Эволюция в пробирке: Нобелевскую премию по химии дали за воссоздание природных процессов в лабораторных условиях

Шведская королевская академия наук присудила Нобелевскую премию по химии американке Фрэнсис Арнольд за изучение эволюции ферментов, а также американцу Джорджу Смиту и британцу сэру Грегори Винтеру за исследования в области пептидов и антител. Работы учёных по направленной эволюции белков и пептидов признаны прорывными. Полученные в пробирке ферменты можно использовать во множестве отраслей — от создания биотоплива до фармацевтики, а также в лечении аутоиммунных заболеваний. 

Нобелевский комитет Каролинского института Стокгольма 3 октября объявил лауреатов 2018 года в области химии. Награду вручат Фрэнсис Арнольд (Калифорнийский технологический институт, США) «за изучение эволюции ферментов», а также Джорджу Смиту (Миссурийский университет, США) и сэру Грегори Винтеру (Лаборатория молекулярной биологии Кембриджского университета, Великобритания) «за исследования в области пептидов и антител».

Принцип Дарвина

«Премия этого года в области химии присуждена за революцию, основанную на эволюции. Лауреаты применили принципы Дарвина в пробирках и использовали этот подход для разработки нового типа полезных для человечества веществ», — заявил председатель Нобелевского комитета по химии Клаус Густафсон.  

Фрэнсис Арнольд — пионер в области направленной эволюции ферментов (белков, ускоряющих химические реакции). Такой подход широко применяется в современной биотехнологии. Создавая молекулу белка с заданными характеристиками, учёные воспроизводят в ускоренном темпе те же процессы, которые происходили в естественной среде в ходе эволюции. Впервые метод направленной эволюции Арнольд применила в 1993 году, а за прошедшие годы усовершенствовала его.

«В естественной среде эволюция белков проходила сотни миллионов лет — начиная с зарождения жизни на Земле. Учёные смогли повторить этот процесс в пробирках. Исследователи заставили эволюцию идти в тысячи раз быстрее и направили этот процесс для создания белков с новыми полезными свойствами», — подчеркнул Густафсон.

Специалисты получили белки с новой ферментативной активностью, способные ускорить химические реакции, отмечает Густафсон. Кроме того, учёные получили белки с новыми связывающими свойствами, например антитела, которые могут использоваться для лечения заболеваний.   

Джордж Смит и Грегори Винтер удостоились премии «за фаговый дисплей пептидов и антител». Этот лабораторный метод позволяет получать антитела направленного действия, используемые, к примеру, для нейтрализации токсичных веществ или в терапии рака.

Ещё в 1985 году Смит установил, что бактериофаги — вирусы, поражающие бактерии, — можно применять в процессе эволюции новых белков. Винтер же нашёл способ использовать это свойство для производства новых лекарств. 

«Исследования учёных привели к созданию новых химических инструментов, которые могут быть использованы везде: от создания безопасных для окружающей среды моющих средств до медицины», — отметил Густафсон.

По мнению декана химического факультета МГУ, члена-корреспондента РАН Степана Калмыкова, исследования западных коллег являются революционными в сфере изучения ферментов и имеют колоссальное прикладное значение в медицинской и медико-биологической областях.

«Результаты исследований могут коснуться каждого человека: это и адресная доставка лекарств, и изменение биохимии организма. Тем более что работы профессора Фрэнсис Арнольд помогли с помощью ферментов сделать качественные прорывы в синтезировании большого количества веществ, а достижения Грегори Винтера и Джорджа Смита позволили существенно продвинуться в синтезе белков и новых фармацевтических (в том числе противораковых) препаратов», — отметил Калмыков.

Цифры и факты

Нобелевская премия по химии — одна из пяти наград, определённых завещанием Альфреда Нобеля в 1895 году. Согласно документу, премия должна вручаться «тому, кто сделает наиболее важное открытие или усовершенствование в области химии».

Первым лауреатом в 1901 году стал Якоб Вант-Гофф, один из основателей стереохимии и химической кинетики. С 1901 по 2017 годы премия вручалась 109 раз 178 учёным. До сегодняшнего момента получить «нобеля» по химии удалось только четырём женщинам, среди которых Мари Кюри (в 1911 году) и её дочь Ирен Жолио-Кюри (в 1935 году). Сын Мари, Фредерик Жолио-Кюри, также был удостоен премии в 1935 году, став при этом самым молодым лауреатом в области химии.

За всю историю вручения Нобелевской премии по химии её получил лишь один российский учёный — Николай Семёнов. В 1956 году он был удостоен награды «за исследования в области механизма химических реакций». Однако российские и советские исследователи неоднократно попадали в список претендентов. Так, Дмитрий Менделеев номинировался на «нобеля» девять раз. Александр Фрумкин — создатель советской электрохимической научной школы — семь. Основатель отечественной геохимии Александр Виноградов — трижды.  

Церемония вручения Нобелевской премии традиционно состоится в Стокгольме 10 декабря — в годовщину смерти Альфреда Нобеля. Размер денежной составляющей премии в нынешнем году — 9 млн крон ($1,02 млн) в каждой номинации.

Напомним, что в 2017 году Нобелевскую премию по химии присудили Жаку Дюбоше, Ричарду Хендерсону и Йоахиму Франку за разработку метода микроскопии, который позволяет увидеть биомолекулы в высоком разрешении.  

 Подробнее на RT