Нобелевская премия за паразитов

Половину премии дали за лекарство от малярии, которое пришло на смену хинину и хлорохину, другую половину – за открытие средства, избавляющего от паразитических нематод.

Считается, что от гельминтов страдает треть населения планеты, преимущественно в Африке (к югу от Сахары), Южной Азии и Центральной и Южной Америке. Широко распространены нематоды (круглые черви) из семейства Onchocercidae. Одно из заболеваний, которое они вызывают, – так называемый онхоцеркоз. Возбудитель, Onchocerca volvulus, поселяется в лимфоузлах человека, где самки производят на свет множество личинок, называемых микрофиляриями. Эти личинки далее мигрируют под эпидермис кожи, откуда могут попасть в насекомых-переносчиков. Часть личинок попадает в глаза человека, проникая во все ткани зрительного органа. В глазном яблоке они вызывают воспаление, кровотечения и другие осложнения, ведущие в конечном итоге к потере зрения. Поскольку мошки-переносчики обитают по берегам рек, то болезнь получила название речной слепоты. В мире насчитывается около 18 млн больных онхоцеркозом, из них примерно у 600 тыс. заболевание привело к значительному снижению зрения или полной слепоте.

Речная слепота и бругиоз – лишь некоторые из целого ряда заболеваний, вызываемых паразитическими нематодами. Ситуация с ними была бы совсем тяжёлой, если бы против них не было лекарств. Однако такие лекарства есть, и именно за них сейчас присудили половину Нобелевской премии по медицине и физиологии. Один из нынешних лауреатов, японский микробиолог Сатоси Омура (Satoshi ?mura, 1935 года рождения), долгое время занимался тем, что пытался найти в почвенных микробах новые антибиотические вещества. Как известно, антибиотики – это химическое оружие грибов и бактерий, используемое ими против конкурентов, то есть других грибов и бактерий, и разнообразие подобных веществ необычайно велико. Проблема же в том, что далеко не всегда природную бактерию можно вытащить из её естественной среды и вырастить в лаборатории, чтобы подробней изучить, что за антибиотики она синтезирует. Тем не менее, Омуре удалось получить целых 50 штаммов бактерий из группы Streptomyces, которые потенциально могли стать источником новых лекарств. Исследователи заметили, что один штамм, впоследствии названный Streptomyces avermitilis, синтезировал вещество, действовавшее против паразитических червей. (Заметим, что для того, чтобы найти эти 50 штаммов, пришлось проанализировать тысячи бактериальных колоний, выращенных в лаборатории из образцов почвы.)

Работа Сатоси Омуры и его сотрудников привлекла внимание Уильяма Кэмпбелла (William C. Campbell, 1930 года рождения), специализирующегося в биологии паразитов. Он продолжил работу с бактериальными штаммами и в конце концов выделил активное вещество, названное авермектином – оно очень хорошо действовало против червей, паразитирующих на домашних и диких животных. После дополнительной модификации эффективность молекулы повысилась ещё сильнее; лекарство сменило название на ивермектин. Дальнейшие эксперименты показали, что с его помощью можно избавляться от самых разных нематод, причём как от личинок, так и от взрослых особей, а также от клещей, вшей и некоторых других паразитов. Действует он как нервнопаралитический яд, нарушая проведение импульсов в нейронных цепочках, так что червя охватывает паралич, и он гибнет. И самое главное – ивермектином можно лечить не только животных, но и людей.

Раньше главным средством против малярии служили хинин и хлорохин, но эффективность лечения с их помощью со временем начала снижаться, и к концу 60-х годов XX века стало понятно, что здесь нужно что-то другое. Пытаясь найти новое лекарство, химик-фармацевт из Китая Юю Ту (Youyou Tu, родилась в 1930 году) обратилась к рецептам народной медицины. Опыты на животных выявили одного многообещающего кандидата – полынь однолетнюю, Artemisia annua. Ту удалось выделить активный компонент полыни, получивший название артемизинин. Он и положил начало новому классу противомалярийных лекарств. Хотя ключевые результаты по артемизинину были получены ещё в 70-80-е годы прошлого века, его используют до сих пор, правда, не в одиночку, а комбинируя с другими противомалярийными препаратами, чтобы плазмодиям сложнее было выработать устойчивость к нему.

С Омурой, Кэмпбеллом и Ту случилась классическая нобелевская история: старейшины науки, награждённые уже всеми мыслимыми наградами, наконец получили главную научную премию за работы, опубликованные несколько десятилетий назад. Однако, конечно, никто не скажет, что их результаты устарели – в конце концов, эти лекарства до сих пор каждый год спасают десятки и сотни тысяч человеческих жизней по всему миру.

Кэмпбелл и Омура обнаружили, что авермектины – продукт ферментации почвенных бактерий стрептомицетов (Streptomyces avermitilis) имеют высокую активность и широкий спектр антипаразитарного действия. На основе одного из открытых авермектинов был получен препарат Ивермектин, нарушающий передачу нервных импульсов у паразитов (прежде всего нематод) и приводящий к их параличу и гибели.

