Ольга Шестова, Лев Иноземцев «30 нобелевских премий: Открытия, изменившие медицину» - рецензия П.Можейео
«Лучшая награда в нашей жизни — это возможность заниматься делом, которое того стоит». (Теодор Рузвельт)
НАЗВАНИЕ: 30 нобелевских премий: Открытия, изменившие медицину
АВТОР: Ольга Шестова, Лев Иноземцев
ОРИГИНАЛЬНОЕ НАЗВАНИЕ: ---
ISBN: 978-5-00223-120-1
ГОД ИЗДАНИЯ: 2024
ИЗДАТЕЛЬСТВО: «Альпина нон-фикшн»
СЕРИЯ: «Наука о здоровье» (Покетбук)
КОГДА МНОЙ ПРОЧИТАНО: Апрель 2025
ИСТОЧНИК: Оригинальная книга
О КНИГЕЕжегодно октябрь, ноябрь и первая половина декабря облегчают журналистам, пишущим о науке, работу, поскольку именно в это время становятся известны лауреаты Нобелевской премии и проходит церемония ее вручения. До сих пор очень влиятельная премия не дает шансов обойти ее стороной в новостной повестке. С другой стороны, открытия, за которые лауреаты получают свою награду, все менее доступны для понимания обывателем и требуют серьезной подготовки не только от читателя журнальной статьи, рассказывающей о нем, но и от журналиста, который должен пересказать суть простым языком и верно подобрать аналогии и метафоры. «Непонятность» открытий с одной стороны отталкивает значительную часть аудитории, но с другой, порождает запрос у другой ее части на «разъясняющие» статьи и книги. Похоже, это явление еще долго будет эксплуатироваться в научно-популярной литературе и СМИ о науке.
Книга физиолога, просветителя, издателя и писательницы Ольги Шестовой и ее соавтора биолога Льва Иноземцева под названием «30 нобелевских премий: Открытия, изменившие медицину» как раз еще один пример научно-популярной книги, призванной рассказать о некоторых «нобелевских» открытиях и объяснить, в чем заключается их суть и какая от них польза. Как врач, Ольга Шестова сосредотачивается исключительно на Нобелевской премии по физиологии и медицине.
«По физиологии или медицине, а именно так звучит точный перевод нобелевской номинации, о которой идет речь в этой книге, вручено на момент ее написания 210 премий 219 лауреатам. Из них мы отобрали 30 — те, которые широко используются, значение которых известно каждому, а суть понятна человеку без специального образования — просто небезразличному к медицине и собственному здоровью. Логику открытий легче проследить, если рассказывать о работах нобелевских лауреатов не в строго хронологическом порядке, а объединив их по темам. Так мы и сделали, распределив открытия по разным главам, посвященным физиологии, генетике, патогенам, медицинским методам, фармакологии… А вот уже внутри глав мы соблюдали хронологию. Поэтому чтение нашей книги можно начать с любой главы — с той темы, которая вам кажется самой интересной».
Эта работа – типичный представитель научно-популярной книги-каталога, т.е. тома, объединяющего в себе ряд статей, написанных по определенной схеме и объединенных в тематические группы. Это совсем небольшая по объему книга (всего 220 страниц карманного формата с иллюстрациями), где на каждую статью отведено от 4 до 7 страниц. В каждой главе дается отсылающий к теме открытия заголовок, перечисляются лауреаты премии за это открытие, а дальше идет текст, в котором рассказывается история открытия, его суть и иногда отражение на дальнейшем развитии науки. Некоторые статьи сопровождаются поясняющими иллюстрациями и схемами.
Стиль изложения максимально упрощенный. В общем-то, это как раз тот стиль, каким пишутся статьи на любом популярном ресурсе, и на самом деле, ввиду весьма небольшого рассказа про каждое открытие, именно журнальной статьей каждая история и является. Такие подборки, но меньшего объема, можно встретить на любых крупных новостных или развлекательных порталах. Отсюда возникает ощущение «поверхностности» и «сжатости» текста. Это хорошо для сайта новостей, но недостаточно для серьезной и хорошо проработанной научно-популярной книги. Более того, человек, который увлекается литературой о науке, и который уже прочитал ряд книг о медицине и биологии, кроме ряда фактов об ИСТОРИИ открытия, нового найдет здесь мало. Поэтому порекомендовать ее можно лишь начинающим читателям науч-попа. Правда, боюсь, что из-за маленького размера статей, некоторые нераскрытые должным образом термины и процессы будут им непонятны.
Есть вопросы к авторам и по содержанию.
Почему только 30 открытий? Просто красивая цифра? В общем-то, если просмотреть список номинантов и формулировки обоснования награды, будет видно, что к теме книги вполне подойдут еще некоторые открытия. Более того, ими можно заменить и некоторые статьи из подборки. Например, здесь нет лауреата за открытие функциональной специализации полушарий головного мозга, но есть статья про «Виагру» (оксид азота).
Почему именно ЭТИ 30 открытий? Как заявлено в заголовке, это «открытия, изменившие медицину». Да, возможно самые свежие открытия еще не успели войти в практику в медучреждениях и никак не отразились на используемых программах лечения. Но, как мне кажется, все открытия, которым больше 20-30 лет (а первая премия была вручена еще в 1901 году!), так или иначе изменили медицину, а значит имеют полное право оказаться в этой подборке. Возможно, авторы выбирали те открытия, которые позволяют рассказать интересную историю, так сказать, где есть «фактура». Действительно, некоторые из историй таковы, но некоторые – вполне обычны, и самое интересное в них то, что происходило на лабораторном столе, а не вокруг него.
Книга содержит вступительную статью, но в ней мало говорится в целом об истории Нобелевской премии по физиологии и медицине, об интересных эпизодах в ней, о регламенте отбора и выборе лауреатов. Более того, если каждая статья описывает открытие, то уместно было бы писать в начале не только имена лауреатов, но и год с официальной формулировкой. Я это сделал за авторов в своем цитатнике ниже. Не помешало бы указывать и страну, представителем которой был лауреат. Так, например, немецкий ученый, получающий своего Нобеля в 1935 году за открытие в области эмбрионального развития, наделяет награждение дополнительным контекстом. Не менее интересно узнать о некоторых международных командах лауреатов.
Еще один крупный недостаток книги, это многочисленные самоповторы, причем порой, буквально целыми абзацами и почти слово в слово. Так, например про неординарные истории Флеминга и Коха мы слышим во вступительной статье. Затем тоже самое в статьях про их открытия. А потом снова тоже самое в заключении «Как стать нобелевским лауреатом». Читаем сначала:
«Путь Роберта Коха, основоположника немецкой школы бактериологии, начался с того, что жена подарила ему на 28-летие хороший микроскоп».
А далее это:
«У Роберта Коха решающий поворот в жизни случился, когда в подарок на свое 28-летие он получил от супруги хороший микроскоп».
Т.е. нам рассказывают «вот как бывает», потом «вот как было», а затем еще «делай как было», если хочешь «получить Нобеля». Зачем?
Даже несмотря на куцый объем, книга погружает читателя в историю науки, и показывает, как порой тернист, а иногда наоборот, наполнен случайностями и удачными совпадениями, путь к тому или иному открытию. Можно заметить, как мало среди награжденных одиночек. Как правило, это первая половина ХХ века. С каждым годом после первого награждения, все чаще можно увидеть номинированный коллектив ученых, более того, сегодня, когда наука очень сложна и над каждым открытием работают большие команды, наложенное Альфредом Нобелем ограничение в всего три лауреата за один раз выглядит анахронизмом. Возможно, уже пора награждать целые организации, как это происходит в той же Нобелевской премии мира. К слову, есть примеры, врученние премии нескольким ученым, за независимое открытие одного и того же.
Интересна роль случайности и совпадения в науке. Мало кто не слышал про плесень и Александра Флеминга… Но тут же можно вспомнить скоропостижно скончавшуюся от туберкулеза супругу Ильи Мечникова, что сподвигло его активно заняться изучением иммунитета, а также упомянутый выше подаренный Роберту Коху супругой микроскоп, благодаря которому он увлекся наукой и бросил преподавание.
Показательно и то, что для некоторых открытий понадобилось появление нескольких методов исследования, а затем их объединение в одно. Так, например, понадобилось внедрение в практику центрифугирования и изобретение электронного микроскопа, чтобы Кристиан де Дюв и его коллеги смогли разобраться в структуре живой клетки.
Поражает смелость (или отчаянная самоуверенность) некоторых исследователей, которая привела их к Нобелевской премии. Так, Вернер Форсман в начале XX века бесстрашно ввел катетер в собственное сердце и тем самым изобрел один из самых эффективных методов исследования и лечения сердца. А вот Барри Маршалл выпил содержимое чашки Петри с культурой Хеликобактер пилори, натурно доказав своим обретенным из-за этого гастритом то, как влияет эта бактерия на ЖКТ.
Еще один интересный момент, который можно наблюдать в истории открытий, это когда успешные исследования и их результаты не могут преодолеть языковой барьер или границы государств, а потому позже происходит повторное открытие. Конечно, это не красит мировую науку, а особенно, некоторые системы и институты. С другой стороны, эту ситуацию компенсирует обратное явление, когда по принципу переемственности, ученые опираются на исследования своих предыдущих коллег и доводят то или иное знание до качественно нового уровня. А бывает, что как раз базовое открытие, потом уточняется рядом более узких, но не менее значимых. Так, открытие молекулы ДНК и ее формы – это базовое открытие. А вот изучение механизмов работы генов – это уже более узкое, но очень значительное.
