В Москве впервые выступили сразу три лауреата Нобелевской премии – Дадли Хершбах (премия 1986 года по химии за изобретение метода, позволившего наблюдать за преобразованием вещества и энергии в ходе химических реакций), Гарольд Вармус (премия 1989 года по медицине за работы в области генетики рака) и Томас Линдал (премия 2015 года по химии за исследование механизмов восстановления ДНК).
©Александра Просвирникова / Журналист Online
Дадли Хершбах выступил перед студентами с лекцией «Чествуя Менделеева», в которой поделился интересными моментами биографии великого русского ученого.
Главным открытием Дмитрия Ивановича Менделеева, как мы знаем, было создание периодической таблицы химических элементов, 150-летний юбилей которой весь мир празднует в этом году.
Готовя лекционный курс под названием «Основы химии», Менделеев заметил определённую периодичность в свойствах химических элементов и выровнял около 60 элементов, упорядоченных по их атомному весу и химическому свойству. Именно на основе этого подхода стало обоснованным предсказание некоторых, тогда ещё неизвестных, химических элементов.
Элементы современной таблицы организованы по количеству протонов (Z), которые находятся в атомном ядре. Протон имеет положительный заряд (+), поэтому Z также определяет количество электронов, которые имеют отрицательный заряд (-) в нейтральном атоме. Проблема в том, что Менделеев не рассматривал элементы как атомы с электронами и ядрами. Электроны были открыты в 1897 году, но русский учёный считал, что их вес ничтожно мал. Он не знал о протонах и ядрах: они были открыты позже, первые – в 1919 году Резерфордом, вторые – в 1932 году Чедвиком.
Безусловно, создание таблицы химических элементов – важный шаг в развитии химии, однако даже химикам бывает нелегко выучить все элементы. Для этого американским поэтом и композитором Томом Лерером была написана песенка, перечисляющая все известные к 1959 году элементы. Даже спустя полвека американские студенты до сих пор с помощью неё начинают обучение в первые годы знакомства с химией.
Помимо открытия таблицы учёный впервые выявил свойства углеводорода и описал их, а также внёс вклад в развитие нефтяной промышленности в России. В 1877 году Дмитрий Иванович выдвинул гипотезу происхождения нефти из карбидов тяжёлых металлов (на сегодняшний день большинством учёных не принимается); а также предложил принцип дробной перегонки при переработке нефти.
В 1854—1856 годах Менделеев исследовал явления изоморфизма, раскрывающие отношения между кристаллической формой и химическим составом соединений, а также зависимость свойств элементов от величины их атомных объёмов. В 1870 году он систематизировал все полученные ранее знания о химии в своём труде «Основы химии».
Томас Линдал выступил перед студентами с лекцией «Нестабильность ДНК и возможные альтернативные формы жизни», в которой поделился своими исследованиями клеток ДНК и поиском исчезнувших видов.
«Как известно, ДНК – это некоторая молекула, которая несёт в себе генетическую информацию», – начал своё повествование нобелевский лауреат. Во время исследований причин возникновений раковых опухолей было обнаружено, что ДНК имеет нестабильную структуру. Все нарушения, изменения, которые под какими-либо воздействиями происходят, передаются на генетическом уровне по наследству.
Результаты экспериментов показали, что в любом ДНК происходят спонтанные изменения. Вырастив «вечную» изотопу ДНК искусственным способом, учёные надеялись увидеть, как она может отделиться, «выделиться в среду», другими словами, разрушиться. Если ДНК повреждается, возможно увидеть нуклеотиды в открытом виде. Оказалось, что любая клетка подвержена повреждениям. У нас в организме в каждой клетке содержится огромное количество ДНК и спонтанные повреждения происходят постоянно: ежедневно отваливаются более 10 000 азотистых оснований. Чтобы этому противостоять, клетка должна «ремонтироваться», а проблемы возникают, если клетка по каким-либо причинам не обладает способностью восстанавливаться после разрушения.
На изменения формы ДНК и, соответственно, предпосылки развития рака влияют такие причины, как:
- ультрафиолетовое и ионизирующее облучение (но это касается только кожных заболеваний, то есть рака кожи);
- пищевые компоненты (в первую очередь, необходимо следить за качеством питания и сроком годности продукции);
- дым (курение активно способствует раковым заболеваниям);
- метаболизм;
- ошибки репликации;
- эндогенное повреждение ДНК водой и кислородом.
И если с началом списка все вполне понятно, то последние два пункта пока не поддаются человеческому вмешательству. Это удивительно, но оказалась правдива информация о том, что вода и кислород вредны для человеческого организма.
Кислород является токсичным и мутагенным газом. Жизнь на Земле зародилась много миллиардов лет назад в анаэробных условиях. Произошла крупная экологическая катастрофа, когда сине-зеленые водоросли развили способность фотосинтеза и стали способны вырабатывать кислород – тонны побочного продукта были выброшены в атмосферу, и этот загрязнитель воздуха убил большинство ранних форм жизни. Впоследствии многие выжившие организмы развили способность производить энергию на основе O2 (митохондрии) и разработали механизмы антиоксидантной защиты. Вода также является небезопасным соединением, так как содержит в себе один атом того же кислорода. Это звучит как фантастика, но подтверждение этим фактам можно найти в книге «Свободные радикалы в биологии и медицине» 1999-ого года.
Получается, человек не может жить без кислорода, но и при этом может стать его жертвой на клеточном уровне. И в данном случае борьба с раковыми заболевания пока не представляется возможной, поскольку это исключительно влияние природы, пока не поддающееся изменению.
