Практическое применение
Биологических ритмов, которые управляют жизнью организма, довольно много – годичные, сезонные, месячные, суточные и так далее. Процессы, происходящие в живых организмах, синхронизированы с вращением Земли вокруг оси и вокруг Солнца; влияют на биоритмы также и другие периодические явления в природе. Циркадные ритмы сказываются на выработке инсулина в организме в течение суток, влияют на метаболизм, кровяное давление, умственную активность, сердечный ритм так далее.
Считается доказанным, что регулярное нарушение циркадных ритмов повышает риск заболевания сахарным диабетом. Есть гипотеза, что сбой биоритмов ответственен (повышает вероятность заболевания) за онкологию и инсульты, есть и противники таких предположений, которые утверждают, что подобная взаимосвязь ничем не подтверждена.
Открытие, которое сделали Холл, Росбаш и Янг, описывает общую схему действия механизма циркадных ритмов, однако есть еще множество деталей в работе этого механизма, которые на сегодняшний день не понятны. Ученые говорят о том, что, возможно, в будущем управление циркадными ритмами позволит регулировать активность людей, которые вынуждены работать в ночную смену, будут придуманы эффективные фармпрепараты для людей с нарушением сна и тому подобное. Предвидеть какие-либо более глобальные применения этому открытию пока не берется никто.
Удивительного в этом нет ничего. К примеру, в начале тридцатых годов прошлого века Эйнштейн и Резерфорд не верили в то, что можно получать энергию из расщепляемого атома и публично заявляли об этом. А примерно через десять лет был построен первый ядерный реактор, а через 20 лет была пущена первая в мире АЭС.
Тем не менее, факт присуждения кому-либо Нобелевской премии отнюдь не означает, что лауреат добился каких-то выдающихся результатов в науке или общественной жизни. Ученые говорят, что основания, по которым присуждается «Нобель», последние десятилетия носят не только научный характер.
Присуждение премий сопровождается повышенным информационным «шумом», открытия и заслуги лауреатов объявляются выдающимися, а сами лауреаты – едва ли не гениями. И что любопытно, в области экономических наук, например, о таких «гениях» по большей части забывают почти сразу же после вручения «Нобеля», а их экономические прогнозы перестают «попадать в цель». Что вызывает вопросы по поводу критериев, на основании которых Нобелевский комитет выбирает будущих лауреатов.
Сбылись ли пророчества?
Имена лауреатов Нобелевской премии по физиологии и медицине стали известны сегодня во время прямой трансляции на канале «Наука». Собеседник Алексея Семихатова — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института биоорганической химии РАН, сооснователь и главный редактор проекта «Биомолекула» Антон Чугунов — прокомментировал это событие в режиме реального времени.
«Мне очень приятно услышать эти результаты, — сказал эксперт, — потому что я знаком с этими рецепторами, работаю с ними, изучаю. Интересно, что Clarivate Analytics (компания, которая ежегодно пытается предсказывать результаты Нобелевской премии, составляя список самых цитируемых ученых. — Прим. ред.) хотя и не угадала в очередной раз, но все-таки первый кандидат тоже был рецепторный
Стало быть, вопрос рецепторов привлекает довольно большое внимание»
Чугунов отметил, что и другой эксперт, мнение которого мы публиковали недавно в обзоре «Кто получит Нобелевскую премию — 2021?», тоже почти угадал — правда, он говорил о практическом применении открытых рецепторов. «В материале сайта канала «Наука» я увидел, что научный журналист Алексей Паевский высказал одно из предположений о том, что Нобелевскую премию должны дать за оптогенетику. И как раз с рецептором ТRP, который открыл Джулиус, связана другая область, которую разрабатывают в нашем институте, — она называется «термогенетика». Ее разрабатывает Всеволод Белоусов (я уверен, что ему сегодня много раз позвонят), он работает с этим самым рецептором ТRP: встраивает его в те нейроны, в которых его нет. Зачем? Чтобы можно было их активировать температурой, в том числе с медицинскими целями.