В общем, история науки также увлекательна, как и сама наука, даже когда о ней пишут так кратко и конспективно. Даже эта выборка из тридцати открытий показывает, насколько колоссальная работа проделана человечеством в познании себя и окружающего мира, и насколько колоссальная работа предстоит следующим поколениям ученых. Ведь сколько бы не было открытий и нобелевских лауреатов, проще исследовательская работа не становится.
В конце книги, как я писал выше, размещена статья «Как стать нобелевским лауреатом», которая, во-первых, в основном повторяет статью вступительную, а во-вторых, просто рисует усредненный портрет нобелевского лауреата на сегодня. Вот эти шесть «штрихов к портрету»:
- Придумать новый метод исследования или применить известный метод к новому объекту исследования.
- Внести принципиальное усовершенствование в уже существующий метод исследования или объединить два метода.
- Быть раздолбаем и забыть убрать чашку Петри или картофелину.
- Быть самоотверженным и провести на себе опасный эксперимент, подтверждающий выдвинутую гипотезу.
- Быть мужчиной, а не женщиной.
- Уметь увидеть и подхватить исследования коллег.
Тут хочу отметить напоследок довольно интересное наблюдение авторов по поводу пункта №5. Действительно, большинство лауреатов на сегодняшний день во всех номинациях Нобелевской премии – это мужчины. Но дело в том, что среднее плечо, отделяющее открытие от его признания и награждения за него «нобелем» составляет целых 20 лет! Прогресс в равноправии между мужчинами и женщинами в науке, феминистические настроения и избавление от старых предрассудков еще просто не докатилось, как до тех коллективов, которые претендуют на премию, так и до жюри, отбирающего номинантов. Скорее всего, через 10-15 лет ситуация изменится. Будем наблюдать!
Книгу «30 нобелевских премий: Открытия, изменившие медицину» трудно назвать удачной. Все-таки это сборник небольших статей, состоящих из «википедийных» поверхностных или дежурных фактов (хочется верить, с большим, чем в «Википедии», уровнем фактчекинга). Но эту книгу нельзя назвать бесполезной. Она будет интересна тем читателям, которые только начинают свой путь в мире научно-популярной литературы. Добавлю только то, что я не вижу смысла переплачивать за полноформатное издание в твердом переплете, потому что именно это издание, в покет-серии, гармонично своему оформлению и содержанию.
А теперь предлагаю познакомиться через цитаты с каждым открытием из этого сборника.
КОНСПЕКТ-ЦИТАТНИК «30 ОТКРЫТИЙ В МЕДИЦИНЕ»01 Условно и безусловно: это рефлексы
Лауреат: Иван Петрович Павлов
Год: 1904, Российская империя
Формулировка: «За труды по физиологии пищеварения, расширившие и изменившие понимание жизненно важных аспектов этого вопроса».
«Классический павловский эксперимент был проведен на собаке, пищевод которой был разобщен, а оба его конца вшиты в кожу шеи. Пища не могла естественным путем продвигаться по пищеварительному тракту и выпадала наружу. Одновременно из желудка через металлическую трубку вытекал выделявшийся желудочный сок. То есть при кормлении пища не попадала в желудок собаки, но тем не менее желудочный сок вырабатывался. Эксперимент ясно доказал, что процесс пищеварения регулируется центральной нервной системой.
Позже Иван Петрович усовершенствовал этот эксперимент: сформировал в желудке собаки особый карман, названный позднее «павловским желудочком», чтобы изучать состав выделяющегося секрета при кормлении разной пищей. Выведя наружу слюнные железы, он изучал состав и консистенцию слюны при попадании в пищеварительный канал различных веществ: съедобных и несъедобных, сухих и жидких. Он заметил, что слюнные железы при этом работали по-разному. Они производили больше или меньше слюны, вязкой или жидкой, и ее состав также был каждый раз особым. Так же ведут себя и железы, вырабатывающие желудочный сок. <…>
В 20–30-х годах прошлого века он был неоднократно повторно номинирован на Нобелевскую премию, но вручена она была только один раз «за исследование функций главных пищеварительных желез». Экспериментальной моделью для ученого служили собаки с разобщенными отделами пищеварительной системы. <…>
Основываясь на наблюдениях за экспериментальными моделями с выведенными наружу слюнными железами, Иван Петрович Павлов продолжил исследования, которые в результате привели его к открытию условных рефлексов. Оказалось, что условный рефлекс с выделением слюны можно сформировать на многие раздражители: не только на загорающуюся лампочку или определенный звук, но и на любой запах и даже на появление служителя, который приносит еду. <…>
Для нас, людей, это означает, что еда часто перестает для нас быть средством получения энергии, потому что мозг больше реагирует не на саму еду, а на знаки, связанные с ней: желтую эмблему «М», логотип Baskin-Robbins или вывеску Starbucks. Рекламщики используют физиологические особенности нашего мозга, чтобы продать нам больше, заставить заглянуть в кафешку быстрого обслуживания, когда мы не голодны. Но даже когда мы дома бредем на кухню и открываем холодильник, то часто делаем это не потому, что хотим есть, а потому, что нам скучно, одиноко, страшно, грустно».
02 Открытие иммунитета
Лауреаты: Илья Ильич Мечников, Пауль Эрлих
Год: 1908, Российская империя, Германская империя
Формулировка: «За труды по иммунитету».
«А начиналось все с простого эксперимента. Изучая прозрачное тело личинки морской звезды, молодой Илья Ильич погрузил в нее шипы розы. На следующий день он увидел, что блуждающие клетки личинки окружили эти «занозы» и пытаются поглотить их. Увиденное захватило Мечникова. Проанализировав результаты эксперимента, он сделал общебиологический вывод, легший в основу клеточной теории иммунитета. Последующее 25 лет своей научной работы Илья Ильич посвятил разработке проблемы фагоцитоза и его роли в борьбе с инфекцией. Не исключено, что толчком к поиску механизмов защиты от инфекционных заболеваний для Ильи Мечникова стало трагическое событие. Его горячо любимая жена умерла от чахотки — так раньше называли туберкулез. Илья Ильич тяжело переносил утрату, но его научное вдохновение не дало ему окончательно впасть в депрессию. Он задался вопросом: почему бы клеткам, «умеющим» переваривать питательные вещества, не использовать эту способность в борьбе с чужеродными для организма агентами, в первую очередь — с микробами? <…>
За пределами кожи и слизистой микроб может стать добычей фагоцита. Эта клетка окружает чужеродный агент, захватывает его и тянет в свою цитоплазму. Доставив агент к своей пищеварительной станции, клетка обезвреживает и переваривает жертву. До этого в ученых кругах была популярна гуморальная теория: считалось, что обеззараживающими свойствами обладают только некоторые особые вещества, циркулирующие во внутренней среде организма. Илья Ильич не противопоставлял гуморальный иммунитет и способность клеток к фагоцитозу. Современные научные открытия подтвердили, что клетки, способные к фагоцитозу, обладают иммунологической памятью. <…>
Пауль Эрлих, второй нобелевский лауреат, получивший премию одновременно с Ильей Ильичом Мечниковым, искал оружие иммунной системы в крови. Он сформулировал теорию, объяснявшую, как антитела ищут бактерии и нейтрализуют их токсичное действие. Вдохновение Эрлих черпал из популярной химической гипотезы о том, что фермент и вещество, на которое он действует, подходят друг другу, как замок и ключ. Эрлих представлял себе клетку, окруженную выступающими боковыми цепями, через которые она получает питательные вещества и другие нужные ей материалы. Суть теории Пауля Эрлиха заключается в том, что благодаря дополнительным боковым цепям, клетки могут противостоять любой бактериальной атаке. Отрываясь от исходной клетки и циркулируя в кровяном русле, боковые цепи антител специфическим образом связываются с ядами, которые выделяют бактерии, и деактивируют их. Таким образом организм защищается от болезнетворного действия бактерий.
Пути, которыми два лауреата Нобелевской премии 1908 года по физиологии или медицине шли к ответу на вопрос о природе иммунитета, были разными. Однако вместе Илья Мечников и Пауль Эрлих показали, что «система обороны» нашего организма обладает более чем одним инструментом защиты. Таким образом, клеточный и гуморальный механизмы иммунитета дополнили друг друга. Именно это открытие и было отмечено Нобелевской премией в качестве «признания работ по иммунитету»
03 Кто разделил кровь на группы?
Лауреат: Карл Ландштейнер
Год: 1930, Австрия
Формулировка: «За открытие групп крови человека».
«Карл Ландштейнер начал путь к своему открытию с изучения механизма работы иммунитета и природы антител. Очень быстро, всего за год, он описал процесс агглютинирования (склеивания) лабораторных культур бактерий, к которым добавили сыворотку крови. Зимой 1900 года Ландштейнер взял образцы крови у себя и пяти своих коллег, при помощи центрифуги отделил сыворотку от эритроцитов и принялся смешивать ее в различных сочетаниях. Выяснилось, что сыворотка крови доктора Плетчинга склеила эритроциты доктора Штурли. И наоборот. Это позволило экспериментатору предположить, что существует как минимум два вида антител. Ландштейнер дал им наименования А и В. В собственной крови ученый не обнаружил ни тех, ни других и предположил, что есть еще и третий вид антител. Исходя из этого, Ландштайнер сделал вывод, что кровь бывает трех групп, известных теперь как A, B и 0 (четвертая группа AB была обнаружена через пару лет его учеником). Более детальное исследование показало, что каждая группа отличается по наличию или отсутствию определенного набора молекул, или антигенов, на поверхности эритроцитов. Проанализировав полученные данные, молодой ученый сформулировал закон, известный как знаменитое «правило Ландштейнера», легшее в основу трансфузиологии: «В организме человека антиген группы крови (агглютиноген) и антитела к нему (агглютинины) никогда не сосуществуют».