Вторая часть лекции была посвящена не менее поразительным открытиям Томаса Линдала, касающимся обнаружения форм жизни, считавшихся давно вымершими.
Все началось с того, что в середине XX века рыбаки выловили в устье реки Чалумна вид рыбы, ранее считавшийся утерянным в процессе эволюции 400 млн лет назад до н.э. Латимериа – единственная уцелевшая рыба – родственник наших далеких предков, которые когда-то впервые выползли на сушу. Это открытие и натолкнуло Томаса на работу над новым проектом – поиском считавшихся вымершими доисторических существ.
Именно это открытие даёт Линдалу основание полагать, что на Марсе существует жизнь, разумеется, в самом примитивном её виде. Однако пока это исследование зашло в тупик, так как коллеги не поддержали Томаса в его предположениях, и проект находится в поисках финансирования.
Как курица помогла распознать раковую опухоль? Как победить рак? И этично ли использование генетической инженерии с целью изучения ДНК? На эти и многие другие вопросы ответил на своей лекции «Гены и рак» американский врач и учёный Харольд Вармус.
Знакомство с бактериальными генами, изучением ДНК и поиском лекарств от рака на научном уровне началось у Вармуса довольно поздно – только в 30 лет врач-вирусолог становится учёным. Переломным моментом для этого стало его первое посещение МГУ в 1961 году, когда на Международном конгрессе по биохимии он побывал на обсуждении важнейшего труда Ниренберга и Маттеи о генетическом коде. Ниренбергу удалось разгадать генетический код, декодировав все 64 кодона; генетический код сам по себе – это важнейший элемент в биологии, дающий молекулярное объяснение активности генов (например, при мутациях, эволюции и экспрессии генов), поэтому данное открытие стало первым крупном шагом на пути к разгадыванию рака как начала болезни и наблюдения за ним.
В 1910 году американский врач Фрэнсис Раус исследовал куриную опухоль, называемую саркомой. Путем вживления опухоли больной курицы в клетки цыпленка, чтобы выяснить, нет ли в саркоме особо вируса, ученый профильтровал раковую вытяжку – оказалось, что фильтрат вызывает образование опухолей у здоровых кур и в дальнейшем наблюдается у цыпленка. Тогда утверждать, что открыт вирус рака, сам Раус не решился, но за него это сделали как раз Ниренберг и Маттеи позднее.
Таким образом, стало понятно, что даже одна активная частица вируса саркомы Рауса при внедрении приводит к формированию раковой опухоли. Однако есть вирусы саркомы Рауса, в которых нет гена SRC (трансформирующий ген, полученный из клеточного гена; в том числе, именно этот ген в вирусе и отвечает за формирование раковой опухоли). При образовании рака в гене, изначально не имевшем SRC, может меняться всего одна лишь аминокислота, но этого достаточно для изменения белка, и клетка начинает вести себя как раковое образование, при этом также кодируя, то есть выделяя фермент под названием «тирозин киназу». «Изменение лишь одной буквы в гене может привести к развитию рака», – подытоживает профессор Вармус.
Рак – это заболевание генома, вызванное изменениями, мутациями в последовательности или расположении определенных генов, в основном происходящими в течение жизни и не наследуемыми. Эти изменения влияют на состав, функцию и продукцию белков, которые обычно управляют ростом клеток, однако при изменении происходит гибель здоровых клеток и развитие видоизменившихся под воздействием вируса.
Есть виды раков, которые поддаются лечению. Например, хроническая миелоидная лейкемия. Где-то через 10 лет после разгадки генетического кода Ниренбергом химики разработали молекулу, которая блокирует активность этого мутационного белка, блокирует активность фермента тирозин киназу, и люди вылечивались от этого заболевания.
В середине 2000-ых годов появилась новая проблема: некоторые пациенты с раком легких остро реагировали на элемент, который блокирует тирозин киназу. Пациенты испытали рецидив (возобновление болезни после кажущегося выздоровления) заболевания, и мутации генов выработали резистентность к лекарствам, перестали на их реагировать. Резистентность приводила к изменению «больных» белков, которые не распознавались иммунной системой. На данный момент из действенных вариантов лечения рака мы имеем возможность:
- выработать специальные антитела, которые будут реагировать на белки в раковых клетках
- поменять ионные каналы клетки (порообразующие белки, которые обеспечивают обмен клетки с окружающей средой организма) неким типом иммунной терапии
Сейчас ученые как раз пытаются определить важные антигены, способные формировать белки, которые воспринимались бы иммунной системой. «Мы видим прогресс в понимании фундаментальных основ заболевания и находим способы исследования, лечения и предотвращения заболевания», – отмечает Харольд Вармус.
Сейчас многие задаются вопросом: почему в XXI веке больше людей «сталкиваются» с раком? Ответ прост: увеличилась продолжительность жизни, а, по словам ученого, обсуждаемое заболевание чаще поражает пожилых людей.
Несмотря на то что кажется, что рак – это достаточно исследованное заболевание, которому на протяжении XX века уделялось большое внимание, есть еще множество пробелов в изучении данной проблемы и возможных рецидивов при лечении этого заболевании. Многое зависит от случайности, ведь рак – это лотерея, которую может кто-то «вытянуть», и совершенно не обязательно это будет человек, всю жизнь курящий, употреблявший наркотики, страдающий ожирением и неправильно питавшийся, а также имевший в своем роду родственников, болевших раком. Причины возникновения этого заболевания до сих пор не до конца понятны, и рак вызывает множество вопросов у учёных и врачей. Однако ведутся разработки и попытки найти новые методы борьбы, которые стопроцентно снизили бы риск заболевания раком и смерти из-за него.
