Premiul Nobel pentru Fiziologie și Medicină - 2012 • Vera Bashmakova, Alexey Paevsky • Stiri despre "Elemente" • Premiile Nobel, Genetica, Biotehnologia

Premiul Nobel pentru Fiziologie și Medicină – 2012

Câștigătorii premiului Nobel pentru fiziologie și medicină în 2012, John Gordon (John Bertrand Gurdon) și Shinya Yamanaka (Shinya Yamanaka). Fotografii de la www.smh.com.au și www.ucsf.edu

8 octombrie 2012 a început următoarea săptămână Nobel. În mod tradițional, primii care au anunțat laureații unui premiu în fiziologie sau medicină (din anumite motive, în limba rusă este de obicei numit premiul în fiziologie și medicament). Câștigătorii au fost britanicul John Gordon (John Bertrand Gurdon) de la Institutul Cambridge Gurdon (Institutul Gurdon) și japonezul Shinya Yamanaka (Institutul Gladstone de boli cardiovasculare din San Francisco)) Universitatea din Kyoto (Universitatea din Kyoto). După cum se precizează în textul oficial al Comitetului Nobel, anunțat în mod tradițional în suedeză, rusă, franceză și germană (Nobel însuși a vorbit fluent), premiul a fost acordat pentru "a deschide posibilitatea reprogramării celulelor diferențiate în pluripotent".

Din 1901, Premiul Nobel pentru Fiziologie și Medicină a fost premiat de 103 de ori. În 1915-1918, 1921, 1925, 1940-1942, premiul nu a fost acordat. Primul câștigător a fost Emil von Bering pentru crearea terapiei serice, care a devenit un pas important în lupta împotriva difteriei.

În 2012, acest Premiu Nobel a depășit o barieră de 200 de premii: Gurdon și Yamanaka au devenit 200 de ani și 201 laureați ai Premiului Nobel în această nominalizare.

Până acum, în istoria premiului, nu au fost doi câștigători. Printre laureații – 10 femei (printre premiile "științe naturale", aceasta este o înregistrare: în fizică, doar două premii au fost făcute în sexul echitabil, în chimie – 4).

În conformitate cu § 4 din Statutul Fundației Nobel, una sau două lucrări pot fi încurajate simultan, dar numărul total al câștigătorilor nu trebuie să depășească trei. Dintre cele 103 de premii în fiziologie și medicină, 38 au fost câștigate de un laureat, 32 au fost împărțite între doi laureați, 33 între trei.

Există doar doi laureați ruși ai acestui premiu – Ivan Pavlov (1904) și Ilya Mechnikov (1908). Deci, "Nobelul" rus în această nominalizare nu am mai văzut timp de mai mult de un secol.

Vârsta medie a câștigătorilor anteriori este de 57 de ani. Cel mai tânăr este Frederik Banting, care a devenit laureat la 32 de ani (1923). Cel mai in varsta este Peyton Rous, care a primit un premiu in 87 de ani (1966). Apropo, cel mai vechi laureat supraviețuitor este și în fiziologie și medicină. Mai precis – cei mai în vârstă. Rita Levi-Montalcini, care a câștigat un premiu în 1986, a sărbătorit 103 de ani în aprilie.

Și două fapte mai interesante.Fiul lui Arthur Kornberg, laureat al premiului Nobel în fiziologie și medicină în 1959, Roger Kornberg a devenit Nobelian în chimie în 2006. Iar fratele lui Jan Tinbergen, primul câștigător al premiului Nobel în economie (1969), Nikolaas Tinbergen a câștigat Premiul Nobel pentru Fiziologie și Medicină din 1973.

Reamintim că anul trecut, trei oameni de știință au primit premiul în fiziologie și medicină. Jules Hoffman și Bruce Beetler au primit premii pentru activarea imunității înnăscute, iar Ralph Steinman pentru descoperirea celulelor dendritice și studierea semnificației lor pentru imunitatea dobândită. Și deși Steinman a murit cu câteva ore înainte ca decizia să fie luată de Comitetul Nobel, premiul a rămas cu el.

Câștigători de două generații

Trebuie spus că cei doi câștigători ai acestui an, la capriciul soartei, într-un mod neobișnuit "rima". Ambele aparțin celor mai tradiționale culturi – britanice și japoneze. În acel an, când sa născut al doilea, a fost publicat "articolul Nobel al primului" (Gurdon este cu aproape 30 de ani mai în vârstă: el sa născut în 1933, iar Yamanaka în 1962).