Есть способы нагревать очень прицельно отдельные участки внутри тела — микроволнами, или ультразвуком, или еще чем-нибудь. И тогда можно заставить работать некоторые нейронные контуры, которые функционируют не так, как нужно. В перспективе это поможет в лечении разных неврологических заболеваний, до которых сейчас не добраться. Потому что, чтобы до них добраться, надо что-то сделать с нейронами, которые у нас спрятаны где-то в мозгах или глубоко внутри тела. При помощи генетических технологий можно эти рецепторы доставить в эти нейроны, а при помощи физических технологий заставить их работать так и тогда, как нам нужно, и разработать новый протокол лечения. Так что фундаментальные изучения рецепторов обязательно находят или найдут в будущем практические применения».
Чугунов отметил, что изучение рецепторов, представляющих собой в большинстве случаев мембранный белок, стало возможным только в новейшее время — в связи с развитием технологий. «Мы существа многоклеточные, у нас 100 трлн клеток (грубо говоря), и в каждой клетке есть обязательно мембрана, то есть это то, куда она заключена, — объяснил эксперт. — В этой мембране находятся рецепторы, которые отвечают за все межклеточные коммуникации. В том числе за все чувства, которые у нас есть. Размеры белка очень маленькие — это 5–10 нанометров, его невозможно увидеть глазом и даже в микроскоп. В микроскоп мы можем увидеть 200 нанометров в лучшем случае, а молекула — в 10–20 раз меньше.
Поэтому, чтобы его изучать, потребовались очень сложные современные технологии, которые появились только в последние несколько десятков лет: это и рентгеноструктурный анализ, и ядерный магнитный резонанс, и криоэлектронная микроскопия… Все эти методики позволили изучить эти рецепторы, и благодаря им в том числе были сделаны эти достижения, которые сегодня отметил Нобелевский комитет. Также понадобилось компьютерное моделирование — пусть оно не изучает молекулы напрямую, но зато позволяет моделировать то, что не будет доступно экспериментальным методом, скорее всего, никогда».
Напоминаем, что завтра состоится объявление лауреатов по физике. Смотрите прямую трансляцию на канале «Наука» в 12:25!
«Биологические часы»
Нобелевская премия троим американским ученым – Джеффри Холлу, Майклу Росбашу и Майклу Янгу – была присуждена «за открытие молекулярных механизмов контроля циркадных ритмов».
Циркадные ритмы (от лат. circa – около, кругом и лат. dies – день), которые описывают циклические колебания интенсивности различных биологических процессов, связанные со сменой дня и ночи, открыл в конце XVIII века французский геофизик, астроном и хронобиолог Жан-Жак Дорту де Меран.
Ученый обратил внимание на то, что если орхидею поместить в затемненное помещение, то ее листья еще несколько дней продолжают разворачиваться и сворачиваться в суточном периоде точно так же, как если бы растение находилось на свету и реагировало на восход и закат солнца. Позже ученые выяснили, что подобные проявления периодичности наблюдаются и у других живых организмов
Природа этих «биологических часов» была не понятна, инструментария для исследования этого феномена в то время не было, и интерес к нему угас. Вновь вернулись к этой теме уже в XX столетии. Часть ученых считала, что за циркадные ритмы ответственны внешние факторы, другие полагали, что все механизмы кроются внутри организма и от внешней среды работа «биологических часов» никак не зависит.
Точка в этом споре была поставлена в начале 80-х годов, когда было доказано, что за работу «биочасов» отвечают гены. Калифорнийские ученые Рональд Конопка и Сеймур Бензер определили у мушек-дрозофил ген, названный ими period, который определяет время бодрствования и сна. Этих ученых уже нет в живых, Джеффри Холл и Майкл Росбаш являются их учениками. Холл, Росбаш и Янг (последний свои результаты получил в Рокфеллеровском институте независимо от Холла и Росбаша) описали механизм работы гена period.
Выводы ученых были подтверждены также опытами на грызунах. Было установлено, что колебания активности выделенных генов (выяснилось, что их несколько), отвечающих за биоритмы, зависят только от времени суток и наличие или отсутствие света на этот процесс не влияет. В то же время Янг определил белок (позже оказалось, что этих белков несколько), который реагирует на освещенность и корректирует работу «внутренних часов». Проще говоря, если живой организм оказался в темном помещении, то его «биологические часы» продолжают «тикать» практически в прежнем ритме и в то же время организм человека, сменившего часовой пояс, постепенно адаптируется к смене дня и ночи в новых условиях.
