Нобелевская премия по химии 2015 года вручена не химикам, а, как это часто случается, ученым, работающим в смежной области, – молекулярным биологам, шведу Томасу Линдалю, возглавляющему лабораторию Clare Hall в Великобритании, выходцу из Турции Азизу Санкару (Университет Северной Каролины, США) и американцу Полу Модричу, сотруднику Медицинского института Говарда Хью и университета Дьюка, США. Их заслуга – открытие трех разных механизмов, с помощью которых внутри живых клеток производится ремонт ДНК, молекул, несущих генетическую информацию.
Нестабильная программа
Оплодотворенная человеческая яйцеклетка получает два набора хромосом – 23 от матери и столько же от отца. В этих 46 хромосомах записан в виде последовательности ДНК, генетический код, который определяет развитие нового организма. Яйцеклетка начинает делиться, нити, составляющие двойную спираль ДНК, расцепляются, на каждой из них как по шаблону выстраивается дополнительная последовательность. Две новые полноценные двойные спирали достаются двум наследницам клетки: так от одного клеточного поколения другому передается в организме генетическая информация.
Точность сохранения генетического кода очень важна: если код ДНК будет существенно нарушен, это может привести к болезням, например, раку, смерти или генетическим заболеваниям у потомков. Однако процедура копирования генов при делении клеток не идеальна, иногда внутриклеточная машинерия дает сбои и по шаблонам расцепившихся нитей ДНК выстраиваются не совсем правильные дополнительные молекулы. Кроме того, ДНК подвержена внешнему воздействию радиации, ультрафиолетового излучения, а также вредных веществ, например, поступающих в организм вместе с табачным дымом.
Ножницы и клей
К счастью, в процессе эволюции в организме появились специальные механизмы, позволяющие чинить испорченные молекулы ДНК. Специальные белковые комплексы внутри клеток умеют обнаружить ошибку в генетическом коде, вырезать из него неверную последовательность и вклеить на ее место правильный вариант.
Томасу Линдалю удалось разобраться с системой, которая ремонтирует ДНК в случаях, когда в молекулярном коде повреждается одна из четырех букв, которыми он написан, – цитозин. Как выяснилось, цитозин легко теряет свою часть, аминогруппу, и при следующем делении клетки это может привести к мутации в ДНК. Линдаль сумел проследить механизм, с помощью которого испорченная молекула цитозина вырезается из нити ДНК, а на ее место вклеивается нормальная копия.
Азиз Санкар изучал процессы, восстанавливающие ДНК после повреждения ультрафиолетовым излучением. Он обнаружил комплекс ферментов, способных заменить в последовательности аминокислот содержащий ошибку кусочек, состоящий из полутора десятка “букв”.
Наконец, Пол Модрич исследовал механизм, обеспечивающий исправление ошибок, возникающих в процессе копирования генов при делении клеток. В том числе он разобрался в том, как именно клетка выясняет, какая из нитей новой ДНК правильная, а в какой получилась опечатка.
Совместное достижение этих ученых состоит не только в том, что их работы дали нам лучшее понимание устройства жизни. Усиление или, наоборот, ослабление систем репарации ДНК может затормозить или остановить развитие некоторых болезней. Например, при некоторых видах раковых опухолей ингибиция репарирующих ДНК-комплексов ферментов приводит к тому, что в генах раковых клеток начинают накапливаться ошибки, и они быстрее погибают, особенно на фоне воздействия химиотерапевтических препаратов.
Что дальше?
На этом завершено объявление Нобелевских лауреатов 2015 года в области естественных наук. Как и год назад, агентству Thomson Reuters не удалось угадать ни одного призера. В частности, в этом году без “Нобеля” остались американо-российский ученый Александр Руденский (он мог претендовать на премию в области физиологии и медицины за исследования клеток, регулирующих иммунитет), Чжун Линь Вану, придумавший устройства, с помощью которых можно создать одежду, вырабатывающую электрический ток на ходу, и Джениффер Дудна, разработавшая новую технологию редактирования генома. Впрочем, не раз случалось, что Thomson Reuters ошибалось не в имени будущего лауреата, а в дате вручения премии. Упомянутые в списке ученые останутся среди основных претендентов на главный научный приз в следующие годы.