În plus, "Premiul Nobel" nu este primul premiu pe care îl primesc împreună Gerdon și Yamanaka.În 2009, au câștigat premiul Albert Lasker de onoare ("al doilea premiu american de medicină", ​​așa cum o numesc) în nominalizarea de bază. Apropo, aproape jumătate dintre laureații acestei nominalizări primesc apoi Premiul Nobel.

Dar au primit atat prestigiosul premiu Wolf in medicina israeliana, dar separat – Gerdon in 1989 si Yamanaka in 2011. În plus față de multe alte premii primite de ambii oameni de știință, Yamanaka este, de asemenea, câștigătorul premiului tehnologic Millennium de prestigiu.

Laureatul "senior" a primit, de asemenea, mai multe premii onorifice. În iunie 1995, John Bertrand Gurdon a primit titlul de Bachelor Knight și dreptul de a adăuga titlul "Sir" la numele său, iar în 2004 a primit o recunoaștere și mai accentuată: Institutul Cambridge de Biologie Celulară și Cancer cu fundațiile caritabile Wellcome Trust și Cancer Research UK Institutul Gordon.

Aproape toți comentatorii marchează opera lui Gerdon și Yamanaki ca descoperiri. Mulți autori ai felicitărilor pe "zidul" Comitetului Nobel îi numesc o "nouă eră" în istoria omenirii.

Ce fel de descoperire în știință au făcut acești oameni de știință, care aparțin unor generații diferite, ale căror activități au fost împărtășite de mai bine de 40 de ani?

A răspunde la această întrebare va trebui să înceapă de la distanță.

Celulele stem, sau acolo și înapoi

Fiecare organism multicelulare este alcătuit din mai multe tipuri de celule care pot fi foarte diferite unul de celălalt – comparați, de exemplu, celulele roșii din sânge, celulele roșii din sânge, celulele osoase, osteoblastele. Totuși, informațiile genetice stocate în toate tipurile de celule somatice – de la hepatocite la neuron – sunt absolut identice. Cum este posibil acest lucru?

Răspunsul este simplu: genele diferite sunt exprimate în diferite tipuri de celule. Asta este, totuși totul genomul în toate celulele este același, dar actoriePartea de lucru a genomului în fiecare tip de celulă este diferită, și cu atât mai diferite în cele două celule sunt aceste "lucru" părți ale genomului, cu atât mai multe celule în sine vor diferi unele de altele.

Și aici apare o altă întrebare: de ce Diferă diferite tipuri de celule în exprimarea genelor? Alexander Markov a răspuns deja minunat la această întrebare, o să-ți spun doar pe scurt.

După cum știți, fiecare organism multiceluros se dezvoltă dintr-o singură celulă – zigoți. La primele diviziuni, zigotul dă celule aproape identice, totuși, cu fiecare diviziune ulterioară, diferențele dintre celulele rezultate cresc.Motivul pentru aceasta este faptul că celulele diferite ale germenului sunt în condiții diferite. În primul rând, zigotul în sine este asimetric, iar densitatea diferitelor substanțe în diferite părți ale acestuia este diferită, deci atunci când împărțim zigotul, celulele care "moștenește" una sau cealaltă parte a citoplasmei vor fi ușor diferite unul de celălalt. În al doilea rând, anumiți parametri fizici, cum ar fi gravitatea, afectează diferit celulele din diferite părți ale embrionului: celula din partea inferioară a embrionului va "trage" în direcția în care nu există alte celule, ci celula din partea superioară – dimpotrivă, acolo unde sunt alte celule. În al treilea rând, celulele însuși încep să se influențeze reciproc: substanțele secretate de vecini schimbă metabolismul celulei, încep sau opresc expresia anumitor gene în ea și determină astfel soarta ei. Și așa mai departe.

Deci, cu fiecare diviziune, celulele sunt din ce în ce mai diferite una de cealaltă și de la zigoții de la care au provenit. Treptat, celulele formează trei straturi – exteriorul (ectodermul), medianul (mezodermul) și cel interior (endodermul). Apoi, celulele și în aceste trei straturi încep să se deosebească din ce în ce mai mult una de cealaltă sub influența celulelor învecinate și a diverșilor factori fizici și, în cele din urmă, formează toate organele și țesuturile corpului.În acest fel, celule diferențiate terminale (adică, absolut specializate) sunt obținute din zigoți complet nediferențiate.