Благодаря лекарствам на основе авермектинов удалось значительно снизить заболеваемость элефантиазом (слоновой болезнью) и онхоцеркозом (речной слепотой) в странах Африки.

Юю Ту в свою очередь на основе изучения старинных рецептов китайской традиционной медицины обнаружила, что еще в XVI веке малярию в Китае лечили при помощи чая из полыни. Ей удалось выделить из однолетней полыни (Artemisia annua) вещество артемизинин, ставшее основой комбинированных препаратов против малярии, которые способны излечить пациентов (по заявлению ВОЗ) в 95% случаев.

С поля для гольфа в лабораторию

В 1976 году Сатоси Омура – специалист в области микробиологии, химии и фармацевтики из Университета имени Китасато в Токио исследовал образцы почвы, взятые с полей для гольфа близ города Ито в префектуре Сидзуока. Сатоси исполнился 41 год, и он лишь недавно стал профессором в знаменитом университете, созданном на основе Института Китасато Сибасабуро – одного из первооткрывателей (наряду с Александром Йерсеном) возбудителя чумы. Внимание Сатоси привлекли бактерии стрептомицеты (Streptomyces), уже давно известные как источник антибиотика стрептомицина, за который Зельман Ваксман получил Нобелевскую премию еще в 1952 году.

Сатоси решил проверить, будут ли стрептомицеты (точнее говоря, продукты их жизнедеятельности) столь же эффективны против гельминтов (паразитических червей), как ранее против бактерий и грибов. Японскому ученому удалось выделить новый штамм стрептомицетов из образцов почвы и успешно вырастить его в лаборатории. Исследовав несколько тысяч бактериальных культур (искусственно выращенных колоний бактерий на питательных средах, являющихся потомками одной бактериальной клетки), Сатоси Омура отобрал пятьдесят, обладающих наибольшим антигельминтным потенциалом, после чего в 1978 году отправил их в лабораторию фармацевтической корпорации Мерк энд Ко, где были изучены продукты их биологической активности.

У бактерий в одной из культур, впоследствии получивших название Streptomyces avermitilis, был обнаружен продукт ферментации, оказывающий, в контрольных экспериментах на мышах, разрушительное воздействие на паразитического червя-нематоду Heligmosomoides polygyrus и не имеющий ярко выраженных побочных эффектов. Это вещество получило название авермектин. Статья с описанием авермектинов вышла в 1979 году под авторством группы биохимиков из лаборатории Мерк энд Ко во главе с Ричардом Бергом и Бринтоном Миллером, а также Сатоси Омура.

От авермектинов к ивермектину

В дальнейшем Ричард Берг продолжил изучение авермектинов в сотрудничестве со вторым нобелевским лауреатом этого года Уильямом Кэмпбеллом – еще одним сотрудником фармацевтических лабораторий Мерк энд Ко. Как уже было известно, Streptomyces avermitilis продуцировала четыре основные формы авермектинов – А1, А2, В1 и В2, каждый из которых имел по два изомера (всего 8 форм). К 1984 году одна из них (В1) уже применялась в сельском хозяйстве как эффективный пестицид и получила название абамектин, однако, несмотря на доказанный антигельминтный потенциал, препаратов против паразитических червей на основе авермектинов так и не было создано.

Берг и Кэмпбелл, в то время проработавший на фармацевтическую компанию уже почти 27 лет, наметили две программы дальнейших исследований авермектинов – выведение новых штаммов Streptomyces avermitilis и химическую модификацию уже существующих авермектинов. Главной целью ученых стало снижение токсичности препарата для крупных теплокровных животных, что открывало возможность его применения скотоводами, а в дальнейшем и для лечения людей. Вторая программа увенчалась успехом. В 1984 году соавторы опубликовали статью с описанием новой химической модификации абамектина – ивермектина (22,22-дигидроавермектин B1a и B1b). Он отличался пониженной токсичностью, хорошей растворимостью и широким спектром антипаразитарного действия.

Препарат был протестирован и рекомендован к применению для крупного рогатого скота, лошадей и овец, в ближайшем будущем ожидалось, что он станет пригоден также для свиней и собак. Ивермектин ингибировал синапсы нейромедиаторов у гельминтов, что нарушало проведение нервных импульсов, приводило к параличу и последующей смерти паразитов. На основе ивермектина были разработаны препараты против онхоцеркоза (с 1987 года), элефантиаза (применяется в отдельных африканских регионах, так как чаще в лечение используется диэтилкарбамазин) и стронгилоидоза (с 1997 года) – трех главных паразитарных заболеваний на Африканском континенте.

Онхоцеркоз или речная слепота вызывается червем Onchocerca volvulus. Переносчиком паразитов являются мошки, а хозяином – человек. Взрослые паразитические черви поселяются в лимфоузлах пораженных заболеванием людей, где начинают активно размножаться. Личинки червя – микрофилярии мигрируют под кожу и в глазные яблоки своих хозяев, вызывая сильнейшее воспаление, глазное кровотечение и последующую слепоту.