Про трудности с нумерацией групп крови на первых порах:
«Открытие Ландштейнера сначала не нашло в научном сообществе должного отклика — возможно, из-за скромного, «кабинетного» характера первооткрывателя. Это привело к тому, что группы крови еще несколько раз «переоткрыли». В 1907 году чех Ян Янский назвал группы крови I, II, III и IV по частоте, с которой они встречались. А американец Уильям Мосс из Балтимора в 1910 году описал четыре группы крови в обратном порядке — IV, III, II и I. Номенклатура Мосса широко использовалась, например, в Англии, и когда она встречалась с номенклатурой Янского, это приводило к серьезным проблемам. Путаница прекратилась, когда в 1937 году на съезде Международного общества переливания крови в Париже была принята нынешняя терминология «АВ0», в которой группы крови именуются 0 (I), A (II), B (III), AB (IV). Собственно, это и есть терминология Ландштейнера, к которой добавилась четвертая группа».
04 С чего начинается пищеварение?
Лауреаты: Кристиан де Дюв, Альбер Клод, Джордж Паладе
Год: 1974, Бельгия, США
Формулировка: «За открытия, касающиеся структурной и функциональной организации клетки».
«Исследования Кристиана де Дюва позволили взглянуть с другой стороны на морфологические работы Паладе, которого интересовал в первую очередь химический состав наблюдаемых клеточных структур. Начав использовать метод дифференциального центрифугирования, де Дюв стал искать распределение различных ферментов между четырьмя фракциями, полученными в результате разделения содержимого клеток в зависимости от его плотности. Это были ядра, митохондрии (источники энергии клетки), микросомы (фрагментированный эндоплазматический ретикулум) и клеточный сок. Де Дюв обнаружил, что определенные ферменты в осаждаемых фракциях не могли принадлежать ни одной из четырех известных морфологических структур: они осаждались в виде отдельного типа органелл, пятой фракции. Поскольку все ферменты этой фракции были лизирующими (то есть способными растворять, разрушать), де Дюв предположил, что они должны быть ограничены мембраной, чтобы не повредить клетку. Его догадка подтвердилась: вещества, растворявшие мембрану, высвобождали ферменты. Благодаря электронному микроскопу стало возможно рассмотреть и идентифицировать новые клеточные органеллы. Так были открыты лизосомы и началось их пристальное изучение. Лизосомы выполняют в клетке несколько функций. Прежде всего, они участвуют в процессах, где требуется утилизировать биологический материал. Они задействованы в защитных механизмах против бактерий, при резорбции и секреции. <…> Таким образом, лауреаты 1974 года в области физиологии и медицины своими открытиями в значительной степени создали основу современной клеточной биологии. Схема строения клетки, которая встречается в школьных учебниках биологии, — их заслуга».
05 Плохой и хороший холестерин
Лауреаты: Майкл Браун, Джозеф Голдстайн
Год: 1985, США
Формулировка: «За выдающиеся открытия, касающиеся обмена холестерина и лечения нарушений уровня холестерина в крови».
«Когда американские ученые — генетик Майкл Браун и биохимик Джозеф Голдстайн — открыли процесс регулирования метаболизма холестерина, стало возможным лечить заболевания, вызванные повышенным уровнем холестерина в крови. Ученые обнаружили, что на поверхности клеток располагаются особые белковые комплексы-рецепторы. Благодаря им циркулирующие в кровотоке молекулы, содержащие холестерин (их называют липопротеинами низкой плотности — ЛПНП), попадают из кровотока внутрь клеток. Браун и Голдстайн установили, что основным механизмом тяжелой генетически обусловленной гиперхолестеринемии, то есть стойкого повышения уровня холестерина, является полное или частичное отсутствие правильно работающих ЛПНП-рецепторов. У здоровых людей употребление продуктов, содержащих холестерин, ингибирует (то есть подавляет) собственный синтез холестерина в клетках. В результате количество ЛПНП-рецепторов на поверхности клетки снижается — так происходит в норме. Дефекты ЛПНП-рецепторов приводят к увеличению уровня холестерина в крови, который впоследствии может накапливаться на стенках артерий, вызывая атеросклероз и в конечном счете сердечный приступ или инсульт. Открытие Брауна и Голдстайна привело к выработке новых подходов к лечению и профилактике атеросклероза, а самих ученых — к Нобелевской премии «за открытие регулирования метаболизма холестерина».
06 Аутофагия внутри нас, или как наконец похудеть и защититься от рака
Лауреат: Ёсинори Осуми
Год: 2016, Япония
Формулировка: «За открытие механизмов аутофагии».
«Одна из важных функций любой живой системы — переваривание и утилизация собственных отходов. В первой половине XX века было известно, что в живой клетке пищеварительную функцию выполняют лизосомы, содержащие ферменты, которые переваривают белки, углеводы и липиды. Новые наблюдения в 1960-х годах показали, что в лизосомах иногда можно найти большое количество внутриклеточного содержимого и даже целые клеточные органеллы. Дальнейший биохимический и микроскопический анализ выявили новый тип органелл, доставляющих клеточные грузы в лизосому для утилизации. Кристиан де Дюв назвал их аутофагосомами.
Как же клетка избавляется от крупных белковых комплексов и изношенных органелл? Ёсинори Осуми проводил исследования в самых разных областях, но, когда создал в 1988 году собственную лабораторию, сосредоточился на деградации (процесс, обратный синтезу) белка в вакуоле дрожжей — органелле, которая соответствует лизосоме в клетках человека. Осуми столкнулся с серьезной проблемой: дрожжевые клетки малы, а их внутренние структуры трудно различить под микроскопом. Ученый даже не был уверен, происходит ли в них аутофагия. Осуми предположил, что если нарушить процесс деградации в вакуоли, пока там идет активный процесс переваривания, то аутофагосомы должны накопиться в ней и стать видимыми под микроскопом. Поэтому он культивировал мутировавшие дрожжи, не имевшие ферментов для деградации. Культивируя их на бедных питательных средах, Осуми одновременно стимулировал аутофагию. Результаты были поразительными! В течение нескольких часов вакуоли наполнились небольшими пузырьками, которые еще не деградировали. Эти пузырьки были аутофагосомами, а эксперимент Осуми доказал, что аутофагия происходит в клетках дрожжей. В процессе своего формирования аутофагосома поглощает клеточные отходы — поврежденные протеины и остатки органелл. В итоге она сливается с лизосомой, и ее содержимое, благодаря лизирующим ферментам, распадается до аминокислот. Этот процесс обеспечивает клетки питательными веществами и строительным материалом для обновления. <…>
Теперь известно, что аутофагия — это механизм, необходимый нашим клеткам. Он контролирует те важные физиологические функции, при которых клеточные компоненты должны быть разрушены и переработаны. Аутофагия может быстро обеспечить клетку топливом и предоставить строительные блоки для восстановления клеточных компонентов — вот почему она необходима для клетки во время голодания или в других стрессовых ситуациях. В случае заражения аутофагия может устранить вторжение внутриклеточных бактерий и вирусов. Аутофагия способствует развитию эмбрионов и дифференциации клеток. Также клетки используют механизм аутофагии, чтобы освободиться от дефектных белков и органелл».
07 Создание хромосомной теории наследственности
Лауреат: Томас Морган
Год: 1933, США
Формулировка: «За открытия, связанные с ролью хромосом в наследственности».
«Успех Моргана объясняется несколькими причинами. Во-первых, он использовал сразу два, казалось бы, непересекающихся метода: статистически-генетический, принятый Менделем, и микроскопический. Морган со своей командой не только наблюдал за тем, как и какие признаки передаются из поколения в поколение, но параллельно старался фиксировать, какие микроскопические процессы в клетках и хромосомах приводят к тем или иным результатам скрещивания. Другая причина успеха Моргана связана с удачным, прямо-таки гениальным выбором объекта для экспериментов. С самого начала Морган работал с мухой дрозофилой обыкновенной (Drosophila melanogaster). Эти мушки, ставшие теперь классическим модельным организмом, легко содержатся в лабораторных условиях и хорошо переносят большинство необходимых экспериментов. <…> Утверждение Моргана о том, что участки, отвечающие за различные наследственные признаки, расположены на хромосоме словно бусины, вызвала волну скепсиса. Дело в том, что Морган пришел к таким сенсационным выводам путем статистического анализа результатов скрещивания дрозофил, а не с помощью прямого исследования хромосом. Но более поздние работы полностью подтвердили правоту ученого».
08 Слово из трех букв: ДНК — ключевое открытие ХХ века
Лауреаты: Фрэнсис Крик, Джеймс Уотсон, Морис Уилкинс
Год: 1962, Великобритания, США
Формулировка: «За открытия, касающиеся молекулярной структуры нуклеиновых кислот и их значения для передачи информации в живых системах».