Cu toate acestea, celule diferențiate terminologic au un dezavantaj major: ele nu pot fi divizate. Și din moment ce toți devin mai devreme sau mai târziu, atunci, dacă undeva în corp nu există resurse inepuizabile de celule diferențiate, corpul se va "uza" foarte repede și va muri.

Și există o astfel de resursă. Se cheamă (după cum probabil ați ghicit deja) celule stem. Sunt bucuros să observ că existența unor astfel de celule a fost postulată și numele lor a fost inventat de marele om de știință rus Alexander Maximov în 1908. Descendenții celulelor stem dintr-un organism adult reînnoiesc în mod constant țesuturile în conformitate cu schema prezentată în Fig. 1. Depozitul propriu al celulelor stem există în fiecare țesut, chiar și în inimă și nervos, despre care sa crezut anterior că sunt incapabili de recuperare. Cu cât țesutul este reînnoit, cu atât mai multe celule stem sunt: ​​de exemplu, celulele stem ale pielii sunt mult mai mari decât cele neuronale. Fiecare țesut constă din mai multe tipuri de celule, iar celulele stem din acest țesut pot da naștere la oricare dintre ele, dar nu la celulele unui alt țesut non-nativ.De exemplu, celulele stem hematopoietice pot da naștere numai celulelor sanguine, dar ele nu pot da neuroni. Celulele stem sunt împărțite în mod constant, dar foarte rar; în cazul în care țesutul este deteriorat și are nevoie de o restaurare urgentă, acesta începe să se divizeze mai activ. Majoritatea celulelor stem (de organisme mature) sunt la nou-născuți; cu vârsta, numărul lor scade treptat, dar acestea continuă să funcționeze chiar și în vârstă extremă.

Fig. 1. Diagrama diviziunilor și diferențierilor de celule stem. A – celule stem. B – celula precursor. C – celulă diferențiată. Fiecare celulă stem poate partaja fie simetric, dând două din aceleași celule stem (1) sau asimetric, dând o celulă stem și o celulă precursoară (2). Celula precursor este, de asemenea, împărțită (3); celulele fiicei sale diferențiază (4) și să ia locul lor într-un țesut special al corpului. Imagine de la en.wikipedia.org. (O schemă mai detaliată pentru diferențierea graduală a descendenților celulelor stem poate fi găsită în bariera hemato-testiculară nu este ruptă, dar este actualizată ", Figura 1)

Pentru a rezuma. Înainte de noi sunt câteva tipuri de celule stem.

Celula cea mai universală este zigotul. Dă naștere la toate tipurile de celule din corp, precum și, să spunem, nu exact corpul – de exemplu celulele placentare. Blastomerele posedă aceleași proprietăți – celule formate în primele câteva diviziuni ale zigotului. Un întreg organism poate fi cultivat dintr-un zigot sau blastomeri. Astfel de celule sunt numite totipotent celule stem.

Se formează celule mai puțin universale în timpul mai multor diviziuni embrionare ulterioare (înainte de împărțirea în straturi germinale). Ele pot da naștere la toate celulele corpului, dar nu și la placentă, deci un organism complet nou nu poate fi crescut de la o astfel de celulă. Aceste celule sunt numite pluripotente celule stem (PSC).

înacelași specializat multipotente celulele stem – adică cele care pot determina o varietate de tipuri de celule care sunt caracteristice corpului, dar nu toate. Celulele multipotent sunt, dacă pot spune așa, "mai mult sau mai puțin puternice" – adică pot genera mai multe sau mai puține tipuri de celule. Celulele multipotent includ unele dintre celulele stem care sunt active în organismul adult menționat mai sus.Se face diferențierea treptată a descendenților celulelor multipotetice oligopotentnyh (dând naștere doar unui număr mic de tipuri de celule) și unipotent (dând naștere la un singur tip) de celule.

Deci, se pare că calea unui organism viu este o cale de diferențiere graduală: toate schimbările în celulele stem duc la o scădere a "potenței" (sau chiar a dispariției sale totale). Celulele tootipotent se transformă în pluripotent, cele în multipotent și așa mai departe, iar drumul înapoi pare să dispară.

