Нобелевские премии по медицине и химии 2022 г.
27.10.2022
3400
Ниязбек Бектембаев
В этом году их присудили за основание новых научных дисциплин – палеогеномики и функциональной формы химии - клик-химии. Это позволяет, с одной стороны, отвечать на такие вопросы, как, откуда мы пришли и как связаны с теми, кто был до нас? Что отличает нас, Homo sapiens , от других гоминидов? С другой стороны, это развитие возможностей по быстрому построению новых сложных молекул для решения различных задач.
3 октября 2022 года стал известен победитель Нобелевской премии по физиологии и медицине, которым стал шведский биолог и специалист по эволюционной генетике Сванте Паабо (Svante Pääbo, Швеция) за открытия, касающиеся геномов вымерших гоминов и эволюции человека[1].
Результаты исследования ученого позволили провести секвенирование генома неандертальца. Секвенирование – это общее название методов, которые позволяют установить последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК, то есть провести анализ наследственной информации.
В 1990 году ученый начал работу в Мюнхенском университете. Там он решил провести анализ ДНК неандертальских митохондрий (органеллы размером с бактерию). В итоге ученый смог секвенировать область митохондриальной ДНК из куска кости возрастом не менее 40 тыс. лет, который был найден в 2008 г. в Денисовой пещере в южной части Сибири.
Во время работы Паабо столкнулся с некоторыми техническими трудностями. Например, выяснилось, что ДНК не проходит проверку временем: она разлагается на короткие фрагменты и становится химически модифицированной. Спустя тысячи лет остались лишь следовые количества ДНК, а то, что осталось, в значительной степени загрязнено ДНК бактерий и современных людей.
Позже Сванте Паабо поставил перед собой другую задачу — секвенирование ядерного генома неандертальцев. Ему это удалось и первая последовательность генома неандертальцев была представлена в 2010 году. Сравнение с современными людьми и шимпанзе показало, что неандертальцы генетически отличались друг от друга.
Проведя сравнительный анализ, ученый пришел к выводу, что последовательности ДНК неандертальцев больше всего похожи на последовательности современных людей из Европы или Азии. То есть у жителей европейского и азиатского происхождения примерно 1–4% генома происходит от неандертальцев.
Благодаря своим новаторским исследованиям Сванте Паабо основал совершенно новую научную дисциплину – палеогеномику, находящейся на стыке генетики и археологии. Она помогает ученым искать ответы на вопрос о том, как современный человек стал таким, какой он есть, и что именно становилось причиной генетических изменений в прошлом. Новые мощные методы анализа последовательности указывают на то, что архаичные гоминиды могли также смешаться с Homo sapiens в Африке. Однако геномы вымерших гоминидов в Африке ещё не секвенированы по причине ускоренной деградации архаичной ДНК в тропическом климате.
Теперь научное сообщество получило представление о том, что гены вымерших «родственников» влияют на физиологию современных людей. В качестве примера можно привести ген EPAS1, который достался жителям Тибета от Денисовского человека. Этот ген помогает тибетцам жить в горах на высоте более 4,5 тыс. м. Ген активизируется при уменьшении уровня кислорода в крови и усиливает выработку эритроцитов. Еще от своих предков неандертальцев мы получили гены, которые помогают иммунитету бороться с различными типами инфекций.
Клик-химия
Нобелевская премия по химии 2022 г. присвоена троим ученым Кэролин Бертоцци (Carolyn R. Bertozzi, США), Мортен Мелдал (Morten Meldal, Дания) и Барри Шарплесс (K. Barry Sharpless, США).
Как отмечается в пресс-релизе Нобелевского комитета, клик-химия и биоортогональные реакции перенесли химию в эпоху функционализма. Под функциональной группой понимается структурный фрагмент органической или неорганической молекулы (некоторая группа атомов), определяющий её химические свойства. Для органических соединений старшая функциональная группа соединения является критерием его отнесения к тому или иному классу[2]. Рассмотрим чуть подробнее.
Одним из важнейших трендов в развитии современной химии выступает создание все более сложных молекул. Это важно для создания новых материалов, лекарств и т.д. Однако их создание требует много времени и очень дорого в производстве, что сдерживает развитие науки и практики. В этой связи, очень важным вопросом выступает развитие возможностей по ускорению данных процессов, что решается в рамках клик-химии. Ее концепцию создал Барри Шарплесс примерно в 2000 году, «…которая представляет собой форму простой и надежной химии, где реакции протекают быстро и исключаются нежелательные побочные продукты[3]». Стоит отметить, что для г-на Шарплесса это вторая Нобелевская премия. Первую он получил в 2001 годусовместно с Редзи Ноери и Уильямом Ноулзом.