«К моменту великого открытия было известно, что ДНК состоит из фосфатной группы, сахара (дезоксирибозы) и четырех азотистых оснований: аденина, гуанина, тимина и цитозина. По сформулированным в 1951 году правилам Чаргаффа аденин с тимином и гуанин с цитозином содержались в ДНК попарно в равном количестве. В начале 1950-х годов сотрудники Королевского колледжа Лондона Морис Уилкинс и Розалинд Франклин получили рентгеноструктурные фотографии, указывавшие на то, что ДНК имеет форму, похожую на спираль. В ученой среде шло настоящее соревнование: кто на основе имеющихся данных построит верную модель ДНК. Крик и Уотсон выдвинули свою первую гипотезу о структуре ДНК в 1951 году, но ошиблись. <…> Удачной оказалась лишь очередная попытка Фрэнсиса Крика и Джеймса Уотсона, сделанная в 1953 году. Эти ученые учли предыдущие ошибки и предложили структуру ДНК, схему которой до сих пор размещают во всех учебниках биологии. Огромное влияние на формирование революционной теории оказала прекрасного качества фотография, сделанная Розалинд Франклин в конце 1952 года».
09 Расшифровка генетического кода
Лауреат: Роберт Холли, Хар Корана, Маршалл Ниренберг
Год: 1968, США
Формулировка: «За расшифровку генетического кода и его роли в синтезе белков».
«Генетический код — это нуклеиново-белковый разговорник, позволяющий осуществлять перевод с одного языка на другой. Но как его составить? Для решения этой задачи Маршалл Ниренберг воспроизвел в пробирке экспериментальную систему, которая использовала нуклеиновую кислоту в качестве шаблона для сборки белка. Но сначала он синтезировал полиурацил — молекулу РНК, которая содержит только одно основание, а именно — урацил. Затем ученый поместил эту молекулу в свою бесклеточную экспериментальную систему, состоящую из смеси аминокислот, РНК, рибосом (комплексов, производящих белок), необходимых ферментов и других веществ, полученных в результате деликатного размельчения бактерий. В результате полиурациловая РНК направила синтез молекулы белка, состоявшего из цепочки молекул аминокислоты фенилаланина. Следовательно, код для фенилаланина представлял собой триплет урацил-урацил-урацил, или УУУ. Поскольку ДНК содержит четыре азотистых основания, а генетический код образуется из триплетов азотистых оснований, то существует 64 возможные триплетные комбинации для ДНК. Далее Маршалл Ниренберг, Роберт Холли и Хар Коран (ему принадлежит главная заслуга в этом деле) повторили эксперименты в той же системе с каждой из триплетных комбинаций — и синтезировали все возможные триплетные последовательности. Таким образом были открыты коды триплетов азотистых оснований для всех 20 аминокислот. Правда, оказалось, что аминокислоты кодируются более, чем одним триплетом, а некоторые триплеты известны как «бессмысленные», потому что не кодируют ни одну аминокислоту, но их значение было определено позднее. Таким образом было установлено, как устроен механизм клетки, осуществляющий нуклеиново-белковый перевод».
10 С чего началось редактирование генома человека?
Лауреаты: Вернер Арбер, Даниел Натанс, Хамилтон Смит
Год: 1978, США, Швейцария
Формулировка: «За обнаружение рестрикционных ферментов и их применение в молекулярной генетике».
«Открыть запечатанную книгу позволяют ферменты рестрикции. Швейцарец Вернер Арбер обнаружил их в начале 1960-х годов, когда изучал изменения, которые происходят в бактериях под воздействием инородной ДНК. Этот процесс называют модификацией, контролируемой клеткой-хозяином. В серии простых, но эффектных экспериментов Арбер показал, что это явление было вызвано изменением ДНК и, видимо, служило для защиты хозяина от чужеродных генов. Чужеродная ДНК, попавшая в бактерию, разрушалась. Поэтому ученый предположил, что бактерии содержат ферменты рестрикции, которые способны распознавать повторяющиеся структурные элементы ДНК и связываться с ними. В местах связывания нити ДНК разъединялись — открывались страницы книги. Американец Хамилтон Смит проверил гипотезу Арбера. Исследователь выделил один из ферментов рестрикции в чистом виде и показал, что именно он может расщеплять чужеродную ДНК. Смит определил химическую структуру областей ДНК, разъединявшихся под воздействием фермента, а позже обнаружил определенные правила, которые могли применяться для описания ферментов. Все они расщепляли ДНК, причем каждый работал только на определенном участке. С их помощью гигантские молекулы ДНК могли быть разрезаны на заранее известные сегменты, которые впоследствии можно было использовать для структурных исследований или генетических экспериментов. Последний шаг в развитии технологии редактирования генома сделал еще один американец — Даниел Натанс. Он первым применил ферменты рестрикции в экспериментальной генетике, и его работа стала источником вдохновения для ученых во всем мире. Расщепив вирусную ДНК с помощью ферментов рестрикции, Натанс построил первую генетическую карту вируса SV40. Методика, разработанная им для этой цели, была позже использована другими учеными для создания более сложных карт».
11 Туберкулезная палочка, или с чего началась микробиология
Лауреат: Роберт Кох
Год: 1905, Германская империя
Формулировка: «За исследования и открытия, касающиеся лечения туберкулёза».
«Нобелевская премия была вручена Роберту Коху в 1905 году «за его исследование и открытия в отношении туберкулеза» — вероятно, потому, что именно это заболевание было самой распространенной причиной смерти в XIX веке, в том числе в Германии. Слава пришла к Коху благодаря тому, что он открыл и довел до совершенства три революционных метода в исследовании микробов.
Во-первых, до него исследователи наблюдали микробов в их естественной окраске, то есть бесцветными. Учитывая уровень оптики позапрошлого века, это часто не давало возможности даже заметить микроб — особенно если его оптическая плотность мало отличалась от оптической плотности окружающих тканей. Кох применил анилиновые красители, которые избирательно окрашивали только тела микробов, и наблюдения за ними стали гораздо более результативными. Это подняло микробиологические исследования на новый научный уровень.
Во-вторых, Роберт Кох сумел значительно повысить разрешающую способность микроскопа и получить изображения, увеличенные в 900–1400 раз. Для справки: до этого предельное увеличение составляло 400–500 раз. Как Кох добился такого результата? Дело в том, что он использовал иммерсионный объектив: погрузил линзу микроскопа в жидкое масло, что усилило ее выпуклость, и, соответственно, увеличение стало больше. <…>
В-третьих, Кох изобрел твердые питательные среды. Говорят, это получилось благодаря тому, что он забыл на столе разрезанную картофелину. А вообще-то тогда микробов выращивали в питательном бульоне, что затрудняло получение чистой культуры возбудителя. При нанесении же смеси микробов на твердую питательную среду каждый микроорганизм становился родоначальником собственной колонии на том самом месте, где он на нее попал. Кох использовал несколько таких сред — например, агар-агар и желатин, их до сих пор применяют в биологии для выращивания, изолирования и изучения чистых культур. <…>
Еще одна важная заслуга Роберта Коха в том, что он сформулировал научные правила постановки микробиологического эксперимента (и тем самым разработал доказательные основы микробиологии)».
12 Гастрит и язва — не от стресса, а от Хеликобактер пилори
Лауреаты: Робин Уоррен, Барри Маршалл
Год: 2005, Австралия
Формулировка: «За работы по изучению влияния бактерии Helicobacter pylori на возникновение гастрита и язвы желудка и двенадцатиперстной кишки».
«Патологоанатом из австралийского города Перт Робин Уоррен наблюдал небольшие изогнутые спиралевидные бактерии, обитавшие в нижней части желудка, примерно у половины пациентов, которым была сделана биопсия. Он заметил, что на местах слизистой оболочки желудка, где были обнаружены бактерии, всегда наблюдались признаки воспаления. Молодой клиницист Барри Маршалл заинтересовался результатами Уоррена и вместе с ним исследовал биоптаты 100 пациентов с гастритом. После нескольких попыток Маршаллу удалось культивировать доселе не признанные виды бактерий, и позже их стали обозначать как Helicobacter pylori. Ученые обнаружили бактерию почти у всех больных с воспалением желудка, двенадцатиперстной кишки или язвы желудка. Основываясь на этих результатах, они предложили, что Хеликобактер пилори связана с возникновением этих заболеваний. Заслуга Робина Уоррена состоит в том, что он смог наконец-то вырастить Хеликобактер пилори в традиционных для микробиологических исследований чашках Петри — плоских круглых стеклянных емкостях. Его молодой коллега Барри Маршалл пошел еще дальше: поставил один из самых убедительных и чистых экспериментов — на самом себе. Он выпил содержимое чашки Петри с культурой Хеликобактер пилори, после чего у него развился гастрит. В слизистой его желудка обнаружили бактерию. Так были выполнены все три постулата Коха и доказано, что явилось возбудителем болезни».
13 Опасные вирусы ВИЧ и ВПЧ
Лауреаты: Франсуаза Барре-Синусси, Люк Монтанье, Харальд цур Хаузен
Год: 2008, Франция
Формулировка: «За открытие ВИЧ. За открытие вируса папилломы человека, вызывающего рак шейки матки».
