Нобелевские премии по медицине и химии 2018 г.: мобилизация против рака и эволюция в пробирке
17.11.2018
10830
Нобелевскую премию в области физиологии и медицины в этом году дали за разработки терапии рака путем ингибирования отрицательной иммунной регуляции, а по химии – за открытия, резко повышающие эффективность направленной эволюции. Рассмотрим их поподробнее.
Премию по медицине присудили двум ученым – американцу Джеймсу Эллисону и японцу Тасуку Хондзе, поскольку их разработки 1990-х годов позволили совершить прорыв в лечении рака. Суть их открытий в том, что были найдены способы стимулирования иммунной системы организма на борьбу с раком. Как известно, иммунная система человека самостоятельно ищет в организме мутировавшие клетки и разрушает их, не давая им размножаться. Этим занимаются так называемые Т-клетки, тип лейкоцитов, которых нередко называют «солдатами иммунной системы[1]». Именно они приводятся в действие для борьбы с инфекциями, но злокачественные клетки нашли способ обходить эту естественную защиту. Т-клетки несут в себе прикрепленные к ним с помощью молекул иммунные контрольные точки (ИКТ) — естественный механизм, который тормозит наш иммунитет, «успокаивая» Т-лимфоциты, ответственные за распознавание и уничтожение чужеродных и мутировавших клеток. Если этот механизм нарушен, то организм начинает разрушать сам себя, переключившись на уничтожение здоровых тканей. Так, например, происходит при аутоиммунных заболеваниях.
Проблема в том, что раковые клетки могут блокировать ИКТ, разрушая Т-клетки и предотвращая их борьбу с болезнью. Разновидностей ИКТ обнаружено два. Доктор Д. Эллисон идентифицировал ИКТ, называемый CTLA-4, а д-р Т. Хондзе независимо открыл ИКТ под названием PD-1. Опубликованные в начале 1990-х годов результаты исследований сделали возможным разработку лекарств, которые отключат ИКТ, а значит, Т-клетки будут свободно бороться с раком. Этот процесс часто называют снятием тормозов с иммунной системы.
Первыми препаратами, основанными на данных механизмах, разрешенных в США для лечения некоторых видов рака, стали ипилимумаб (ipilimumab вышел под брендом Yervoy), ниволумаб nivolumab – бренд Opdivo) и пембролизумаб (pembrolizumab - Keytruda). В ближайшее время, как отмечают эксперты, ожидается выход еще целой группы подобных препаратов. Они представляют собой специально выращенные в пробирках моноклональные антитела, которые, попадая в организм, блокируют способность раковых клеток обманывать «солдат иммунной системы». Сейчас курс лечения данными препаратами в США составляет порядка 100 тысяч долларов.
Вместе с тем эксперты отмечают и достаточно серьезные побочные эффекты от применения данных препаратов, когда иммунная система начинает бороться и со здоровыми тканями. В результате отмечались воспаления легких, кишечника, а иногда и сердца, снижение функционала цитовидной железы. Повреждение поджелудочной железы вызвало диабет у некоторых пациентов, а другие заработали ревматоидный артрит. Когда препараты были только введены, побочные эффекты даже вызвали некоторые смерти.
Однако, несмотря на это, блокирующие ИКТ препараты уже доказали свою эффективность в борьбе с раком легких, почек, мочевого пузыря, головы и шеи, агрессивной меланомы рака кожи, ходжкинской лимфомой (Hodgkin lymphoma) и др.
Как отмечают эксперты, г-да Д. Эллисон и Т. Хондзе не только выяснили биологические механизмы функционирования таинственных Т-клеток, но и разработали различные пути работы с механизмами иммунной системы человека для борьбы с болезнью. В итоге, в арсенале борьбы с раком у врачей, кроме химиотерапии с её неизбирательным уничтожением всех клеток организма, которые хотят расти, появился более умный и эффективный путь лечения. Надо полагать, что новые лекарства иммунотерапии со временем станут намного дешевле, доступнее и широким слоям населения в мире.
Эволюция в пробирке
Нобелевская премия по химии в 2018 году присуждена трем ученым – молекулярным биологам, одним из которых стала пятая женщина в истории Премии по химии[2]. Фрэнсис Арнольд получила награду за направленную эволюцию ферментов, а Джордж Смит и сэр Грегори Винтер – за фаговое отображение пептидов и антител.