Заболевание встречается на всей планете, однако в странах Центральной Африки оно носит эпидемический характер.

Объясняя свое решение, Нобелевский комитет подчеркивает, что лауреаты разработали методы, которые совершили революцию в лечении самых опасных для человека паразитических заболеваний. Уильям Кэмпбелл и Сатоши Омура создали лекарство Avermectin, которое проявило себя как эффективное средство борьбы с "речной слепотой", характеризующейся образованием подкожных узлов, поражением кожи и глаз, "слоновой болезнью", стойким увеличением размеров какой-либо части тела из-за болезненного разрастания кожи и подкожной клетчатки, а также другими паразитическими заболеваниями. Юю Ту разработала препарат, который значительно сократил смертность среди ставших жертвами малярии людей.

Размер премии в этом году составляет 8 млн шведских крон. Из-за ослабления курса шведской валюты эта сумма впервые за 15 лет будет меньше одного миллиона долларов и составит 950 тысяч долларов. Кэмбелл и Омура получат половину премии, вторая половина достанется Ту.

Назвав этих лауреатов, Нобелевский комитет в очередной раз удивил. Эта работа не стояла ни в одном рейтинге, которые составляют различные компании. Например, наиболее авторитетная Thomson Reuters, которая в своих прогнозах ориентируется на число публикаций и цитируемость, ставила на Джеффри Гордона, Кацуоши Мори, Питера Уолтера, а также Итана Шевача, Шимона Сакагучи и нашего соотечественника Александра Руденского, которые объяснили механизмы возникновения аллергии, аутоиммунных заболеваний и т.д.

Ошиблись и российские прогнозисты. Так, по мнению Валентина Горделия, сотрудника Лаборатории перспективных исследований мембранных белков МФТИ, а также профессора Университета Аахена премию по физиологии и медицине должен получить один из основателей оптогенетики профессор Эрнст Бамберг и его коллеги. Несомненно премии достоин Алексей Оловников, понявший, почему клетка может делиться конечное количество раз, и введший понятие теломеры.

Впрочем и в прошлом году лауреатами стали ученые, которые не фигурировали ни в одном рейтинге. Это норвежские физиологи Эдвард и Мэй-Бритт Мозер и британский невролог Джон О'Киф за научные работы, пролившие свет на то, как мозг ориентируется в пространстве.

Что касается ученых нашей страны, то лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине они становились лишь дважды. Награды удостоились Иван Павлов ("за работу по физиологии пищеварения", 1904 год) и Илья Мечников, получивший награду совместно с немцем Паулем Эрлихом "за труды по иммунитету" в 1908 году.

Завтра будут названы лауреты Нобелевской премии по физике.

Заместитель директора Центрального НИИ эпидемиологии Роспотребнадзора академик Виктор Малеев:

- Человек сосуществует в мире с гельминтами, которых великое множество. Они вызывают различные паразитарные заболевания. Бывают глисты крупные - аскариды, а бывают такие мелкие, которых можно разглядеть только под микроскопом - филярии, повинные в возникновении "речной слепоты". Их нельзя уничтожить, но необходимо добиться, чтобы люди от них не страдали. Кэмпбелл и Сатоши разработали химические препараты против паразитарных инфекций, против аскарид. Это не один препарат, а целый комплекс, на его создание ушли годы.

Вторая часть премии присуждена китаянке Юю Ту за новый метод борьбы с малярией, от которой на планете страдает около миллиарда человек. От малярии, точно так же, как от паразитарных инфекций, нет вакцины.

Для противостояния паразитарным инфекциям применяют достижения химии. А вот для борьбы с малярией Юю Ту неожиданно предложила использовать… обыкновенную полынь. Из нее создано лекарство Артемизинин. Его легко получать, и он оказался самым эффективным.

По традиции в первый понедельник октября в Стокгольме назвали лауреатов Нобелевской премии по физиологии и медицине за 2015 год.

Черви, мошки и комары

Нобелевские лауреаты нынешнего года разработали методы, которые совершили революцию в лечении самых опасных для человечества паразитических заболеваний, отметил Нобелевский комитет.

Вторую часть премии получила китаянка Юю Ту, которая разработала артемизинин – препарат, который значительно сокращает смертность людей, ставших жертвами малярии, прежде всего детей.

Эти два открытия дали человечеству новые средства для борьбы с болезнями, которые ежегодно поражают сотни миллионов человек. Их вклад в дело глобального улучшения качества жизни людей по всему миру действительно неоценим.

Антибиотик против червей

Гельминтами, то есть червями-паразитами, поражено около трети населения Земли. Чаще всего они встречаются в Африке, Южной Азии, Центральной и Южной Америке.