Dar omul de știință real trebuie să găsească modul în care nu pare să fie. De fapt, pentru această căutare (care sa dovedit a fi de succes), Premiile Nobel John Gordon și Sinya Yamanaka au primit luni.

Ab ovo

Să începem – în ordinea vechimii – cu Gurdon. El a condus experimentele sale Nobel în 1962, în acele timpuri uitate pe jumătate, când nimeni nu sa gândit la secvențializarea genomului, cunoașterea celulelor stem a fost plasată într-un curs anual de prelegeri, iar faimoasa linie de celule HeLa avea doar zece ani.

Gerdon a încercat să găsească un răspuns la întrebarea dacă nucleul unei celule diferențiate are suficientă informație pentru a da naștere unui nou organism.(Știm răspunsul, dar cu cincizeci de ani în urmă acest răspuns nu era deloc evident.)

Și Gurdon a făcut un lucru foarte simplu – a luat și a transplantat o broască sporiană în celula de ou (Xenopus laevis) cu nucleul distrus, nucleul unei celule diferențiate (celulele epiteliului intestinal) dintr-o tadpole din aceeași specie. Au fost necesare câteva experimente, dar, ca rezultat, cercetătorul a reușit să obțină o băutură sănătoasă dintr-un astfel de ou "himeric". (Notăm în paranteze că experimente similare, dar fără succes, au fost făcute chiar înainte de Gerdon. Aparent, Gerdon era diferit de predecesorii săi pur și simplu prindesprerăbdare și perseverență).

Fig. 2. Diagrama experimentelor lui Gurdon. El a distrus cu nucleul ultraviolet în razele de ou Xenopus laevis (1), a transplantat acolo un nucleu prelevat dintr-o celulă intestinală diferențiată a unui tadpole din aceeași specie (2), în urma căreia a fost dezvoltată o tadpole din ouă și apoi o broască adultă (3). În același mod, mamiferele pot fi obținute (4). Imagine de la www.nobelprize.org

A fost un progres imens. Din rezultatele lui Gurdon au urmat imediat o mulțime de concluzii, dintre care principala este: diferențierea este un lucru reversibil.Chiar și nucleul unei celule diferențiate, atunci când este plasat în condiții adecvate, poate da naștere unui nou organism. Descoperirea lui Girdon a transformat toate ideile anterioare despre diferențiere și "tulpină" și a provocat un val întreg de numeroase studii – de la clonarea mamiferelor (prima oaie a fost clonată) la lucrarea lui Xingyi Yamanaki.

Apropo, chiar cuvântul "clonare" a apărut în legătură cu lucrările lui Herdon. În 1963, faimosul biolog britanic și popularizator al științei, John Haldane, a descris rezultatele lui Gerdon și a fost unul dintre primii care foloseau cuvântul "clonă", așa cum se aplica la tadpolul extras din nucleul "adult". Iar broasca este inca jucaria preferata a lui Herdon – pe pagina personala a omului de stiinta a publicat link-uri catre munca sa de anul trecut, unde inca mai experimenteaza oua Xenopus.

40 de ani mai târziu

Și ce a făcut Yamanaki? Ceva chiar mai revoluționar și nemaiauzit decât Gurdonul. În 2006, a reușit – fără transplantul nucleului – să transforme o fibroblasă de șoarece complet diferențiată (o celulă de piele) într-o celulă pluripotentă (astfel de celule erau numite celule stem pluripotent induse, iPSC sau iPSC).Înainte de a spune cum a reușit acest lucru, să facem un mic istoric istoric.

De la experimentele lui Gurdon, știința a făcut pași mari înainte și s-au dezvoltat tehnici subtile care permit inserarea unei gene într-o celulă și, astfel, determină expresia proteinei codificată de această genă în acea celulă. Unul dintre principalele "vehicule" folosite pentru lipirea genelor într-o celulă este virusurile, în special retrovirusurile. În genomul virusului, "eliberați spațiul" prin tăierea materialului genetic periculos, iar genele de proteine ​​esențiale sunt cusute în acest loc. Virusul infectează o celulă, dar în loc de ADN-ul viral, ea inserează aceste gene în genomul celulei. Genele încep să se exprime, să afecteze diferitele procese fiziologice din celulă și expresia altor gene și, astfel, să schimbe soarta celulei. Puteți citi mai multe despre toate acestea în articolul "Clonarea moleculară sau Cum să plasați materialul genetic străin într-o celulă").