Прежде чем показать суть открытий Фрэнсис Арнольд (1/2 часть премии), сначала вкратце проинформируем о том, что создание новых химических веществ как в промышленности, так и в организме человека целиком зависит от катализаторов – веществ, ускоряющих прохождение реакции. Их можно разделить на природные биокатализаторы, так называемые ферменты, и созданные человеком в лаборатории – катализаторы. Проблема в том, что ранее ферменты, которые изобрела живая природа, обладающая миллиардами лет времени и механизмами отбора, всегда были гораздо более эффективными и более избирательными в своем действии, чем искусственно созданные. Чтобы преодолеть эти ограничения, еще в 1980-е годы Френсис Арнольд предложила теоретическую модель: взять ген, который отвечает за производство нужного вам фермента, и внести в него миллионы мутаций. Затем отобрать те варианты, которые отвечают вашим требованиям. Далее селекцию предложено проводить с помощью расселения гена в то, что быстро размножается, – например, в кишечную палочку. Открываются огромные возможности. Теперь ученый может взять природный катализатор и выжать из него максимум. Это открытие уже активно применяется в самых разных продуктах – средствах для мытья посуды, переработке мусора и т.д.
Вторая половина премии присуждена Джорджу Смиту и сэру Грегори Винтеру – их работа была сосредоточена на фаговом дисплее. Фаги — это вирусы, паразиты бактерий. Они чемпионы по размножению или, другими словами, по наращиванию генетического материала. Фаговый дисплей – лабораторный метод изучения взаимодействий между белками, пептидными последовательностями и молекулами ДНК. Смит еще в 1985 году описал этот метод, в центре которого – использование бактериофагов (вирусы, заражающие бактерии). Смит утверждал, что изменение генов бактериофага всегда влияет на структуру белка в оболочке вируса. Позднее Грегори Винтер смог экспериментально подтвердить предположения Смита, использовав фаговый дисплей для работы с антителами. В итоге, перенося ген антитела в какой-нибудь раковый белок бактериофаг, ученый буквально за часы может наработать тысячи вариантов и выбрать из них тот, который станет лекарством.
[1] 2018 Nobel Prize in Medicine Awarded to 2 Cancer Immunotherapy Researchers, D Grady, 1.10.2018 г., https://www.nytimes.com/2018/10/01/health/nobel-prize-medicine.html
[2] До этого Нобелевская премия по химии присуждалась 177 ученым, 4 из которых были женщины – в 1911 г. – Мария Кюри (Marie Curie, ей также была присуждена Премия по физике в 1903 г.), 1935 г. – Ирен Жолиот-Кюри (Irène Joliot-Curie – дочь М. Кюри и жена Фредерика Жолиота - Frédéric Joliot), 1964 г. –Дороти Кроуфут Ходгкин (Dorothy Crowfoot Hodgkin) и в 2009 г. – Ада Ёнат (Ada Yonath) - https://www.nobelprize.org/prizes/facts/facts-on-the-nobel-prize-in-chemistry/.
Премию по медицине присудили двум ученым – американцу Джеймсу Эллисону и японцу Тасуку Хондзе, поскольку их разработки 1990-х годов позволили совершить прорыв в лечении рака. Суть их открытий в том, что были найдены способы стимулирования иммунной системы организма на борьбу с раком. Как известно, иммунная система человека самостоятельно ищет в организме мутировавшие клетки и разрушает их, не давая им размножаться. Этим занимаются так называемые Т-клетки, тип лейкоцитов, которых нередко называют «солдатами иммунной системы[1]». Именно они приводятся в действие для борьбы с инфекциями, но злокачественные клетки нашли способ обходить эту естественную защиту. Т-клетки несут в себе прикрепленные к ним с помощью молекул иммунные контрольные точки (ИКТ) — естественный механизм, который тормозит наш иммунитет, «успокаивая» Т-лимфоциты, ответственные за распознавание и уничтожение чужеродных и мутировавших клеток. Если этот механизм нарушен, то организм начинает разрушать сам себя, переключившись на уничтожение здоровых тканей. Так, например, происходит при аутоиммунных заболеваниях.
Проблема в том, что раковые клетки могут блокировать ИКТ, разрушая Т-клетки и предотвращая их борьбу с болезнью. Разновидностей ИКТ обнаружено два. Доктор Д. Эллисон идентифицировал ИКТ, называемый CTLA-4, а д-р Т. Хондзе независимо открыл ИКТ под названием PD-1. Опубликованные в начале 1990-х годов результаты исследований сделали возможным разработку лекарств, которые отключат ИКТ, а значит, Т-клетки будут свободно бороться с раком. Этот процесс часто называют снятием тормозов с иммунной системы.
Первыми препаратами, основанными на данных механизмах, разрешенных в США для лечения некоторых видов рака, стали ипилимумаб (ipilimumab вышел под брендом Yervoy), ниволумаб nivolumab – бренд Opdivo) и пембролизумаб (pembrolizumab - Keytruda). В ближайшее время, как отмечают эксперты, ожидается выход еще целой группы подобных препаратов. Они представляют собой специально выращенные в пробирках моноклональные антитела, которые, попадая в организм, блокируют способность раковых клеток обманывать «солдат иммунной системы». Сейчас курс лечения данными препаратами в США составляет порядка 100 тысяч долларов.