Про обнаружение ВИЧ:
«После встречи вирусологов и клиницистов в декабре 1982 года Франсуаза Барре-Синусси и Люк Монтанье получили пробы из лимфатических узлов пациента с ранними признаками заболевания. Ученым повезло, что для исследования была предоставлена не кровь: ведь лимфа содержала в тысячи раз больше вирусов, чем клетки крови. Клетки из лимфатических узлов культивировали и обнаружили активность ретровирусного фермента, обратной транскриптазы, что прямо указывало на репликацию ретровируса. Удалось найти и клетки-мишени, в которых вирус реплицировался. Ими оказались задействованные в иммунной защите лейкоциты, а именно Т-хелперы. Инфицированные клетки агрегировали, то есть слипались и переставали функционировать. В результате иммунная защита теряла свою эффективность. С помощью электронного микроскопа было показано, как новообразованные вирусные частицы выделяются из инфицированных клеток. Внешний вид вируса и его морфология показали, что он принадлежит к подгруппе ретровирусов. Это был лентивирус. <…> В 1985 году был сделан первый коммерческий анализ крови для обнаружения вируса под названием ВИЧ-1, вирус иммунодефицита человека тип 1. Спустя четыре года после идентификации ВИЧ Всемирная организация здравоохранения приступила к реализации программы по борьбе с ВИЧ в мировом масштабе. Через год стало ясно, что эпидемия распространилась по всему миру и затрагивает 1% населения Земли. Однако врага уже знали в лицо, стратегия и тактика борьбы с ним была намечена».
Про открытие ВПЧ:
«Методика использования определенной генетической последовательности для поиска согласованной последовательности называется гибридизацией. Было известно, что после заражения определенным штаммом вируса папилломы человека на теле начинают расти бородавки. Сначала цур Хаузен использовал короткие одноцепочечные сегменты вирусной ДНК, изолированные из клеток подошвенных бородавок. Используя эти «наживные крючки», цур Хаузен легко смог получить вирусную ДНК из других подошвенных бородавок и доказал тем самым, что методика работает. Он также извлек вирусную ДНК из бородавок кожи. После нескольких безуспешных попыток получить таким же образом ДНК ВПЧ в клетках из генитальных бородавок и цервикальных опухолей он поменял метод: внес изменение в гибридизацию. Теперь «наживка» не в точности соответствовала вирусной ДНК в клетке. После десятилетней работы ему, наконец, удалось извлечь фрагменты ДНК ранее неизвестного типа ВПЧ из цервикальных опухолевых клеток цервикального канала при раке шейки матки. В 1983 году цур Хаузен описал первый тип вируса, вызывающий рак. Его назвали ВПЧ 16. Позже он определил еще один новый тип ВПЧ в клетках цервикальных опухолей других пациенток — ВПЧ 18. Затем ученый клонировал эти два типа ВПЧ, вызывающих рак».
14 Пересадка органов и кровеносных сосудов
Лауреат: Алексис Каррель
Год: 1912, Франция
Формулировка: «За признание работы по сосудистому шву и трансплантации кровеносных сосудов и органов».
«Алексис Каррель открыл способ сшивания поврежденных кровеносных сосудов так, чтобы обеспечить беспрепятственный кровоток в месте шва и одновременно предотвратить послеоперационное кровотечение, тромбозы, вторичные рубцовые изменения и сужение сосуда. Это открытие сделало возможной реконструкцию сосудов, когда поврежденный участок сосуда удаляется и заменяется другим, здоровым. Каррель разработал способы консервации и хранения в течение нескольких суток участков кровеносных сосудов, артерий, вен и органов, подготовленных для пересадки. <…> Каррель стал первым, кто изобрел надежный метод сшивания сосудов. Этот французский хирург накладывал на разорванный сосуд три фиксирующих стежка на равном расстоянии. Это превращало крайне неудобное для сшивания круглое отверстие сосуда в треугольное. Затем Алексис Каррель легко сшивал края сосудов обычными хирургическими круглыми иглами — просто очень тонкими. В них были продеты шелковые нити. Одной из главных проблем при работе с сосудами было образование тромбов. Чтобы избежать ее, Каррель покрывал инструменты и нитки парафином. Надо сказать, что отец Карреля занимался производством шелка, а маленький Алексис с детства учился вышивать шелковыми нитями и весьма преуспел в этом. Так довольно странное для мальчика умение привело его в 1902 году к первым научным публикациям на тему замены и реконструкции поврежденных сосудов, а затем — и к удачным экспериментам по трансплантации, которые потрясли мир».
15 Электрокардиография: что скрывает сердце
Лауреат: Виллем Эйнтховен
Год: 1924, Нидерланды
Формулировка: «За открытие механизма электрокардиограммы».
«Одним из первых результатов использования прибора стала демонстрация того, что у каждого человека есть своя индивидуальная ЭКГ, но при этом электрокардиограммы всех людей в основном сходны. Этот факт очень важен, ведь сердечно-сосудистые заболевания разных людей достаточно характерно проявляют себя в электрокардиограмме. ЭКГ, записанная с сердца человека, состоит из нескольких зубцов и комплекса колебаний, которым Виллем Эйнтховен дал названия: Р, QRS и Т. Они употребляются до сих пор. Небольшой зубец Р отражает электрическую активность предсердий, а быстрый высокоамплитудный комплекс QRS и медленный зубец Т — электрическую активность желудочков. Ученый установил также три точки на теле, куда следует накладывать электроды. Эти точки называют отведениями: на правой и левой руках отведение I, на правой руке и левой ноге — II, а на левой руке и левой ноге — III. Три отведения образуют равносторонний треугольник. Эйнтховен обнаружил, что сумма потенциалов в отведении I и III равна потенциалу в отведении II. Он снял множество ЭКГ у здоровых людей и у тех, кто страдал нарушениями ритма сердца, и показал, как аритмия связана с сердечными тонами. Струнный гальванометр Виллема Эйнтховена произвел настоящую революцию в изучении заболеваний сердца».
16 Катетеризация сердца
Лауреаты: Вернер Форсман, Андре Курнан, Дикинсон Ричардс
Год: 1956, США, Германия
Формулировка: «За открытия, касающиеся катетеризации сердца и патологических изменений в системе кровообращения».
«Проведя местное обезболивание, Форсман сделал на руке разрез, обнажил вену, ввел в нее катетер и стал продвигать его, пока тот не вошел в правое предсердие. Процедура проходила под контролем рентгена, и роль медсестры заключалась в том, что она держала перед экраном рентгеновского аппарата зеркало, повернув его к Форсману, чтобы он видел движение катетера. Опыт завершился, когда ученый убедился, что кончик трубки достиг сердца. Впоследствии Вернер проделал еще девять аналогичных катетеризаций. В двух случаях он вводил в кровь контрастное вещество, что позволило ему сделать детальные рентгеновские снимки сердца. Впоследствии эти снимки подтвердили открытие ученого. Итак, рискованным экспериментом на самом себе Вернер Форсман показал, что возможно прямое измерение давления в правом желудочке при помощи введения катетера через локтевую вену. Это открытие имело огромное значение для изучения патологических изменений в системе кровообращения, которые практически не могли быть воспроизведены в экспериментах на животных. Это также открыло возможности для рентгенологического исследования правой стороны сердца и легочных сосудов с помощью введения в эти органы контрастных веществ. <…>
В 1941 году Курнан с Ричардсом и коллегами произвел первую со времени эксперимента Форсмана катетеризацию сердца. Они обнаружили, что катетеры можно оставлять в кровеносном русле до семи часов, и при этом не образуются тромбы, не появляются другие проблемы: тем самым была подтверждена относительная безопасность процедуры. Катетеризация позволяла измерять содержание кислорода, углекислого газа и сердечный выброс — объем крови, выбрасываемый каждым желудочком за определенное время. Кроме того, исследователи получили возможность измерять общий объем крови, а также кровяное давление в правом предсердии, правом желудочке и легочной артерии. Такая информация позволила врачам рассчитывать скорость легочного кровотока. В метод Форсмана было внесено несколько незначительных улучшений, но главным во всей этой истории было то, что солидная исследовательская группа, работавшая в уважаемой клинике, признала открытие немецкого ученого. В 1941 году Курнан, Ричардс и их команда опубликовали отчет о катетеризации сердца человека, и метод начал свое триумфальное шествие в мире клинической медицины».
17 Как усмирить иммунитет при трансплантации органов
Лауреаты: Джозеф Мюррей, Эдвард Томас
Год: 1990, США
Формулировка: «За открытия, касающиеся трансплантации органов и клеток при лечении болезней».
«Первую успешную пересадку почки сделал в декабре 1954 года Джозеф Мюррей, а его пациентами были гомозиготные близнецы Ричард и Рональд Херрики. Незадолго до операции Мюррей попросил полицейских задокументировать отпечатки пальцев братьев Херрик. Так журналисты, которые легально имели доступ к полицейским записям, узнали о готовящейся пересадке и буквально набросились на сенсационную тему. Ричард Херрик, страдавший почечной недостаточностью, спокойно отнесся к утечке информации и не жаловался на внимание со стороны СМИ, тем более что операция прошла отлично и новая почка нормально функционировала. После выздоровления Ричард женился на медсестре, которая ухаживала за ним в госпитале, стал отцом двоих детей и счастливо прожил в браке восемь лет. Умер он от инфаркта. Позже Джозеф Мюррей сделал несколько других успешных пересадок органов между идентичными близнецами. Очевидная проблема спасения пациентов с неизлечимым повреждением почек была в том, что у большинства из них нет близнецов. Поэтому надо было разработать механизм, препятствовавший реакции «трансплантат против хозяина», и подыскивать подходящих доноров. Джозеф Мюррей даже использовал общее облучение тела в попытках предотвратить отторжение трансплантированных органов. Примерно в то же время фармаколог Джордж Хитчингс и биохимик Гертруда Элайон из США обнаружили первый цитотоксический препарат, уменьшавший реакцию отторжения — азатиоприн. Благодаря этому препарату стала возможной первая успешная трансплантация почки между родственниками, которые не были идентичными близнецами, а также первая трансплантация с использованием почек умерших. Лучшие результаты были получены при выборе доноров, которые соответствовали трансплантационным антигенам пациента».