Să ne întoarcem la experimentele din Yamanaki. După cum sa menționat deja, celulele de diferite tipuri diferă una de cealaltă în exprimarea diferită a anumitor gene.Yamanaka și echipa sa au comparat expresia genelor în celulele stem diferențiate și embrionare. Ei au identificat câteva zeci de gene a căror activitate crescută a fost caracteristică celulelor stem. În combinații diferite, ei au inserat aceste gene în celule diferențiate prin clonarea moleculară, pentru a forța aceste celule să se dedifereze înapoi.

Apoi a venit descoperirea. După lungi experimente, Yamanaka a reușit să demonstreze că pentru a reprograma o celulă diferențiată într-o tulpină pluripotentă, este suficientă creșterea expresiei întregului patru gene! Numele acestor gene în sunetul muzicii sună pentru biologi "tulpini" și ei îi spalyat, chiar dacă se trezesc în mijlocul nopții: Oct3 / 4, Sox2, Klf4 și c-myc.

Dar asta nu e tot. Yamanaka a arătat că celulele stem pluripotentă obținute se pot diferenția invers în celule diferitelor țesuturi, de exemplu țesuturi nervoase sau intestinale – adică înapoi înapoi în diferențiere și apoi din nou înainte. El le-a oferit oamenilor de știință un instrument ușor de folosit, cu ajutorul căruia puteți face cu diferențierea, practic, tot ceea ce dorește inima voastră. Această descoperire a transformat literalmente lumea științifică.

Fig. 3. Diagramă de experimente Yamanaki. Patru gene de proteine ​​(1) sunt introduse în fibroblastele diferențiate obținute de la șoarece (2). Această fibroblaste este transformată într-o celulă pluripotentă (3), din care puteți obține apoi un organism de șoarece adult (4). Rețineți că șoarecele adult din celulele iPS nu a fost încă obținut de Yamanaka. Imagine de la www.nobelprize.org

Deoarece lucrarea lui Yamanaki a fost realizată relativ recent, ea a provocat o "ecou" de nu mai multă vreme din lucrarea ulterioară, ca lucrarea lui Herdon. Cu toate acestea, acest subiect se dezvoltă rapid. În ultimii șase ani, Yamanaki a dezvoltat o metodă de transformare a unui tip de celule diferențiate în alta. trecere etapă de celule stem. De asemenea, este necesar să menționăm munca oamenilor de știință chinezi care au reușit să obțină un embrion și apoi un șoarece adulți din celulele iPS cu ajutorul unei tehnologii absolut incredibile (Xiao-yang Zhao, Wei Li și alții, 2009. celule iPS). Cu alte cuvinte, lanțurile strânse care au împiedicat toate mișcările oamenilor de știință în lucrul cu celule stem diferențiate au scăzut și a devenit posibilă efectuarea unui volum imens de cercetări, pe care până acum nici măcar nu puteam visa.

Trebuie remarcat o altă consecință importantă a muncii lui Yamanaki.Înainte de aceasta, celulele pluripotente umane au fost obținute într-un mod relativ imoral – din celulele embrionare (și, prin urmare, ele au fost numite celule stem embrionare). În unele țări, utilizarea lor a fost interzisă, în altele – din cauza unor dificultăți juridice grave. Descoperirea lui Yamanaki a dezvăluit umanității o resursă aproape inepuizabilă de celule pluripotente, originea căreia nu lasă nici o pată pe conștiința cuiva.

Articole originale ale laureaților:
1) J. B. Gurdon Capacitatea dezvoltată a nucleelor ​​preluate din celulele epiteliului intestinal din tamburele de hrănire // J Embryol Exp Morphol. V. 10. P. 622-640. Decembrie 1962.
2) Kazutoshi Takahashi, Koji Tanabe, Mari Ohnuki, Megumi Narita, Tomoko Ichisaka, Kiichiro Tomoda, Shinya Yamanaka. Inducerea celulelor stem ale pluripotentului de la factorii adulți prin factori determinați. V. 131. Ediția 5. Pp. 861-872. 30 noiembrie 2007.


Like this post? Please share to your friends:
Lasă un răspuns

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: