ПРЕМИЯ 2008 года

Нобелевской премией по химии за 2008 год награждены Осаму Симомура, Мартин Чалфи и Роджер Цянь за открытие и разработку методов использования зеленого флуоресцентного белка. Этот белок широко применяется во всём мире для изучения физиологических процессов на клеточном и организменном уровне, а также экспрессии генов.

Нобелевская премия этого года по химии достанется трем ученым из Соединенных Штатов, которые нашли и научились использовать вещество, позволяющее наблюдать многие тонкие структуры и сложные процессы в живых клетках и организмах. Премия присуждена «за открытие и разработку [методов использования] зеленого флуоресцентного белка» («for the discovery and development of the green fluorescent protein, GFP»). Равные доли премии получат Осаму Симомура (Osamu Shimomura) из Лаборатории морской биологии (Marine Biological Laboratory) в Вудс-Хоуле (Массачусетс), Мартин Чалфи (Martin Chalfie) из Колумбийского университета (Columbia University) и Роджер Цянь (Roger Y. Tsien) из Калифорнийского университета в Сан-Диего (University of California, San Diego). Зеленый флуоресцентный белок был выделен из морских медуз. В настоящее время ген этого белка и полученных на его основе других похожих белков, светящихся другими цветами, используют в тысячах исследований в качестве маркера для веществ и клеток, а также маркера экспрессии определенных генов.

Осаму Симомура родился в 1928 году в Киото. Он вырос в Маньчжурии и в Осаке, где служил в японской армии его отец. В 1945 году Симомура, живший тогда в Нагасаки, был свидетелем взрыва сброшенной на город атомной бомбы. В 1951 году он окончил Университет Нагасаки, а с 1955 года работал в Нагойском университете, где начал исследования флуоресценции морских беспозвоночных и выделил белок, отвечающий за свечение некоторых остракод. В 1960 году Симомура получил в Нагойском университете докторскую степень и переехал в США, работал сначала в Принстоне (где и открыл зеленый флуоресцентный белок, вызывающий свечение у медуз), а с 1982 года — в Лаборатории морской биологии. С 2001 года Осаму Симомура на пенсии. Он живет на полуострове Кейп-Код в штате Массачусетс, недалеко от своего последнего места работы. Мартин Чалфи родился в 1947 году. Он учился в Гарварде, где в 1977 году получил докторскую степень за исследования в области нейробиологии. С 1982 года и по сей день Чалфи — профессор в Колумбийском университете в Нью-Йорке. В 1984 году он некоторое время работал в Лаборатории молекулярной биологии в Кембридже (Великобритания), где изучал нервную систему почвенной нематоды Caenorhabditis elegans вместе с одним из классиков молекулярной генетики и биологии развития — Сидни Бреннером (благодаря трудам которого этот червь и стал одним из важнейших модельных объектов современной биологии). Роджер Цянь родился в Нью-Йорке в 1952 году, в семье эмигранта из Китая, потомка царствующего дома небольшого дальневосточного государства (на территории которого, в частности, находился город Шанхай), вошедшего в конце X века в состав Китая. Среди его родственников много выдающихся интеллектуалов — ученых, инженеров и преподавателей. Детство Роджера Цяня прошло в Ливингстоне (штат Нью-Джерси). Затем он учился в Гарварде и в Кембридже (Великобритания), где в 1977 году получил докторскую степень. До 1981 года он работал в Кембриджском университете, а в 1982–1989 годах — в Калифорнийском университете в Беркли. С 1989 года Роджер Цянь — профессор в Калифорнийском университете в Сан-Диего.

Многие морские беспозвоночные светятся — сами по себе (используя энергию химических процессов) или под действием ультрафиолетового или видимого света (поглощая фотоны с одной длиной волны и испуская с другой). В основе этого свечения лежат разнообразные органические вещества. Одно из таких веществ — зеленый флуоресцентный белок медуз из рода Aequorea. В ультрафиолетовом освещении этот белок светится голубовато-зеленым светом. Осаму Симомура в 1962 году впервые выделил этот белок из организмов медуз и описал его.