18 Ядерная физика на медицинской службе
Лауреаты: Пол Лотербур, Питер Мэнсфилд
Год: 2003, США, Великобритания
Формулировка: «За открытия, касающиеся метода магнитно-резонансной томографии».
«Всем известно, что человеческое тело примерно на две трети состоит из воды. Но лишь немногие знают, что именно на этом основано действие магнитно-резонансной томографии (МРТ). Дело в том, что содержание воды в конкретной ткани или органе варьирует, а в процессе многих заболеваний количество жидкости в том или ином месте меняется весьма значительно — именно такие изменения и фиксирует магнитно-резонансное изображение. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Так вот, ядра атомов водорода при определенных обстоятельствах могут превращаться в микроскопический компас. Когда материя, содержащая воду, подвергается воздействию сильного магнитного поля, ядра атомов водорода упорядочиваются, как по команде «Смирно!». Под воздействием импульсов радиоволн энергия ядер меняется, переходит на другой уровень, а после такого воздействия ядра испускают резонансные волны, возвращаясь на прежний энергетический уровень. Небольшие различия в этих волнах, испускаемых ядрами атомов водорода, легко фиксируются. После серьезной компьютерной обработки можно построить трехмерное изображение исследуемого образца. Оно будет отражать структуру ткани, в том числе содержание воды в разных ее участках. Таким образом можно получить подробную картину состояния определенных органов. А поскольку итоговый сигнал получается цифровым, легко зафиксировать результаты обследования. О возможности исследований с помощью ядерного магнитного резонанса было известно с середины XX века, но эффективно использовать это явление в медицинских целях удалось только в 1970-х годах. Американец Пол Лотербур обнаружил, что усиление или, наоборот, ослабление магнитного поля в заранее известных направлениях позволяет создать двумерное изображение структур, визуализировать которые другими методами невозможно. Англичанин Питер Мэнсфилд использовал разницу магнитных полей в противоположных направлениях для того, чтобы более точно определить различия в резонансных волнах, испускаемых ядрами. Он показал, как обнаруженные сигналы можно быстро и эффективно проанализировать и преобразовать в изображение. Это было важным шагом на пути к применяемому методу. Именно поэтому в 2003 году оба ученых были удостоены Нобелевской премии «за открытия, касающиеся метода магнитно-резонансной томографии».
19 ЭКО: непорочное зачатие и победа над бесплодием
Лауреат: Роберт Эдвардс
Год: 2010, Великобритания
Формулировка: «За технологию искусственного оплодотворения in vitro».
«Британский ученый Роберт Эдвардс начал фундаментальное изучение биологии оплодотворения еще в 1950-х годах. Его усилия увенчались успехом 25 июля 1978 года, когда благодаря его исследованиям родился первый в мире «ребенок из пробирки». Несмотря на некоторые опасения, вскоре стало ясно, что методика ЭКО — это первая помощь бездетным парам, а «дети из пробирки» ничем не отличаются от тех, что были зачаты традиционным путем. В 2010 году Роберту Эдвардсу была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине «за разработку метода экстракорпорального оплодотворения». Благодаря фундаментальным исследованиям Эдвардса и разработке метода их практического применения родилось новое направление в медицине. А еще родились более 4 млн детей, зачатых благодаря ЭКО. Новая эра в репродуктивной медицине началась символично — с опытов Роберта Эдвардса над кроликами. Эксперименты показали, что яйцеклетки крольчих могут быть оплодотворены спермой в пробирках. Затем эмбрионы вводились в матку самки, и через положенное время у нее рождалось здоровое потомство. Эдвардс немного сомневался по поводу того, что подобный метод годится для оплодотворения женских яйцеклеток: ведь их жизненный цикл весьма отличается от кроличьего. А Эдвардс вместе со своими коллегами подробнейшим образом изучил, как происходит созревание женских яйцеклеток, какие гормоны регулируют этот процесс и в какой момент они готовы к оплодотворению. Он также определил наиболее благоприятные условия для мужских половых клеток. Первый крупный успех ждал ученого в 1969 году: яйцеклетка, взятая у женщины, согласившейся участвовать в эксперименте, была оплодотворена в пробирке».
20 Сыворотка крови против дифтерии
Лауреат: Эмиль фон Беринг
Год: 1901, Германская империя
Формулировка: «За работу по сывороточной терапии, главным образом за её применение при лечении дифтерии, что открыло новые пути в медицинской науке и дало в руки врачей победоносное оружие против болезни и смерти».
«Революционные открытия фон Беринга начались с исследования бактерий, которые вызывают дифтерию и столбняк. Эти заболевания развиваются из-за токсинов, которые выделяют микроорганизмы. Надо сказать, что еще до фон Беринга его земляк, бактериолог Фридрих Лёффлер сумел открыть палочку Corynebacterium diphtheriae — бактерию, вызывающую дифтерию. Однако дальше этого Лёффлер пойти не смог, так что в XIX веке каждый второй ребенок, заболевший дифтерией, умирал, и медицина была не в силах противостоять болезни». <…>
В 1890 году фон Беринг продолжил развивать идеи Эмиля Ру и Ильи Мечникова, с которыми его связывала крепкая дружба. Работая вместе с Китасато Сибасабуро, фон Беринг обнаружил, что когда подопытным животным вводили малые дозы ослабленной формы бактерий столбняка или дифтерии, в ответ в сыворотке их крови появлялись химические вещества, которые обезвреживали токсины. Ученый назвал эти химические агенты «антитоксинами». Совместно с Эрихом Вернике фон Беринг начал исследовать реакцию животных, зараженных вирулентными штаммами дифтерии, на сыворотку, содержавшую антитоксины. Оказалось, что введение такой иммунной сыворотки полностью вылечивало морских свинок от всех симптомов заболевания. Данные, полученные во время экспериментов на животных, полностью подтвердились и у людей. Выяснилось, что в крови переболевших дифтерией или столбняком образуются антитоксины. Они обеспечивают иммунитет к этим болезням — причем как у самого переболевшего, так и у тех, кому такая кровь перелита. В том же году на основе открытий фон Беринга был разработан метод лечения сывороткой крови. В 1891 году в Берлине страдавшим от дифтерии детям впервые были сделаны уколы новой сыворотки Беринга, и многие из обреченных больных были спасены. После того как методика в принципе была разработана, оставалось только наладить производство высококачественного «антитоксина» в промышленных масштабах. Эту задачу фон Берингу помог решить еще один будущий нобелевский лауреат, Пауль Эрлих (о его нобелевском открытии совместно с Ильей Мечниковым см. главе «Открытие иммунитета»). Благодаря своим открытиям в иммунологии, Эрлих сумел усовершенствовать противодифтерийную сыворотку Беринга, рассчитать правильную дозировку антитоксина и получить высококонцентрированные, очищенные и надежные в клиническом применении сыворотки. В 1894 году усовершенствованная сыворотка была успешно опробована уже на 220 больных детях. После этого сывороточная терапия встала «на поток», спасая ежегодно от смерти тысячи инфицированных детей. <…>
Фон Беринга заслуженно считают основателем метода сывороточной терапии (серотерапии) и человеком, который стоял у истоков иммунотерапии и вакцинопрофилактики. Позднее антитоксины стали называться антителами».
21 Инсулин: жить с диабетом долго и счастливо
Лауреаты: Фредерик Бантинг, Джон Маклеод
Год: 1923, Канада
Формулировка: «За открытие инсулина».
«Сахарная болезнь» была известна с древних времен, еще с III тысячелетия до нашей эры. Этот диагноз был для пациента смертным приговором вплоть до конца XIX века, когда были начаты исследования поджелудочной железы и сделан первый шаг к пониманию причин сахарного диабета. Еще до этого возникла наука о железах внутренней секреции, названная эндокринологией. В 1869 году немецкий анатом и гистолог Пауль Лангерганс, на тот момент 22-летний студент, обнаружил в поджелудочной железе специфические группы клеток, которые впоследствии назовут в его честь «островками Лангерганса». Спустя несколько лет именно из этих островков будет выделен гормон инсулин. Но этому величайшему событию предшествовал целый ряд научных исследований. <…>
Летом 1921 года двое молодых канадских ученых — хирург Фредерик Бантинг и его помощник Чарльз Бест — в лаборатории профессора Джона Маклеода из университета Торонто выделили из экстракта поджелудочной железы собаки, а затем теленка вещество, которому дают название «айлетин». Именно айлетин, который Маклеод впоследствии предложил переименовать в «инсулин» (от латинского insula — островок), стал долгожданным и чудодейственным лекарством для лечения сахарного диабета, и страдавшие им люди получили право на жизнь. Первым больным, получившим инъекцию инсулина, стал четырнадцатилетний пациент клиники в Торонто Леонард Томпсон. К сожалению, препарат был недостаточно очищен: началась тяжелая аллергическая реакция, и, несмотря на снижение концентрации сахара в крови Леонарда, инъекции прекратили. Через 12 дней, в течение которых биохимик Колин упорно работал над улучшением экстракта, инсулин вновь ввели тому же пациенту. Это случилось 23 января 1922 года. На этот раз успех был ошеломительным, болезнь перестала прогрессировать, не было побочных эффектов, а умирающий мальчик пошел на поправку».