Аквапорины
Открытие Питером Эгером аквапоринов – специальных белков в мембранах клеток – было удостоено Нобелевской премии по химии в 2003 году. Специфические белки, формирующие поры в мембранах клеток. По сути, аквапорины – это «водные ворота», через которые вода попадает внутрь клетки и удерживается там. Каждая клеточная мембрана может содержать несколько сотен таких «ворот», через которые ежесекундно в клетку проникает до 3 миллиардов молекул воды. Именно аквапорины отвечают за способность кожи постоянно поддерживать свой внутренний водный баланс.Аквапорины были открыты относительно недавно – в 2003 году. На сегодняшний день описано уже более 200 видов. Аквапорины-3 – «самые красивые»: они присутствуют в клетках эпидермиса и предназначены специально для увлажнения кожи. С возрастом, а также под воздействием ультрафиолета количество аквапоринов в клетках кожи постепенно сокращается. Объем поступающей в клетки воды неизбежно снижается, и происходит обезвоживание кожи. Визуально это выражается в том, что кожа утрачивает свежесть и сияние, становится тусклой, приобретает серо-землистый цвет, на ней появляются морщинки и пигментация.
Нобелевская премия по физиологии и медицине за 1999 г.
Нобелевская премия по физиологии и медицине за 1999 г.
А.Я. Мишина
Масло
и вода не смешиваются. Как же белки – насыщенные водой гидрофильные молекулы –
проникают через внутриклеточные липидные мембраны, которые, по сути, являются
масляными барьерами, делящими клетку на отсеки? Этот вопрос побудил биохимика
Гюнтера Блобеля начать исследования, за которые в 1999 г. он был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине.
Первый
шаг к пониманию того, как белки проходят через мембраны, был сделан им в 1971 г., когда Блобель работал в лаборатории Джоржа Палада в Рокфеллеровском университете. Блобель и
его коллега Дэвид Сабатини выделили небольшой фрагмент молекулы белка – они
назвали его «пептидный сигнал», – который мог проникать через липидный слой
мембраны.
За
последующие три десятилетия, исследуя процесс переноса (транслокации) белков в
клетках, Блобель расширил гипотезу сигнального пептида, выяснив, что он служит
как бы почтовым индексом, направляющим новые белки к местам, где они должны
находиться.
Этот
процесс оказался универсальным: сходным образом он осуществляется в клетках
растений, дрожжей и животных, включая человека.
Многие
тяжелые заболевания – такие, например, как муковисцидоз, наследственная
гиперхолистеринемия (повышенный уровень холестерина в крови) – обусловлены
неправильной работой системы, управляющей перемещением белков в клетке.
Результаты, полученные Блобелем, проложили путь к пониманию того, как эти
нарушения можно было бы устранить, т.е. лечить соответствующие заболевания.
В
клетке белкам приходится проходить через мембраны во многих местах. Белки
синтезируются на рибосоме (1), и если они предназначены для секреции, сразу
попадают в эндоплазматическую сеть (ЭПР). Для этого рибосома должна подойти к
мембране эндоплазматической сети. В этом ей помогают короткие
последовательности аминокислот в полипептидной цепи синтезируемых белков, называемые
сигнальными пептидами. Сигнальные пептиды связываются с распознающими сигнал
частицами (SRP), которые в свою очередь связываются с SRP-рецепторами, находящимися
на поверхности мембраны эндоплазматического ретикулума. Как только белки проходят
через мембрану ЭПР, сигнальные пептиды от них отщепляются. Сами белки
заключаются в мембранные пузырьки – везикулы, которые, пройдя через аппарат
Гольджи, сливаются с клеточной плазматической мембраной и высвобождают свое
содержимое в окружающую среду.
Белки,
которые должны оставаться в клеточной мембране, например рецепторы, принимающие
биохимические сигналы от других клеток, перемещаются в клетке сходным образом (2).
Такие белки, называемые трансмембранными, помимо сигнальных пептидов имеют
«пептиды остановки переноса», выполняющие функцию якоря белка в мембране. Когда
везикулы подходят к плазматической мембране и сливаются с ней, заключенные в
них белки становятся неотъемлемой частью этой мембраны.
