В понедельник, 3 октября, Нобелевский комитет объявил имена лауреатов самой престижной научной премии в области физиологии и медицины. Награды удостоились трое ученых, занимающихся исследованием систем врожденного и приобретенного иммунитета, благодаря которым живые организмы выживают в мире, полном опасных бактерий, вирусов и других патогенов. Вскоре после объявления решения комитета выяснилось, что один из ученых скончался 30 сентября, а премия не присуждается посмертно.
Линия обороны
Все живые существа, начиная от бактерий и заканчивая людьми, обитают в условиях очень жесткой конкуренции - соседи по планете норовят в любой момент поживиться чужой едой или занять чужое место обитания. Иногда недружелюбно настроенные виды пытаются сделать и то и другое и поселиться прямо в теле зазевавшейся жертвы. Если бы у менее нахальных животных и растений не было механизмов защиты от таких квартирантов, то окружающий мир, в лучшем случае, состоял бы из одноклеточных существ.
Но обитающие на Земле виды умеют сопротивляться тем, кто покушается на их организмы - за обнаружение и обезвреживание попадающих внутрь тела патогенов отвечает иммунная система. Вплоть до начала XX столетия ученые совершенно не понимали, как именно организм распознает и уничтожает болезнетворные агенты и при этом не атакует собственные клетки. К середине века картина стала проясняться, а к 2000-м годам исследователи совместными усилиями практически полностью "щелкнули" основные закономерности и технические частности функционирования иммунитета (хотя некоторые глобальные принципы неясны до сих пор).
Иммунитет подразделяется на врожденный и приобретенный. Первый тип эволюционно намного более древний, он присутствует у всех животных и растений, а у некоторых групп организмов - например, насекомых - является основным. Приобретенный иммунитет появился только у позвоночных и, в отличие от врожденного, он отличается высокой специфичностью ответа - против разных типов инфекционных агентов используются строго специфичные типы "оружия". Система врожденного иммунитета "мочит" все патогены без разбора по одному сценарию.
Лауреаты
На самом деле, схема эксперимента Хоффмана была несколько сложнее - у мух мутантной линии “выключали” не сам ген Toll, а ген, который опосредованно контролирует синтез нескольких белков, в том числе белка Toll. Ученым потребовалось провести множество дополнительных опытов, чтобы выяснить, что именно отсутствие белка Toll приводит к неспособности мух защищаться от патогенов.
Будущий лауреат Нобелевской премии Жюль Хоффман (Jules Hoffmann) в середине 90-х годов работал с дрозофилами - очень популярными у биологов модельными организмами. Так как у насекомых отсутствует приобретенный иммунитет, плодовые мушки - это практически идеальный объект для исследования "чистых" принципов функционирования врожденного иммунитета. Хоффман и его коллеги получали линии мух-мутантов, у некоторых из которых не работал ген Toll - на тот момент было известно, что этот ген очень важен для нормального развития эмбрионов. Ученый инфицировал дрозофил с "выключенным" геном различными бактериями и грибами, и неожиданно оказалось, что насекомые-мутанты погибают, хотя обычно для мух заражение этими патогенами не смертельно.
Хоффман и Бётлер летом 2011 года удостоились за свои работы так называемой азиатской Нобелевки - премии Шоу. Ее размер составляет около одного миллиона долларов. Вручение "альтернативных" премий обычно является сигналом, что эти ученые с высокой вероятностью попадают в шорт-лист кандидатов на ближайшую Нобелевку. Однако ни один из лауреатов не фигурировал в традиционном прогнозе вероятных лауреатов самой престижной научной награды, публикуемом агентством Reuters.
Второй лауреат медицинской Нобелевки 2011 года занимался изучением иного аспекта работы иммунной системы - Брюса Бётлера (Bruce A. Beutler) интересовало, как именно иммунная система узнает опасные для организма бактерии. Ученый показал, что реакцию вызывают определенные молекулы сложного строения, расположенные на поверхности бактериальных клеток - эти молекулы, представляющие собой "сшитые" вместе молекулы сахара и липида, называются липополисахаридами (LPS). В 1998 году Бётлер и его коллеги выяснили, что мыши, не реагирующие на LPS (их иммунитет "не видит" эти молекулы и, соответственно, не начинает бороться с несущими их бактериями), имеют мутацию в гене, родственном гену Toll у мух.
Кодируемый этим геном белок получил название TLR (Toll-like receptor - толл-подобный рецептор) и, как оказалось, он и является рецептором, узнающим бактериальные LPS. При присоединении липополисахаридов к TLR запускается цепочка реакций, стимулирующая реакцию воспаления - один из ключевых процессов, необходимых для уничтожения патогенов (хотя чрезмерно интенсивное воспаление представляет опасность для самого организма - об этом знает каждый, кто страдает от аллергии). Работы Хоффмана и Бётлера показали, что система врожденного иммунитета у позвоночных и беспозвоночных принципиально не отличается.
Ральф Стейнман. Архивное фото (c)AFP
Lenta.ru
Ральф Стейнман (Ralph M. Steinman), которого Нобелевский комитет также счел достойным получить премию, исследовал взаимодействие систем врожденного и приобретенного иммунитета. Еще в 1973 году ученый обнаружил новый тип клеток иммунной системы - так называемые дендритные клетки. Стейнман предположил, что они каким-то образом активируют Т-лимфоциты - очень важные участники иммунного ответа, которые, в частности, необходимы для распознавания болезнетворных агентов и самого существования иммунной "памяти" организма. Ученый провел серию экспериментов с клеточными культурами, в которых показал, что после встречи с патогеном дендритные клетки начинают стимулировать Т-лимфоциты и побуждать их к активным действиям против инфекционных агентов.
В более поздних работах было выяснено, что дендритные клетки как бы "показывают" Т-лимфоцитам их врагов - они захватывают из окружающей среды фрагменты бактерий и выносят их на свою поверхность так, что Т-клетки могут "пощупать" представленные кусочки и определить, опасны ли они.
Работы Хоффмана, Бётлера и Стейнмана в совокупности с исследованиями других ученых позволили понять, как работает иммунная система, и с учетом этого знания разработать более эффективные стратегии вакцинации. Кроме того, медики приблизились к пониманию природы аутоиммунных заболеваний и научились ослаблять их интенсивность.
P.S. Через несколько часов после объявления имен лауреатов стало известно, что Ральф Стейнман скончался 30 сентября. Он умер в возрасте 68 лет от рака поджелудочной железы. Так как Нобелевская премия не вручается посмертно (исключение делается лишь в том случае, если лауреат умирает в промежутке между объявлением о решении Нобелевского комитета и собственно вручением награды), то, скорее всего, на торжественной церемонии награждения 10 декабря премия в размере 10 миллионов шведских крон (около 1,4 миллиона долларов) будет поделена между двумя оставшимися лауреатами. Сразу после появления новости о смерти Стейнмана некоторые СМИ иронизировали, что ученого убило то самое заболевание, которое он изучал, но эта информация является ошибочной, так как рак напрямую не связан с нарушениями в работе иммунной системы.