22 Диета против анемии
Лауреаты: Джордж Уиппл, Джордж Майнот, Уильям Мерфи
Год: 1934, США
Формулировка: «За открытия, связанные с применением печени в лечении пернициозной анемии».
«Еще в 1920 году Уиппл стал изучать анемию, связанную с потерей крови, и влияние пищи на ее регенерацию. Во время экспериментов с собаками Уиппл забирал у них определенный объем крови. Небольшая кровопотеря компенсируется сравнительно быстро благодаря притоку в кровяное русло воды из тканей. Но следствием этого разбавления станет уменьшение количества эритроцитов и гемоглобина на единицу объема — в точности как при анемии. Уменьшая объем циркулирующей крови у собак, ученый доводил содержание гемоглобина до 1/3 от нормы. Наблюдая затем за анализом крови, Уиппл мог количественно оценить подъем уровня гемоглобина.
В то время люди уже выяснили, что на регенерацию крови благотворно влияет обильное разнообразное питание, однако не было известно, что количество пищи и ее калорийность здесь играют небольшую роль, а разные продукты вносят в процесс восстановления крови разный вклад. Уиппл не давал подопытным собакам одну и ту же пищу. Он кормил их то печенью, то почками, то мясом, затем растительными продуктами, например абрикосами. В результате экспериментов он обнаружил, что в зависимости от рациона скорость восстановления крови была разной. Например, печень и абрикосы эффективнее других продуктов стимулировали костный мозг, в котором производятся эритроциты.
Работы Уиппла с обескровливанием собак впечатлили Майнота и Мерфи. Они решили проверить, можно ли положительные результаты этих экспериментов перенести на анемию другого типа — злокачественную анемию человека, если использовать те же продукты, которыми Уиппл лечил анемию от потери крови. <…>
Никто до Майнота и Мерфи не додумался лечить пациентов со злокачественной анемией с помощью диеты: ее рассматривали не как важную составляющую часть терапии, а, скорее, как часть ухода за больными. Исследователи разработали для больных, госпитализированных с диагнозом «пернициозная анемия», ежедневный рацион питания с включением блюд из печени. <…>
Гарвардский врач Уильям Касл, заметил, что удаление желудка при раке часто приводит к смерти от пернициозной анемии. Его исследования подтвердили, что слизистая оболочка здорового желудка вырабатывает определенное вещество, так называемый внутренний фактор, который взаимодействует с внешним фактором, то есть пищей. Внутренний фактор необходим для всасывания в кишечнике витамина В12, который, в свою очередь, стимулирует образование эритроцитов в костном мозге. У больных пернициозной анемией этот «внутренний фактор» отсутствует. Вскоре началось промышленное производство вещества, заменяющего отсутствующий «внутренний фактор». Его назвали вентрикулином. А печеночный фактор, выделенный в 1948 году, назвали витамином В12, или цианокобаламином, так как содержал высокое количество кобальта. В настоящее время витамин В12 назначают больным пернициозной анемией в виде внутримышечных инъекций».
23 Первый антибактериальный препарат
Лауреат: Герхард Домагк
Год: 1939, Германия
Формулировка: «За открытие антибактериального эффекта пронтозила».
«В 1910–20-х годах в медицине популярностью пользовались различные металлы или их соли: ртуть, мышьяк, сурьма, висмут и даже золото. Именно с изучения антибактериального действия солей этого драгоценного металла начинал исследовательскую карьеру немец Герхард Домагк. В дополнение к основным экспериментам он решил провести и исследование терапевтического эффекта популярных в то время красителей. В ходе экспериментов Домагк вместе с коллегами испытал 4-сульфонамид-2,4’-диаминоазобензолгидрохлорид. Этому препарату впоследствии дали название «пронтозил». Первые испытания проводились в декабре 1932 года. Сначала для мышей была определена смертельная доза штамма стрептококков, которые были выделены у пациента, страдавшего от заражения крови. Группе животных ввели десятикратную смертельную дозу этого бактериального штамма, а через полтора часа после инфицирования примерно половине из них дали определенное количество пронтозила. 24 декабря 1932 года было обнаружено, что в эксперименте, начатом 20 декабря, контрольная группа мышей умерла, кроме тех, кому был введен пронтозил: эти грызуны были живы и здоровы. Эксперимент послужил основанием для открытия, которое сделало огромный вклад в развитие химиотерапии».
24 Пенициллин: спасительная плесень
Лауреаты: Александр Флеминг, Хоуард Флори, Эрнст Чейн
Год: 1945, Великобритания, Австралия
Формулировка: «За открытие пенициллина и его целебного воздействия при различных инфекционных болезнях».
«В молодости Флеминг увлекался химиотерапией и антисептиками. В 1922 году, работая в иммунологической лаборатории, он случайно обнаружил лизоцим — фермент, присутствующий в наших нормальных клетках, например в слезах, и обладающий большой бактериолитической силой. Историю про слизь из носа исследователя, случайно упавшую в контейнер с культурой, изучают еще в школе. Именно лизоцим проложил путь к Нобелевской премии, которую Александр Флеминг, Эрнст Чейн и Хоуард Флори получили в 1945 году за открытие пенициллина и его терапевтического действия при многих инфекционных заболеваниях (“for the discovery of penicillin and its curative effect in various infectious diseases”). В XIX веке несколько великолепных ученых и врачей, среди которых были французский химик Луи Пастер, венгерский акушер Игнац Земмельвейс и немецкий микробиолог Роберт Кох, вывели науку на путь понимания того, что процессы гниения и многие болезни вызваны микроорганизмами. После этого многие современники Флеминга бросились искать способы уничтожения бактерий. <…>
В августе 1928 года Флеминг уехал в отпуск. Вернувшись в начале сентября, он обнаружил на столе несколько забытых чашек Петри с посевами стафилококка. Убирая их, ученый заметил в одной из чашек полоску сине-зеленого пушка. Это была обычная хлебная плесень, грибок пеницилл (Penicillium), а странным было то, что вокруг грибка отсутствовала пленка из стафилококка — будто что-то мешало ему расти в этом месте. Флеминг сразу понял, что произошло: грибок, питавшийся агар-агаром, выработал какое-то вещество — оно проникло в питательную среду и убило стафилококк. Это вещество — первый обнаруженный настоящий антибиотик, препятствующий формированию клеточной стенки, которую также мог разрушать лизоцим — фермент, обнаруженный Флемингом несколькими годами ранее. За следующие несколько месяцев ученому удалось вырастить в жидкой питательной среде плесень, профильтровать ее и выделить жидкость, проявившую наибольшую антибактериальную активность. Флеминг назвал ее пенициллином — по имени производившего грибка. <…>
В 1940 году команда с факультета патологии Оксфордского университета, возглавляемая Хоуардом Флори и Эрнстом Чейном, начала искать способы выделения и концентрации пенициллина для его производства в промышленных объемах. Надо было срочно найти штаммы, которые производили бы пенициллин в достаточных количествах. Искали в коллекциях научно-исследовательских лабораторий, привлекали простых людей: просили их присылать образцы почвы, заплесневелых зерен, фруктов и овощей. Дело затянулось, шел уже 1943 год… В конце концов какая-то домохозяйка принесла дыню — и это изменило ход медицинской истории. Мир узнал о лекарстве, способном лечить инфекции, вызванные смертоносными бактериями. Все существующие ныне штаммы — потомки той плесени 1943 года».
25 Оксид азота — лучший друг мужчин
Лауреаты: Роберт Ферчготт, Луис Игнарро, Ферид Мурад
Год: 1998, США
Формулировка: «За открытие роли оксида азота как сигнальной молекулы в регуляции сердечно-сосудистой системы»
«Когда в 1986 году Роберт Ферчготт, Луис Игнарро и Ферид Мурад независимо друг от друга обнаружили, что короткоживущий газ оксид азота NO эндогенно продуцируется в организме и действует как сигнальная молекула между клетками, — это было сенсацией. Эти результаты открыли новую главу в биомедицинских исследованиях и предвещали фантастические научные достижения. Еще в 1980 году Роберт Ферчготт доказал, что внутренний клеточный слой кровеносных сосудов, эндотелий, обладает не только механическими защитными свойствами, как считалось до сих пор. Ферчготт продемонстрировал, что от присутствия эндотелия зависит сокращение и расслабление кровеносных сосудов. В результате блестящего, так называемого сэндвич-эксперимента он сделал ключевое открытие, которое заложило основу для будущих научных разработок. <…> Сегодня мы знаем, что NO играет в организме важные сигнальные и регуляторные роли. Образующийся в нервных клетках оксид азота быстро распространяется во всех направлениях, активируя все клетки в непосредственной близости. Это помогает быстро включать и выключать многие функции, от поведенческих реакций до желудочно-кишечной подвижности».