В части клик-химии важным выступает условие, при котором объединение молекул должно быть «…абсолютно "нейтральной", то есть не оказывать никакого влияния на химические свойства получившегося соединения[4]». Эта задача была решена – независимо друг от друга - Мортеном Мелдалом и г-н Шарплессом в начале двухтысячных с помощью углеродно-азотной связи. Как отмечено в материале ВВС отмечается, что «На одну из соединяемых молекул "навешивают" цепочку из 3 идущих друг за другом атомов азота (азид), на другую - 2 атома углерода (алкин). В присутствии катализатора (ионов меди) две части нашей "пряжки" сцепляются в стабильное кольцо триазола, прочно удерживающее обе части, из которых собран наш химический конструктор». Это соединение сейчас широко используется при разработке фармацевтических препаратов, для картирования ДНК и создания материалов, более подходящих для этой цели.
В свою очередь, Кэролин Бертоцци вывела клик-химию на новый уровень за счет разработки реакции щелчков, которые работают внутри живых организмов, для картирования важных, но неуловимых биомолекул на поверхности клеток — гликанов. Ее биоортогональные реакции протекают без нарушения нормальной химии клетки. Эти реакции теперь используются во всем мире для изучения клеток и отслеживания биологических процессов. Используя биоортогональные реакции, исследователи улучшили нацеливание противораковых лекарств, которые сейчас проходят клинические испытания.
[1] «Press release: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2022», Kungl. Vetenskaps-Akademien, The Royal Swedish Academy of Sciences, 03.10.2022 г., https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2022/press-release/
[2] Функциональная группа, Материал из Википедии — свободной энциклопедии, https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D1%83%D0%BD%D0%BA%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%....
[3] Press release: The Nobel Prize in Chemistry 2022, Kungl. Vetenskaps-Akademien, The Royal Swedish Academy of Sciences, 5.10.2022 г., https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2022/press-release/
[4] Нобелевскую премию по химии присудили троим ученым за развитие клик-химии, 5.10.2022 г., https://www.bbc.com/russian/news-63143421
В этом году их присудили за основание новых научных дисциплин – палеогеномики и функциональной формы химии - клик-химии. Это позволяет, с одной стороны, отвечать на такие вопросы, как, откуда мы пришли и как связаны с теми, кто был до нас? Что отличает нас, Homo sapiens , от других гоминидов? С другой стороны, это развитие возможностей по быстрому построению новых сложных молекул для решения различных задач.
3 октября 2022 года стал известен победитель Нобелевской премии по физиологии и медицине, которым стал шведский биолог и специалист по эволюционной генетике Сванте Паабо (Svante Pääbo, Швеция) за открытия, касающиеся геномов вымерших гоминов и эволюции человека[1].
Результаты исследования ученого позволили провести секвенирование генома неандертальца. Секвенирование – это общее название методов, которые позволяют установить последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК, то есть провести анализ наследственной информации.
В 1990 году ученый начал работу в Мюнхенском университете. Там он решил провести анализ ДНК неандертальских митохондрий (органеллы размером с бактерию). В итоге ученый смог секвенировать область митохондриальной ДНК из куска кости возрастом не менее 40 тыс. лет, который был найден в 2008 г. в Денисовой пещере в южной части Сибири.
Во время работы Паабо столкнулся с некоторыми техническими трудностями. Например, выяснилось, что ДНК не проходит проверку временем: она разлагается на короткие фрагменты и становится химически модифицированной. Спустя тысячи лет остались лишь следовые количества ДНК, а то, что осталось, в значительной степени загрязнено ДНК бактерий и современных людей.
Позже Сванте Паабо поставил перед собой другую задачу — секвенирование ядерного генома неандертальцев. Ему это удалось и первая последовательность генома неандертальцев была представлена в 2010 году. Сравнение с современными людьми и шимпанзе показало, что неандертальцы генетически отличались друг от друга.
Проведя сравнительный анализ, ученый пришел к выводу, что последовательности ДНК неандертальцев больше всего похожи на последовательности современных людей из Европы или Азии. То есть у жителей европейского и азиатского происхождения примерно 1–4% генома происходит от неандертальцев.
Благодаря своим новаторским исследованиям Сванте Паабо основал совершенно новую научную дисциплину – палеогеномику, находящейся на стыке генетики и археологии. Она помогает ученым искать ответы на вопрос о том, как современный человек стал таким, какой он есть, и что именно становилось причиной генетических изменений в прошлом. Новые мощные методы анализа последовательности указывают на то, что архаичные гоминиды могли также смешаться с Homo sapiens в Африке. Однако геномы вымерших гоминидов в Африке ещё не секвенированы по причине ускоренной деградации архаичной ДНК в тропическом климате.