Светящиеся медузы из рода Aequorea. Из таких медуз и был выделен зеленый флуоресцентный белок (GFP, green fluorescent protein), нашедший широчайшее применение в цитофизиологических, биохимических и генетических исследованиях во всём мире. Фотография сделана первооткрывателем зеленого флуоресцентного белка Нобелевским лауреатом по химии 2008 года Осаму Симомурой. С сайта Лаборатории морской биологии (www.mbl.edu)

Дальнейшие работы, посвященные зеленому флуоресцентному белку, позволили найти кодирующий его ген и внедрять этот ген в живые клетки различных организмов. В медицинских и биохимических исследованиях зеленым флуоресцентным белком или его производными помечают те или иные клетки и вещества и, благодаря свечению, отслеживают их расположение в пространстве и происходящие с ними изменения. Внедрив ген светящегося белка в клетку вместе с каким-либо другим геном, можно следить за тем, где и с какой интенсивностью внедренные гены экспрессируются (то есть обеспечивают синтез соответствующих им белков). Зеленый флуоресцентный белок позволил ученым пронаблюдать многие скрытые процессы и структуры, например рост и характер связей нейронов, а также распространение раковых клеток в организмах лабораторных животных.

Мартин Чалфи и его коллеги разработали методы, позволяющие использовать зеленый флуоресцентный белок для исследования экспрессии генов, внедряя его в клетки лабораторных модельных объектов — кишечной палочки (Escherichia coli) и почвенной нематоды Caenorhabditis elegans. На фото показана личинка нематоды C. elegans. ALMR и PLMR — два рецепторных нейрона, ответственные за тактильную чувствительность. Тела нейронов выглядят как яркие светящиеся точки, а их аксоны — как отходящие от них бледные линии. Треугольники указывают на гомологичные клетки, расположенные на другой стороне тела червя (они светятся не так ярко, потому что не в фокусе). Толстая стрелка указывает на ветвь нервного кольца, связанную с нейроном ALMR, а тонкие стрелки — на слабо светящиеся тела других нейронов. В настоящее время подобные методы успешно используются во множестве лабораторий разных стран. Иллюстрация из статьи Мартина Чалфи с соавторами (Chalfie et al., 1994) в журнале Science

Работы Мартина Чалфи заложили основы широко применяемых в наши дни методов использования зеленого флуоресцентного белка. В 1994 году была опубликована статья Чалфи с соавторами, где сообщается об успешном внедрении этого белка в клетки кишечной палочки и почвенной нематоды (круглого червя) Caenorhabditis elegans и намечены возможные способы его использования в цитофизиологических и молекулярно-генетических исследованиях.

Клетки мозга лабораторной мыши, светящиеся разными цветами за счет внедренных в их хромосомы в разных сочетаниях флуоресцентных белков трех разных цветов, полученных на основе зеленого флуоресцентного белка. Роджер Цянь, разделивший Нобелевскую премию по химии 2008 года с двумя другими учеными, изучил физико-химические причины свечения зеленого флуоресцентного белка и с помощью прицельных мутаций в его гене получил гены флуоресцентных белков других цветов. Использование таких белков, в частности, облегчает изучение связей между множеством нейронов головного мозга. Фото © AP Photo/Harvard University, Livett-Weissman-Sanes-Lichtman с сайта www.nytimes.com

Работы Роджера Цяня и его лаборатории позволили разобраться в механизме флуоресценции этого белка и выработать (производя мутации в кодирующем его гене) новые его разновидности, в частности светящиеся не зеленым, а другими цветами. Благодаря этому достижению теперь в распоряжении исследователей имеется большой набор разных маркеров, которые можно одновременно использовать для изучения процессов, происходящих с разными клетками или белками.

Пейзаж с закатом в Сан-Диего, написанный колониями бактерий, высаженных на питательную среду в чашке Петри. В разных колониях синтезируются флуоресцентные белки разного цвета, полученные на основе зеленого флуоресцентного белка медузы Aequorea. Художник — Натан Шейнер (Nathan Shaner), сотрудник лаборатории Роджера Цяня, фотограф — Пол Штейнбах (Paul Steinbach). Фото с сайта upload.wikimedia.org

Зеленый флуоресцентный белок позволил многое тайное сделать явным. Число научных работ, в которых используются он и его производные, составляет на сегодня уже несколько десятков тысяч. Не вызывает сомнений, что с помощью этой группы белков будет сделано еще немало ярких открытий.

Этот белок стал в последнее время популярен не только среди ученых. Большой ажиотаж вызвало получение в одной из лабораторий Тайваня зеленых светящихся поросят. Впрочем, они были выведены, по-видимому, не столько в рекламных целях, сколько для изучения процессов развития органов и тканей, но это тот случай, когда научные достижения настолько эффектны, что привлекают внимание широких кругов публики.

Церемония вручения Нобелевских премий состоится, как обычно, 10 декабря. В прошлом году Нобелевскую премию по химии получил Герхард Эртль (Gerhard Ertl) из Института им. Фрица Габера Общества научных исследований им. Макса Планка (Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft) за исследования химических процессов на поверхностях твердых тел.