26 РНК-интерференция — «контролер» генетической информации
Лауреаты: Жак Моно, Франсуа Жакоб, Андре Львов
Год: 1965, Франция
Формулировка: «За открытия, касающиеся генетического контроля синтеза ферментов и вирусов».
«Наш геном состоит примерно из 30 000 генов, но в каждой клетке используется только часть из них. Какие гены будут участвовать в синтезе новых белков (то есть экспрессироваться) контролирует молекулярная машина, которая снимает с ДНК мРНК-копию в процессе, называемом транскрипцией. Это, в свою очередь, может зависеть от различных факторов. Основополагающие принципы регулирования экспрессии генов более 50 лет назад открыли лауреаты Нобелевской премии французы Жак Моно и Франсуа Жакоб. Эти принципы одинаковы для всех живых организмов — от бактерий до людей. <…>
В начале 1990-х годов проводившие эксперименты молекулярные биологи получили ряд неожиданных результатов, которые никто не мог объяснить. Самые поразительные эффекты наблюдали ученые, занимавшиеся биологией растений. Они пытались сделать цвет лепестков петунии более интенсивным и для этого вводили в ДНК растения ген, вызывающий образование красного пигмента в цветах. Однако цвет петуний не стал интенсивнее, он просто пропал, лепестки стали белыми! Механизм, вызвавший этот эффект, оставался загадочным до тех пор, пока молекулярные генетики из США Эндрю Файер и Крейг Мелло не совершили «открытие РНК-интерференции — гашения активности генов с помощью двухцепочечной РНК», за которое получили в 2006 году Нобелевскую премию. <…>
После серии экспериментов Файер и Мелло пришли к двум выводам. Первый: двухцепочечная РНК может заглушать гены, код которых соответствует коду молекулы введенной РНК. Второй: интерферирующие РНК могут передаваться от клетки к клетке и даже наследоваться. При этом для значительного подавления гена требовалось крошечное количество соответствующей ему интерферирующей РНК. <…>
РНК-интерференция открывает огромные возможности для использования в генной инженерии. Были разработаны специальные двухцепочечные молекулы РНК для искусственного подавления определенных генов у людей, животных или растений. Такие молекулы РНК вводятся в клетку и так же, как в природе, активируют механизм РНК-интерференции для разрушения мРНК с идентичным кодом».
27 Теломера, преодолевшая предел Хейфлика
Лауреаты: Элизабет Блэкберн, Джек Шостак, Кэрол Грейдер
Год: 2009, США
Формулировка: «За открытие механизмов защиты хромосом теломерами и фермента теломеразы».
«В 2009-м Нобелевскую премию по физиологии и медицине присудили трем ученым, которые экспериментальным путем смогли решить фундаментальную задачу биологии. Вот ее суть: как предотвратить укорочение хромосом при каждом последующем делении клеток, как копировать клетки неизмененными и таким образом продлевать жизнь организма и отодвигать старение. Американские цитогенетики Элизабет Блэкберн, Джек Шостак, а также биолог Кэрол Грейдер продемонстрировали ее решение: оно находится в концевых участках хромосом — теломерах. Ученые выделили фермент теломеразу, который препятствует укорочению хромосом. <…>
Советский ученый Алексей Матвеевич Оловников в 1971 году предположил, что укорочение теломер — это и есть механизм, обуславливающий конечное число делений клетки (так называемый предел Хейфлика). В 1992 году было обнаружено, что дети с прогерией, умирающие от «старости» к 13 годам, просто уже рождаются с короткими теломерами. Так была обнаружена прямая связь между длиной теломер и старением. <…> Когда клетка готовится к митозу, молекулы ДНК должны удвоиться, им помогает в этом фермент ДНК-полимераза, которая «садится» на одну из копируемых нитей на самом ее конце. Оловников рассказывал, что эта идея пришла ему в голову в метро, где он наблюдал за ремонтом путей. Рабочая вагонетка доходила до конца рельса и останавливалась, в результате рельс под ней оказывался не замененным. Такой же процесс происходит на самом конце ДНК, на котором «крепится» фермент. Он оказывается нескопированным, и при каждом последующем делении хромосома сокращается на эту величину недорепликации».
28 Индуцированные стволовые клетки: чудесные метаморфозы
Лауреаты: Джон Гёрдон, Синъя Яманака
Год: 2012, Великобритания, Япония
Формулировка: «За работы в области биологии развития и получения индуцированных стволовых клеток».
«Ранее считалось, что путь от плюрипотентной клетки до клетки с узкой специализацией возможен только в одну сторону. Исследователи полагали, что во время созревания клетка изменяется таким образом, что возвращение к незрелой, плюрипотентной стадии невозможно. Но британский биолог Джон Гёрдон опроверг эту догму. Он утверждал, что геном специализированной клетки может по-прежнему содержать всю информацию, необходимую для любого «выбора» пути развития. В 1962 году он проверил свою гипотезу, заменив ядро яйцеклетки лягушки ядром из зрелой специализированной клетки, полученной из кишечника головастика. В результате яйцеклетка превратилось в полноценного клонированного головастика, а следующие эксперименты позволили получить взрослую лягушку. Получалось, что ядро зрелой клетки не утрачивало способность стимулировать развитие полноценного организма и хранило в себе «дорожную карту» для любого типа клеток. <…>
Пожалуй, главным наследием его открытий стало понимание того, что ядро зрелой специализированной клетки может быть возвращено в незрелое, плюрипотентное состояние. Эта интересная и амбициозная задача и встала теперь перед учеными. Японец Синъя Яманака смог справиться с ней только через 40 с лишним лет после открытия Гёрдона. Исследования японского ученого касались эмбриональных стволовых клеток, то есть плюрипотентных стволовых клеток, выделенных из эмбриона и культивированных в лаборатории».
29 Сверим наши биологические часы
Лауреаты: Майкл Росбаш, Джеффри Холл, Майкл Янг
Год: 2017, США
Формулировка: «За открытия молекулярных механизмов, управляющих циркадным ритмом».
«Вся жизнь на Земле приспособлена к вращению нашей планеты. Издавна известно, что живые организмы — растения и животные, включая людей, — имеют внутренние биологические часы, помогающие предвидеть восход и закат солнца и адаптироваться к ритму дня. Часы регулируют все основные функции организма, такие как поведение, уровень гормонов, сон, температура тела и метаболизм. Вот почему десинхронизация между нашей внешней средой и внутренними биологическими часами — например, когда мы на самолете пересекаем несколько часовых поясов, — приносит нам дискомфорт. Но как эти часы работают? Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг смогли узнать об их механизме на генном уровне. Их открытия объясняют, каким образом организмы растений, животных и людей настраивают свой циркадный ритм, то есть адаптируют свой биологический ритм так, чтобы он синхронизировался с вращением земли. <…>
Будущие нобелевские лауреаты выделили участок хромосомы, в котором располагался интересующий их протеин, и показали, что белок, названный ими PER (от слова period), накапливается ночью и распадается в течение дня. Прошло еще десятилетие, прежде чем в 1994 году ученые смогли подтвердить свое предположение. Действительно, накопленный PER, проникая из цитоплазмы в ядро, блокирует работу гена, который отвечает за его же синтез. Таким образом обеспечиваются обратная связь и контроль. Майкл Янг обнаружил, что проникнуть PER в цитоплазму помогает белок TIM (от timeless, то есть «вневременный»). А за частоту колебаний, соответствующую 24-часовому циклу, отвечает третий ген — DBT (от doubletime, что означает «двойное время»), который может задерживать накопление PER. Таким образом, работа троицы генов сложилась в единую стройную концепцию».
МОЕ МНЕНИЕ ОБ ИЗДАНИИ:
Качественное издание, несмотря на мягкий переплет. Тонкая белая бумага с отличным качеством печати и переплетом, позволяющим смело открывать книгу полным разворотом. В книгах «покет-серии» содержатся все комментарии, иллюстрации и ссылки, которые присутствуют в полноразмерных версиях этого же издательства.
Формат карманный (120x165 мм), мягкий переплет, без суперобложки, 240 страниц, с иллюстрациями.
Достоинства издания: хорошее качество печати; белая бумага; подробное оглавление; хорошо выделенные заголовки; информация об авторах; библиография; ч/б иллюстрации.
Недостатки издания: нет предметно-именного указателя.
ПОТЕРЯЛ БЫ Я ЧТО-НИБУДЬ, ЕСЛИ БЫ ЕЕ НЕ ЧИТАЛ:
Больше нет, чем да. Книга довольно поверхностна и большая часть информации мне, как опытному читателю науч-попа уже была известна из других источников.
КОМУ ПОРЕКОМЕНДОВАЛ БЫ:
Тем, кто хочет кратко и в общих чертах познакомиться с важными открытиями в области медицины за последние полтора столетия.
ТЕГИ: Нон-фикшн, науч-поп, наука, медицина, биология, премия, Нобель, открытия, история науки.
ВИДЕО В ТЕМУ: В приведенном ниже выступлении один из лауреатов Нобелевской премии за открытие структуры молекулы ДНК Джеймс Уотсон рассказывает, как он и его коллеги пришли к этому результату.
https://youtu.be/RvdxGDJogtA?si=zGOSJJ17CMQo7uhp
https://vk.com/pavelmazheikabooksreview
https://t.me/pavelmazheikabooksreview
Другие мои рецензии на страницах:
Группа "ВКонтакте":
https://vk.com/pavelmazheikabooksreview
Канал в "Телеграм":