Теперь научное сообщество получило представление о том, что гены вымерших «родственников» влияют на физиологию современных людей. В качестве примера можно привести ген EPAS1, который достался жителям Тибета от Денисовского человека. Этот ген помогает тибетцам жить в горах на высоте более 4,5 тыс. м. Ген активизируется при уменьшении уровня кислорода в крови и усиливает выработку эритроцитов. Еще от своих предков неандертальцев мы получили гены, которые помогают иммунитету бороться с различными типами инфекций.
Клик-химия
Нобелевская премия по химии 2022 г. присвоена троим ученым Кэролин Бертоцци (Carolyn R. Bertozzi, США), Мортен Мелдал (Morten Meldal, Дания) и Барри Шарплесс (K. Barry Sharpless, США).
Как отмечается в пресс-релизе Нобелевского комитета, клик-химия и биоортогональные реакции перенесли химию в эпоху функционализма. Под функциональной группой понимается структурный фрагмент органической или неорганической молекулы (некоторая группа атомов), определяющий её химические свойства. Для органических соединений старшая функциональная группа соединения является критерием его отнесения к тому или иному классу[2]. Рассмотрим чуть подробнее.
Одним из важнейших трендов в развитии современной химии выступает создание все более сложных молекул. Это важно для создания новых материалов, лекарств и т.д. Однако их создание требует много времени и очень дорого в производстве, что сдерживает развитие науки и практики. В этой связи, очень важным вопросом выступает развитие возможностей по ускорению данных процессов, что решается в рамках клик-химии. Ее концепцию создал Барри Шарплесс примерно в 2000 году, «…которая представляет собой форму простой и надежной химии, где реакции протекают быстро и исключаются нежелательные побочные продукты[3]». Стоит отметить, что для г-на Шарплесса это вторая Нобелевская премия. Первую он получил в 2001 годусовместно с Редзи Ноери и Уильямом Ноулзом.
В части клик-химии важным выступает условие, при котором объединение молекул должно быть «…абсолютно "нейтральной", то есть не оказывать никакого влияния на химические свойства получившегося соединения[4]». Эта задача была решена – независимо друг от друга - Мортеном Мелдалом и г-н Шарплессом в начале двухтысячных с помощью углеродно-азотной связи. Как отмечено в материале ВВС отмечается, что «На одну из соединяемых молекул "навешивают" цепочку из 3 идущих друг за другом атомов азота (азид), на другую - 2 атома углерода (алкин). В присутствии катализатора (ионов меди) две части нашей "пряжки" сцепляются в стабильное кольцо триазола, прочно удерживающее обе части, из которых собран наш химический конструктор». Это соединение сейчас широко используется при разработке фармацевтических препаратов, для картирования ДНК и создания материалов, более подходящих для этой цели.
В свою очередь, Кэролин Бертоцци вывела клик-химию на новый уровень за счет разработки реакции щелчков, которые работают внутри живых организмов, для картирования важных, но неуловимых биомолекул на поверхности клеток — гликанов. Ее биоортогональные реакции протекают без нарушения нормальной химии клетки. Эти реакции теперь используются во всем мире для изучения клеток и отслеживания биологических процессов. Используя биоортогональные реакции, исследователи улучшили нацеливание противораковых лекарств, которые сейчас проходят клинические испытания.
[1] «Press release: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2022», Kungl. Vetenskaps-Akademien, The Royal Swedish Academy of Sciences, 03.10.2022 г., https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2022/press-release/
[2] Функциональная группа, Материал из Википедии — свободной энциклопедии, https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D1%83%D0%BD%D0%BA%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%....
[3] Press release: The Nobel Prize in Chemistry 2022, Kungl. Vetenskaps-Akademien, The Royal Swedish Academy of Sciences, 5.10.2022 г., https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2022/press-release/
[4] Нобелевскую премию по химии присудили троим ученым за развитие клик-химии, 5.10.2022 г., https://www.bbc.com/russian/news-63143421
Похожие статьи
1. ОСМС: запускаемся!2. «Пентограмма» для отрасли от Елжана Биртанова
3. Франшиза КДЛ «ОЛИМП»: 2020
4. Заседание комиссии по цифровизации в здравоохранении: хранилище, платформа и требования к МИС-ам
5. Неравенство в здравоохранении или политика сокрытия реальных данных
Оформить подписку