Переносчиком онхоцеркоза являются мошки Simulium damnosum, которые распространяют червей-паразитов Onchocerca volvulus. Их самки производят множество личинок, которые сначала селятся в лимфатических узлах человека, а затем мигрируют под эпидермис кожи, откуда могут вновь попасть в организм мошки. Таким образом, цикл развития паразитов продолжается. Часть червей попадает в глаза человека, проникая во все ткани зрительного органа.

В глазном яблоке они вызывают воспаление, кровотечения и другие осложнения, ведущие в конечном итоге к потере зрения.

Возбудителем слоновой болезни является паразит под названием Brugia malayi. Пораженные им участки кожи покрываются бородавками и язвами, затем возникают отеки. Соединительные ткани разрастаются, что приводит к увеличению органа или конечности человека, изменению его формы. Развиваясь, болезнь распространяет инфекцию в лимфатических сосудах.

В 1976 году Сатоши Омура – специалист в области микробиологии, химии и фармацевтики университета Токио – исследовал образцы почвы, взятые с полей для гольфа близ города Ито в префектуре Сидзуока. Сатоши исполнился 41 год, и он лишь недавно стал профессором. Ему удалось обнаружить в образцах почвы несколько тысяч новых штаммов бактерий, на полусотне из них исследователь сосредоточил свое внимание. Уильям Кэмпбелл, ирландский паразитолог, работавший в США, присоединился к исследованиям Омуры.

Исследователям удалось обнаружить штамм бактерии, который вырабатывает антибиотик, особенно эффективно действующий против паразитов, поражающих домашних животных и человека.

Биоактивный агент получил название авермецин, а чуть позже из него было выделено более эффективное средство – ивермецин. Этот препарат был испытан на людях и доказал свою эффективность в уничтожении личинок паразитических червей. Первые публикации, посвященные разработкам, появились в 1979 году.

Помогла традиционная медицина

Малярия распространяется комарами из рода анофелес. К началу ХХI века это заболевание поражало 350-500 миллионов человек в год, от полутора до трех миллионов из которых погибало. В подавляющем большинстве это были дети в возрасте до пяти лет. Долгое время для лечения малярии использовали хинин – алкалоид хинного дерева, однако его эффективность была невысока.

В 1969 году Юю начала архивный поиск возможных кандидатов на замену хинину. За три года она вместе с коллегами изучила около двух тысяч разных традиционных лекарств. Она заметила, что в подавляющем большинстве случаев в борьбе с такими симптомами, как озноб и лихорадка, так или иначе используется полынь. Ее заваривали, ею прижигали, делали курения и экстракты.

Юю Ту удалось выделить из полыни компонент под названием артемизинин, который оказался способным уничтожать возбудителей малярии у животных и человека, причем на самых ранних этапах их развития. Позже группа Юю Ту синтезировала три производных артемизинина, обладающих еще большей эффективностью. В 1979 году препараты прошли клиническое испытание, подтвердившее их эффективность и отсутствие побочных эффектов. После чего созданные Юю лекарства ежегодно спасали более двух миллионов жизней больных малярией по всему миру.

В 2006 году Всемирная организация здравоохранения обратилась к фармацевтическим компаниям с просьбой приостановить производство препаратов, содержащих исключительно артемизинин, так как это становится причиной выработки устойчивости у возбудителей малярии. В настоящий момент считается, что наиболее эффективно использование в терапии комбинированных лекарств, совмещающих артемизинин с каким-либо другим противомалярийным веществом. Тем не менее, возникновение устойчивости к нему так и не было окончательно доказано.

Долгое время работы Ту находились в забвении, однако в 2011 году она получила премию Ласкера, а сейчас к ней пришло и признание, высшее из возможных – Нобелевская премия. Юю Ту стала первой китаянкой, которая удостоилась Нобелевской премии по медицине, а также двенадцатой женщиной, получившей эту премию.

СТОКГОЛЬМ, 5 октября. /Корр. ТАСС Ирина Дергачева/. Нобелевская премия 2015 года в области физиологии и медицины присуждена сегодня Уильяму Кэмпбеллу (Ирландия), Сатоси Омуре (Япония) "за разработку новой терапии против инфекций, вызываемых червями-паразитами", а также Ту Юю (Китай) за "разработку новой антималярийной терапии". Об этом объявил Нобелевский комитет при Каролинском институте Стокгольма.

Огромное значение для сотен миллионов людей

Ежегодно эти заболевания поражают сотни миллионов человек. По мнению Нобелевского комитета, "исследования лауреатов означают уменьшение страданий и огромные положительные сдвиги в здравоохранении в мире". "Оба открытия дали человечеству новые способы борьбы с тяжелыми заболеваниями", - отмечается в заявлении Нобелевского комитета.

Открытия лауреатов фундаментальным образом изменили существующие возможности лечения болезней, вызываемых червями-паразитами. Их исследования характеризуются Нобелевским комитетом как "сдвиг парадигмы". "Их глобальное значение неоценимо", - отметил профессор Каролинского института Ханс Форсберг на пресс-конференции.