Вместе с тем эксперты отмечают и достаточно серьезные побочные эффекты от применения данных препаратов, когда иммунная система начинает бороться и со здоровыми тканями. В результате отмечались воспаления легких, кишечника, а иногда и сердца, снижение функционала цитовидной железы. Повреждение поджелудочной железы вызвало диабет у некоторых пациентов, а другие заработали ревматоидный артрит. Когда препараты были только введены, побочные эффекты даже вызвали некоторые смерти.
Однако, несмотря на это, блокирующие ИКТ препараты уже доказали свою эффективность в борьбе с раком легких, почек, мочевого пузыря, головы и шеи, агрессивной меланомы рака кожи, ходжкинской лимфомой (Hodgkin lymphoma) и др.
Как отмечают эксперты, г-да Д. Эллисон и Т. Хондзе не только выяснили биологические механизмы функционирования таинственных Т-клеток, но и разработали различные пути работы с механизмами иммунной системы человека для борьбы с болезнью. В итоге, в арсенале борьбы с раком у врачей, кроме химиотерапии с её неизбирательным уничтожением всех клеток организма, которые хотят расти, появился более умный и эффективный путь лечения. Надо полагать, что новые лекарства иммунотерапии со временем станут намного дешевле, доступнее и широким слоям населения в мире.
Эволюция в пробирке
Нобелевская премия по химии в 2018 году присуждена трем ученым – молекулярным биологам, одним из которых стала пятая женщина в истории Премии по химии[2]. Фрэнсис Арнольд получила награду за направленную эволюцию ферментов, а Джордж Смит и сэр Грегори Винтер – за фаговое отображение пептидов и антител.
Прежде чем показать суть открытий Фрэнсис Арнольд (1/2 часть премии), сначала вкратце проинформируем о том, что создание новых химических веществ как в промышленности, так и в организме человека целиком зависит от катализаторов – веществ, ускоряющих прохождение реакции. Их можно разделить на природные биокатализаторы, так называемые ферменты, и созданные человеком в лаборатории – катализаторы. Проблема в том, что ранее ферменты, которые изобрела живая природа, обладающая миллиардами лет времени и механизмами отбора, всегда были гораздо более эффективными и более избирательными в своем действии, чем искусственно созданные. Чтобы преодолеть эти ограничения, еще в 1980-е годы Френсис Арнольд предложила теоретическую модель: взять ген, который отвечает за производство нужного вам фермента, и внести в него миллионы мутаций. Затем отобрать те варианты, которые отвечают вашим требованиям. Далее селекцию предложено проводить с помощью расселения гена в то, что быстро размножается, – например, в кишечную палочку. Открываются огромные возможности. Теперь ученый может взять природный катализатор и выжать из него максимум. Это открытие уже активно применяется в самых разных продуктах – средствах для мытья посуды, переработке мусора и т.д.
Вторая половина премии присуждена Джорджу Смиту и сэру Грегори Винтеру – их работа была сосредоточена на фаговом дисплее. Фаги — это вирусы, паразиты бактерий. Они чемпионы по размножению или, другими словами, по наращиванию генетического материала. Фаговый дисплей – лабораторный метод изучения взаимодействий между белками, пептидными последовательностями и молекулами ДНК. Смит еще в 1985 году описал этот метод, в центре которого – использование бактериофагов (вирусы, заражающие бактерии). Смит утверждал, что изменение генов бактериофага всегда влияет на структуру белка в оболочке вируса. Позднее Грегори Винтер смог экспериментально подтвердить предположения Смита, использовав фаговый дисплей для работы с антителами. В итоге, перенося ген антитела в какой-нибудь раковый белок бактериофаг, ученый буквально за часы может наработать тысячи вариантов и выбрать из них тот, который станет лекарством.
[1] 2018 Nobel Prize in Medicine Awarded to 2 Cancer Immunotherapy Researchers, D Grady, 1.10.2018 г., https://www.nytimes.com/2018/10/01/health/nobel-prize-medicine.html
[2] До этого Нобелевская премия по химии присуждалась 177 ученым, 4 из которых были женщины – в 1911 г. – Мария Кюри (Marie Curie, ей также была присуждена Премия по физике в 1903 г.), 1935 г. – Ирен Жолиот-Кюри (Irène Joliot-Curie – дочь М. Кюри и жена Фредерика Жолиота - Frédéric Joliot), 1964 г. –Дороти Кроуфут Ходгкин (Dorothy Crowfoot Hodgkin) и в 2009 г. – Ада Ёнат (Ada Yonath) - https://www.nobelprize.org/prizes/facts/facts-on-the-nobel-prize-in-chemistry/.
Похожие статьи
1. Экономика Казахстана: Замедляемся2. Оптимизация правительства
3. Нобелевская премия по медицине 2014: «внутренняя GPS»
4. Самая дорогая болезнь для мировой экономики
5. Демографические сдвиги и недвижимость: время отлива
Оформить подписку