Сигнальные
пептиды в жизнедеятельности клетки играют такую же роль, как почтовые индексы в
нашей повседневной жизни. Так, белки, предназначенные для работы в клеточном
ядре (3), имеют сигнальные пептиды, которые позволяют им безошибочно находить
специализированные структуры, называемые комплексами ядерной поры, и
связываться с ними. Наконец, белки, обеспечивающие функционирование
разнообразных внутриклеточных органелл, таких, например, как энергетические
фабрики клетки – митохондрии (4) или лизосомы, имеют сигнальные пептиды еще
одного типа, также обеспечивающие безошибочную доставку их по соответствующему
внутриклеточному адресу.
Перевод
с английского
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта
Вместо ботокса
Недавно на рынке появились пептидные кремы, которые стали альтернативой ботоксу. В основе этой косметологической революции лежит нобелевское открытие Мартина Родбелла (1994) о том, что нервные импульсы влияют на мышечную активность. Эти кремы против мимических морщин содержат особые вещества — пептиды, которые блокируют напряжение лицевых мышц, в результате чего разглаживаются морщинки на лице и шее. Ботокс разрывает соединения между нервами и мышцами, поэтому мимика человека «замораживается». А пептиды нетоксичны и не влияют на мимику лица, но также эффективно борются с морщинами.
Кверцитин
Кверцетин относится к витаминным препаратам группы₽ Лучше натуральное антигистаминное, противовоспалительное и иммуномодулирующее средство. В 1996 году ученые Ферри и Смит доказали, что кверцитин заставляет клетки, «свернувшие» на путь старения (и даже опухоли), покончить жизнь самоубийством.
Научно-исследовательская лаборатория KORRES 5 лет проводила исследования омолаживающих механизмов на клеточном уровне. Исследование фокусировалось на функционировании протеасомы — важнейшем защитном механизме клеточных протеинов, таких как коллаген и эластин, и его активации для защиты и продления жизни клетки. Достижение — растительный кверцитин, выделенный из коры дуба.
Теломераза
В 2009 году Кэролу Грейдеру совместно с Элизабет Блэкбёрн и Джеком Шостаком вручили Нобелевскую премию по медицине «за открытие механизмов защиты хромосом теломерами и фермента теломеразы».
Каждая клетка организма постоянно обновляется, у нее есть свой жизненный цикл, когда она рождается, живет, делится и умирает. В более молодом возрасте человека клетки обновляются быстрее, чем старше он становится, тем этот процесс идет медленнее. Процесс обновления клеток называется регенерацией. Есть теория «предела Хейфика»: не все с ней согласны, но мнение, что клетка может делится не более 32 раз – доказательство тому наши морщины. Теломеразу считают ключом к клеточному бессмертию. Этот фермент позволяет клеткам быстро размножаться без старения. Стволовые клетки эмбрионов, например, вырабатывают теломеразу, которая позволяет им непрерывно делиться, формируя ткани и органы. У взрослых ее производство опять же замедленно.
Лаборатория Payot в 2007 году создала запатентованную формулу, которая стимулирует теломеразу, — крем PAYOTAOX. Anti-age курс нужно начинать в 30–35 лет, не позже, так как в этом возрасте еще можно стимулировать процессы регенерации.
Ритм жизни
Циркадные ритмы — это суточные изменения деятельности организма. Они включают регуляцию сна и бодрствования, выделения гормонов, температуры тела и других параметров, которые изменяются в соответствии с суточным ритмом, поясняет врач-сомнолог Александр Мельников. Он отметил, что исследователи вели разработки в этом направлении несколько десятков лет.
«Прежде всего, нужно отметить, что это открытие не вчерашнего и не сегодняшнего дня. Эти исследования велись многие десятилетия — с 80-х годов прошлого века до настоящего времени — и позволили открыть один из глубинных механизмов, регулирующих природу организма человека и других живых существ. Механизм, которые открыли учёные, очень важен для влияния на суточный ритм организма», — рассказал Мельников.
По словам эксперта, эти процессы происходят не только из-за смены дня и ночи. Даже в условиях полярной ночи суточные ритмы будут продолжать действовать.