Лекарство от малярии

По словам Форсберга, Ту Юю многие годы изучала старые гомеопатические рецепты с целью создания новой терапевтической методики для лечения малярии. В ходе работы она обратила внимание на полынь однолетнюю /artemisia annua/. Ученая разработала способ очистки, позволивший выделить активный компонент растения - артемизинин, - который стал эффективным средством лечения тяжелого заболевания. Это новый класс антималярийных препаратов, которые убивают возбудителя на самых ранних стадиях его развития.
"Это был настоящий прорыв и поворотный пункт в области лекарственных средств от малярии", - рассказал Форсберг.
В 2011 году исследования ученой уже были отмечены премией Ласкера.
По оценкам специалистов, в начале этого века малярия ежегодно поражала 350-500 млн человек, 1,3-3 млн из которых погибали в результате болезни. Чаще всего инфицируются дети в возрасте до пяти лет.

Эффективное лечение заболеваний, вызываемых круглыми червями-паразитами

Уильям Кэмпбелл и Сатоси Омура в свою очередь разработали новый препарат - авермектин, дериваты которого радикально снизили заболеваемость такими болезнями, как онхоцеркоз (речная слепота, характеризующаяся образованием подкожных узлов, поражением кожи и глаз) и элефантиаз (или слоновая болезнь - стойкое увеличение размеров какой-либо части тела из-за болезненного разрастания кожи и подкожной клетчатки). Кроме того, это средство применяется для эффективного лечения целого ряда других заболеваний, вызываемых круглыми червями-паразитами. По оценкам экспертов, ими поражено около трети населения земного шара, особенно в Африке, Южной Азии, Центральной и Южной Америке.

Омура длительное время исследовал бактерии Streptomyces, которые являются производителями многих антибиотиков. Кэмпбелл присоединился к работе японского коллеги. Ученым удалось обнаружить штамм бактерии, которая вырабатывала антибиотик, особенно эффективный против паразитов, поражающих как домашних животных, так и человека.

Награда научным школам трех стран

Научная карьера ирландца Уильяма Кэмпбелла (род. 1930) состоялась в США. Он защитил докторскую диссертацию в Висконсинском университете, а также работал в Институте терапевтических исследований Мерка. Сегодня он трудится в Университете Дрю в Мэдисон, Нью-Джерси.
Омура родился в 1935 году в Японии. Сегодня он является почетным профессором Института Китасато.

Ту Юю родилась в Китае в 1930 году. Она стала двенадцатой женщиной, получившей Нобелевскую премию по медицине. Ту Юю закончила университет в Пекине и с 2000 года является ведущим профессором Академии традиционной китайской медицины.

Имена лауреатов не угадал никто

Нобелевские комитеты до последнего момента ничего не сообщают ни о самих претендентах на премию, ни о тех, кто их выдвинул, но эксперты пытаются делать собственные предположения в отношении хранимых в тайне имен. Интересно, что во множестве прогнозов в канун обнародования списка обладателей высокой награды имена лауреатов 2015 года вообще не назывались.

Вручение награды состоится в декабре

Вручение награды состоится 10 декабря в Стокгольмской филармонии в день рождения Альфреда Нобеля. На украшенной цветами сцене из рук короля Карла XVI Густава лауреаты получат золотую медаль с портретом основателя премии и диплом. Размер денежной составляющей Нобелевской премии в 2015 году, как и в предыдущие два года, - 8 млн крон. Но в связи с ослаблением курса шведской кроны эта сумма - впервые с 2001 года - будет меньше 1 млн долларов, а именно - $950 тыс.

Правила присуждения награды

Каждая премия не может быть присуждена более чем трем лицам. Если награждаются два или три лауреата за одно научное открытие, то сумма вознаграждения делится поровну. Может быть принято решение отметить два открытия. В этом случае если одно из них принадлежит двум лауреатам, то они получают по 1/4 премии. Как правило, премии присуждаются одному и тому же лицу один раз.

Были случаи, когда премии не присуждались, так как не удавалось найти достойного кандидата (например, в годы Первой и Второй мировых войн кандидатов выдвигалось меньше, тем самым выбор был затруднен).

Нобелевка. За что?

Начнём с банального: Нобелевская премия — главная, самая желанная и престижная награда в интеллектуальном мире. Впрочем, статус её таков, что и обыватели пусть краем глаза, но следят, кому же её всё-таки присудят. В этом одна из ключевых задач премии: хоть раз в году привлечь массовое внимание к действительно важным темам. Мы не будем обсуждать премию по литературе, хотя приятно, что её получила русскоязычная писательница Светлана Алексиевич. Оставим за рамками статьи и премию мира — это уже сфера гражданско-политическая. Сосредоточимся на трёх естественнонаучных номинациях: физиологии и медицине, физике, химии. Пользуясь возможностями ежемесячного журнала, мы хотим спокойно и обстоятельно рассказать, за какие именно открытия дали награды и что за люди эти лауреаты-2015.

