

В 1981 году Тонегава получил профессорскую должность в Центре по исследованию рака в Массачусетском технологическом институте. Директор Центра Лурия (Нобелевская премия 1969 года) предоставил Тонегаве хорошую лабораторию.

Тонегава развелся со своей женой Киоко (у них было трое детей) и женился на Майуми Иошинари (Mayumi Yoshinari) в 1985 году.

ЛИТЕРАТУРА

Работы лауреата:

Sequence of a mouse germ-line gene for a variable region of an immunoglobulin light chain // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1978. V. 75. P. 1485–1489 (with others);

Somatic generation of antibody diversity//Nature. 1983. V. 302. N. 5909. P. 575–581.

О нем:

Newmark P Nobel prize for Japanese immunologist//Nature. 1987. V. 329. N. 6140. P. 570;

Marx J. L. Antibody research garners Nobel Prize. A molecular biologist is honoured for his contributions to understanding how the immune system makes such a vast repertoire of antibodies // Science. 1987. V. 238. N. 4826. P. 484–485;

EisenbergS. Medicine, Chemistry, Physics Nobels announced// Sci. News. 1987. V. 132. N. 16. P. 244;

Nobel Prizes: U.S., French chemists share award // Chem. Eng. News. 1987. V. 65. N. 42. P. 5.