«Эти факторы очень важны, но очень часто у людей они нарушены. Эти процессы регулируются на генном уровне, что подтвердили лауреаты премии. В наше время люди очень часто меняют часовые пояса и подвергаются разным стрессам, связанным с резкими изменениями циркадного ритма. Напряжённый ритм современной жизни может влиять на правильность регулировки и возможности для отдыха организма», — заключил Мельников. Он уверен, что исследование Янга, Холла и Росбаша даёт возможность разработать новые механизмы воздействия на ритмы человеческого организма.
Фон
Нобель интересовался экспериментальной физиологией и создал собственные лаборатории.
Альфред Нобель родился 21 октября 1833 года в Стокгольме , Швеция, в семье инженеров. Он был химиком, инженером и изобретателем, сколотившим состояние при жизни, большую часть которого он получил благодаря 355 изобретениям, самым известным из которых является динамит . Он интересовался экспериментальной физиологией и создал собственные лаборатории во Франции и Италии для проведения экспериментов по переливанию крови. Будучи в курсе научных открытий, он был щедр на пожертвования лаборатории Ивана Павлова в России и с оптимизмом смотрел на прогресс, достигнутый в результате научных открытий, сделанных в лабораториях.
В 1888 году Нобель с удивлением прочитал во французской газете собственный некролог под названием «Торговец смертью мертв». Так случилось, что умер брат Нобеля Людвиг , но Нобель, недовольный содержанием некролога и обеспокоенный тем, что его наследие плохо отразится на нем, был вдохновлен изменить свое завещание. В своем последнем завещании Нобель просил, чтобы его деньги были использованы для создания серии премий для тех, кто приносит «наибольшую пользу человечеству» в физике , химии , мире , физиологии или медицине и литературе . Хотя Нобель написал несколько завещаний при жизни, последнее было написано чуть более чем за год до его смерти в возрасте 63 лет. Поскольку его завещание оспаривалось, оно не было одобрено стортингом (парламентом Норвегии) до 26 апреля 1897 года.
После смерти Нобеля был создан Нобелевский фонд для управления завещанными активами. В 1900 году новый устав Нобелевского фонда был обнародован шведским королем Оскаром II . Согласно завещанию Нобеля, Каролинский институт в Швеции, медицинская школа и исследовательский центр, отвечает за премию в области физиологии и медицины. Сегодня эту премию обычно называют Нобелевской премией по медицине.
Коэнзим Q10
За открытие Q10 профессор Митчелл получил Нобелевскую премию в 1978 году. Это настоящий энергетик для наших клеток. Сегодня многие испытывают спад жизненной энергии, апатию и сонливость, даже если спят достаточное для себя количество часов. Затем проявляются первые признаки сбоев в работе сердечно-сосудистой системы – постоянно холодные руки и ноги, онемение шеи и плеч, частые головные боли. И лишь немногие догадываются, что это проявление возрастного дефицита коэнзимаQ10. «Уставшее лицо» — вот, что многие могут сказать про себя.
В свое время формула с коэнзимом совершила революцию средикосметических средств. А компания «Байерсдорф» (марка Nivea и другие) первая в мире предложила решение по промышленному синтезу и последующей стабилизации Q10 в формуле косметического крема. В наши дни обновленная линия NIVEAVisageQ10 PLUS содержит еще в два раза больше коэнзимаQ10, чем разработанная в те годы, благодаря чему она стала более эффективной. А семейство Q10, разумеется, пополнилось многочисленными новинками.
Стволовые клетки
В области медицины ее получили два ученых — британский специалист по клеточной биологии Джон Гердон, японец СиньяЯманака. За превращение взрослой клетки в юную для возможности выращивания сложных человеческих органов и тканей — например нервной, сосудистой ткани, глазных нервов, сетчатки. Интересно, что основу этой научной области заложили русские ученые. Русский ученый гистолог Александр Максимов в 1908 году впервые выделил стволовые клетки костного мозга.
Одна из основных современных теорий старения – это замедление синтеза стволовых клеток, из которых, в общем-то, и рождаются в итоге все новые клетки тканей и сосудов.
Косметика и препараты, стимулирующие работу стволовых клеток, — это будущее эстетической медицины и косметологии, тк с их помощью можно по сути достичь любого нужного результата – лучше, моложе или… больше объема?