Убить паразита

Нобелевскую премию по физиологии и медицине разделили пополам. Одну часть получили Уильям Кэмпбелл (Ирландия, США) и Сатоси Омура (Япония) за открытие лекарства, эффективного против круглых червей, в частности против возбудителей лимфатического филяриоза и онхоцеркоза. Вторая половина досталась Юю Ту (Китай) за открытие средства против малярии.

Мы, горожане-европейцы, обитаем в безопасном мире, похожем на благоустроенную детскую площадку. Скачиваем из интернета инструкцию по извлечению клеща и сразу же забываем, что в ней было написано. Ленимся мыть руки после прогулки, кое-как смачиваем яблоко под краном, поднимаем с пола конфету и бросаем в рот — и редко бываем наказаны за это, потому что среда действительно безопасная. Для нас смерть ребенка — страшная, недопустимая трагедия, по счастью редкая.

И мы знать не хотим, какие штрафы выписывает природа нарушителям правил гигиены и просто невезучим — где-то там, за пределами нашей игровой зоны. Вот я, например, о лимфатическом филяриозе читала в книжках, как болеют малярией, слышала от бабушки, а о речной слепоте впервые узнала в момент объявления лауреатов Нобелевской премии.

От этих трёх болезней мытьё рук не спасёт: их возбудителей переносят кровососущие насекомые, а основной хозяин у них человек. Речная слепота, или онхоцеркоз — заболевание, вызванное червём Onchocerca volvulus, — наиболее распространено в Западной и Центральной Африке. Речная она потому, что мошки — переносчицы личинок червя — живут в основном по берегам рек. А слепота, потому что тысячи личинок, которых производят половозрелые черви в организме человека, поселяются не только в коже, но и в глазах. Результат — глазные кровотечения, воспаления роговицы и сетчатки.

Столько людей, населяющие 73 страны, подвержены угрозе лифатического филяриоза. Более 120 миллионов инфицированны, около 40 миллионов стали инвалидами.

Во второй половине ХХ века, когда появились первые антибиотики, учёные начали активно искать новые лекарства в микроорганизмах. Вдохновлял их в том числе успех со стрептомицином (за его открытие Зельман Ваксман получил Нобелевскую премию в 1952 году). Почвенных бактерий Streptomyces — тех самых, среди которых был найден продуцент стрептомицина, — изучал и японский микробиолог Сатоси Омура. Среди тысяч штаммов он отобрал пятьдесят, показавшихся ему наиболее перспективными.

Использовать результаты Омуры взялась фармацевтическая компания Merck, на которую работал паразитолог Уильям Кэмпбелл — ирландец по происхождению, переехавший в США. Кэмпбелл исследовал бульон, в котором росли бактерии Омуры. Порошком, приготовленным из этого бульона, он кормил мышей, инфицированных червями. Так выяснилось, что одна из бактерий Streptomyces avermitilis производила вещества, убийственные для паразитов. Вещества назвали авермектинами.

только в Африке ежегодно спасает комбинированная терапия с примененим артемизинина.

Позднее Кэмпбелл с коллегами получили химическую модификацию авермектина — ивермектин. Это оказался препарат мечты: мощный, активный против самых разных паразитических круглых червей и у самых разных хозяев, от мыши до человека, с продолжительным действием — его нужно принимать всего два раза в год! — и безопасный. За исключением собак породы колли и их близких родственников: из-за специфической мутации ивермектин для них может быть смертелен.

По данным Всемирной организации здравоохранения, к 2012 году ивермектин использовали более 200 млн людей. Но, очевидно, решающим для Нобелевского комитета стал мощный удар, который этот препарат нанес по лимфатическому филяриозу и онхоцеркозу.

Таково число людей, ежегодно заболевающих малярией. Боле 450 000 из них умирает, преимущественно дети.

Теперь о второй половине премии. Малярию никому представлять не надо, все читали о ней в приключенческих романах. Возбудитель её — малярийный плазмодий, одноклеточный паразит (не бактерия: клетки плазмодия имеют ядро). Жизненный цикл паразита своей сложностью наводит страх на студентов-медиков и биологов, однако нам достаточно знать, что переносит его малярийный комар, а знаменитые приступы лихорадки вызваны тем, что клетки плазмодия разрывают заражённые эритроциты крови и инфицируют новые. В тяжёлых случаях возможны поражение мозга и смерть.

Эта болезнь знакома человечеству с древности. Её лечили порошком из коры хинного дерева, потом чистым хинином — алкалоидом, полученным из этого сырья, затем похожим на него, но более безопасным синтетическим препаратом хлорохином. Однако в 60-е годы прошлого века появились плазмодии, устойчивые к хлорохину. Заболеваемость опять пошла вверх.

На столько снизилась смертность от малярии с 2000 по 2013 год. В Африке — на 54%.

Открытия лауреатов этого года принесли человечеству огромную пользу, выраженную в сухих цифрах документов ВОЗ. Но и фундаментальная наука XXI века может извлечь из них полезные уроки.

Не ничего, а кое-что

Премию по физике дали за доказательство, что самая бесплотная из элементарных частиц, нейтрино, имеет массу, претерпевает необычные превращения и не вписывается в Стандартную модель.

Уже вручались Нобелевские премии за нейтрино: в 2002-м за обнаружение космических нейтрино, в 1995-м за регистрацию нейтрино, и в 1988-м — за открытие мюонного нейтрино.

Сорок семь лет назад физики всерьёз задумались, не садятся ли у Солнца батарейки. Термоядерная реакция в его ядре по непонятным причинам замедлилась в два с лишним раза и, казалось, вот-вот остановится. На это намекали экспериментальные данные.

То, что солнце по-прежнему ярко светит в небе, никак этой гипотезе не противоречит. Хотя свет с его поверхности добирается до Земли за 8 минут, куда больше времени — по разным подсчётам, от 10 до 170 тысяч лет — требуется фотонам для того, чтобы из ядра звезды, где они родились, пробиться сквозь плотную горячую плазму к поверхности. Поэтому ещё многие тысячи лет с момента катастрофы можно, ни о чём не подозревая, загорать на пляжах и любоваться закатами.

Что может без задержки доставить плохие новости про наступающие тьму и холод, если даже свет для этой задачи недостаточно быстр? Нейтрино, особый тип элементарных частиц с невообразимой проницающей способностью. Они легко проходят сквозь бетонные стены и свинцовые блоки, и 750 тысяч километров горячей солнечной плазмы для них тоже не препятствие. Электронные нейтрино (всего их три сорта, есть ещё мюонные и тау-нейтрино) — побочный продукт термоядерного синтеза в ядре Солнца, который обеспечивает нас теплом и светом. Собственно, в эксперименте 47-летней давности в шахте Хоумстейк регистрировали именно эти частицы — и насчитали в 2,5 раза меньше, чем предсказывала теория.

Столько солнечных нейтрино проходит каждую секунду через каждый квадратный сантиметр поверхности нашего тела.

Каждый из лауреатов командовал большой группой физиков в своей подземной обсерватории (в Японии это Super-Kamiokande, в Канаде SNOLAB), в обоих случаях построенной за сотни миллионов долларов с единственной целью — изучать превращения нейтрино. Почему обсерватория должна быть подземной? Чтобы надёжно защититься от всех прочих частиц и полей, для которых толща горных пород — непреодолимая помеха.

Японские физики факт осцилляций доказали первыми — ещё в 1998 году. Но эксперимент Super-Kamiokande вообще не имел отношения к солнечным нейтрино. Учёных интересовали более экзотические мюонные, которые рождаются в атмосфере, когда её верхние слои бомбардируют космические лучи. Каджита предложил по отдельности считать частицы, прилетевшие с неба над лабораторией, и те, которым по пути к детектору пришлось прошить Землю насквозь. Гипотеза была в том, что вторые будут превращаться чаще первых: им лететь дольше, и у них на превращение больше времени.

Эксперимент подтвердил гипотезу: мюонные нейтрино, пролетевшие всю Землю насквозь, и вправду чаще прочих пропадали из виду, то есть в результате превращения в тау-нейтрино становились невидимыми для детектора. Этот результат был революционным, потому что как минимум ставил крест на Стандартной модели элементарных частиц, которая никаких таких превращений не допускает. Но он не решал вопроса о солнечных нейтрино, а только намекал, как с ними могут обстоять дела.

участвовали в эксперименте нейтринной обсерватории в Садберри. Сразу после звонка из Стокгольма Артур Макдональд заявил. что это премия принадлежит не только ему, но и множеству его коллег.

Туманный намёк стал научным фактом благодаря Артуру Макдональду и его команде. SNOLAB, нейтринная обсерватория в Садбери, спрятана на глубине в 2039 метров в действующей никелевой шахте в 400 километрах к северо-западу от Торонто (Канада). Самое главное здесь — это 1 000 тонн сверхчистой тяжёлой воды, залитой в 12-метровый шар с прозрачными стенками из оргстекла (в тяжёлой воде место обычного водорода занимает его более массивный изотоп — дейтерий). Эту жидкость ценой около 300 миллионов долларов взяли взаймы у канадского агентства атомной энергии.

Группа Макдональда придумала, как в одной и той же порции воды регистрировать ядерные реакции с участием нейтрино разных сортов. Один эксперимент проводили с чистой тяжёлой водой, потом в ней растворили тонну сверхчистой соли — и выяснили, что в сумме количество нейтрино то самое, которое предсказывает теория для Солнца.

Так что вечная мгла Земле пока не грозит. Зато физикам грозит переработка Стандартной модели, которая ещё недавно давала ответы на все вопросы. Будь она верна, бозон Хиггса стал бы последней по-настоящему элементарной частицей, и после его обнаружения на Большом адронном коллайдере в 2012 году физикам больше нечего было бы открывать.