От наших чувств к рецепторам
Когда мы идем босиком по росе, то ощущаем одновременно тепло солнца, дыхание ветра, чувствуем текстуру травы, ее температуру и влажность. Когда залезаем в ванную с температурой выше 43 °C, то тут же выскакиваем из воды — горячо! От леденца с ментолом во рту становится холодно, а еда с перцем всегда согревает. Почему так происходит? Каким образом наш организм реагирует на окружающую среду? Это одна из великих загадок, с которой сталкивается человечество, отмечается в пресс-релизе Нобелевского комитета.
Дэвид Джулиус и Ардем Патапутян проводили свои исследования в США независимо друг от друга и ответ искали в области молекулярной биологии. Джулиус из Калифорнийского университета сосредоточился на реакции человеческих клеток на температуру и после продолжительных экспериментов с острым перцем чили (а точнее, веществом капсаицин) отыскал в мембране клеток человека своеобразный «датчик тепла» — рецептор TRPV1, особый чувствительный белок, который похожим образом реагирует на повышенную температуру и жгучий вкус. В опытах было установлено, что мыши-мутанты с дефицитом TRPV1 меньше реагируют на горячее и, кроме того, у них снижена способность воспринимать боль, вызванную воспалениями и онкологическими болезнями.
Дэвид Джулиус посвятил около 20 лет жизни изучению этих рецепторов: исследовал их механизмы, трехмерное устройство, определил 3D-структуру и указал на применение. Сегодня рецептор TRPV1 — один из самых знаменитых в этой области. Он сам и связанные с ним ионные каналы уже сегодня могут служить в медицине: они являются целями для разработки новых обезболивающих препаратов.
Другой нобелевский лауреат — уроженец Ливана армянского происхождения Ардем Патапутян, который много лет работает в Калифорнии в Институте Скриппса, — исследовал рецепторы осязания. Он и его команда провели долгие поиски и отсмотрели большой список генов-кандидатов, ответственных за механическое воздействие, прежде чем смогли идентифицировать единственный ген, чье подавление сделало клетки нечувствительными к прикосновениям. Так был открыт новый и совершенно неизвестный механочувствительный ионный канал, получивший название Piezo1 (от греческого слова, обозначающего давление). Благодаря сходству с Piezo1 был открыт второй ген, названный Piezo2.
Позже выяснилось, что Piezo2 играет также ключевую роль в критически важном восприятии положения и движения тела. Оба открытых канала Piezo регулируют такие важные физиологические процессы, как артериальное давление, дыхание и контроль мочевого пузыря
Впоследствии независимо друг от друга Дэвид Джулиус и Ардем Патапутян использовали ментол для идентификации TRPM8 — рецептора, который, как было доказано, активируется холодом. Проще говоря, они нашли ответ на вопрос, почему мятные конфетки имеют прохладный вкус.
В целом революционные открытия рецепторов TRPV1, TRPM8 и каналов Piezo позволили нам понять, как тепло, холод и механическая сила рождают нервные импульсы, через которые человек имеет возможность воспринимать окружающий мир и адаптироваться к нему. Эти знания станут фундаментом для разработки новых методов лечения широкого спектра заболеваний. В том числе это может помочь людям с редкой мутацией, которые не ощущают боль и не реагируют на температуру.
Победу Дэвида Джулиуса и Ардема Патапутяна можно было предугадать, так как в 2020 году они получили еще одну авторитетную награду — премию Кавли, которую часто называют «преднобелевской премией».
Гликаны
За работы в этой области присуждено семь Нобелевских премий – согласитесь, хорошая рекомендация. А вообще гликаны играют важную роль в организме – например, от них зависит, какая у человека группа крови. Также гликаны отвечают за межклеточную коммуникацию: они передают сигналы окружающим клеткам и так запускают метаболические процессы, можно сказать, отдают «команды» клеткам поддерживать упругость кожи. Пока в коже достаточно гликанов, она молодая. К сожалению, с возрастом их количество снижается. Знаменитая гиалуроновая кислота — одно из тысячи соединений, называемых гликанами. Структура гликанов настолько сложна, что с трудом поддается изучению — например, в 70-х годах из-за недостатка научной базы исследования в области гликобиологии были прекращены. Сейчас известно, что эти соединения способны влиять на все слои кожи: на поверхности они придают ей сияние, в дерме — укрепляют межклеточные связи.