Станислав Михеев, (работал в Институте ядерных исследований РАН (Россия), умер в 2011-м), Алексей Смирнов (Международный центр теоретической физики в Триесте, Италия) и Линкольн Вольфенштейн (Университет Карнеги-Меллон, США. Умер в 2015-м). В конце 70-х—начале 80-х они описали эффект осцилляции нейтрино в веществе.

Корректоры жизни

Нобелевская премия по химии присуждена Томасу Линдалю (Швеция, Великобритания), Азизу Санджару (Турция, США) и Полу Модричу (США) за открытие механизмов репарации ДНК в живой клетке.

С такой регулярностью возникают ошибки после репарации ошибочно спаренных нуклеотидов. Без репарации ошибок было бы в десятки тысяч раз больше.

Опечатки в ДНК бывают разные: иногда кусок нуклеотидного текста пропадает или дублируется, иногда перескакивает с места на место, а иногда выскакивает посторонний кусок из другого текста. Бывают мелкие опечатки, в одну-две буквы. А иногда буква оказывается повреждённой, так что даже самая совершенная программа распознавания в этом месте ошибётся, и ошибка пойдёт дальше, в следующие копии.

Ошибка может случиться в тот момент, когда ДНК-полимераза — фермент, который строит новую нить ДНК на матрице старой, — нечаянно вставит не тот нуклеотид, который положен по правилу комплементарности: например, против аденина (А) не тимин (Т), а цитозин (С).

Спрашивается, почему природа не позаботилась о том, чтобы сделать хранилище нашей наследственной информации более надёжным? Во-первых, позаботилась: ДНК гораздо более стабильна, чем РНК, которая, скорее всего, выполняла эту роль на заре эволюции. Во-вторых, абсолютно стабильных молекул не существует в принципе, самая прочная из них когда-нибудь да распадётся. Тем более если это органическая молекула в тёплом растворе, где есть ионы, свободные радикалы и прочие повреждающие агенты. В-третьих, абсолютная стабильность генома — не то, что нам нужно. Движущая сила эволюции — изменчивость, разнообразие особей. Девяносто девять опечаток в гене ухудшат жизнь своему носителю, а сотая, возможно, улучшит.

Однако для современного многоклеточного организма случайные изменения в ДНК отдельных клеток — причина рака и старения. Поэтому в клетке должны быть факторы, противодействующие изменчивости: любой инженер нам скажет, что, если нельзя сделать систему абсолютно надёжной, надо обеспечить возможность ремонта.

За открытие систем ДНК-репарации, то есть механизмов, которые ищут и устраняют ошибки в ДНК, и были присуждены Нобелевские премии по химии. Заметим, что лауреаты сделали открытие в 60–80-е годы ХХ века методами тогдашней молекулярной биологии. Отсутствие современных способов исследования ДНК и белков они компенсировали изяществом и остроумием экспериментов.

Таково число пар оснований в геноме человека. И это всего лишь одна копия в одной клетке.

В конце 60-х Томас Линдаль, работавший тогда в Каролинском институте (Стокгольм), решил проверить экспериментально, насколько нестабильна ДНК в физиологических условиях. Оказалось, очень нестабильна: в геноме одной клетки человека в течение дня могли бы возникать тысячи мутаций. Однако наши клетки не мутируют с такой скоростью. Значит, должны быть ферменты, которые чинят испорченную ДНК.

Например, азотистое основание цитозин довольно легко теряет аминогруппу. Получается урацил (U) — в ДНК такой буквы нет, но она есть в РНК. Там она заменяет тимин и спаривается, соответственно, с аденином, а не с гуанином, как исходный цитозин. В новой цепи, построенной на испорченной матрице, возникает опечатка.

Линдаль в начале 70-х выяснил, что ошибку предотвращает фермент урацил-ДНК-гликозилаза, — так был открыт самый первый фермент репарации. Он выкусывает из цепи испорченное основание, другие ферменты удаляют остатки нуклеотида и вставляют правильный. Впервые это было показано на бактериях, но подобные ферменты существуют и у млекопитающих.

Другой вид репарации открыл Азиз Санджар. Выходец из небогатой многодетной семьи, медик по образованию, он несколько лет проработал врачом в турецкой глубинке, но в 1973 году решил заняться биохимией. В лаборатории Стэнли Руперта (Техасский университет, США), где он писал диссертацию, исследовали примечательный факт из жизни бактерий: ультрафиолетовое излучение подавляет их рост, а подсветка обычным светом возвращает к норме. Повреждения, нанесённые ультрафиолетом, исправляет фермент фотолиаза. Как выяснилось позднее, он чинит ДНК, используя фотоны света как источник энергии. Санджар клонировал ген этого фермента из генома кишечной палочки и исследовал сам фермент. Защитив диссертацию, он продолжил изучение репарации в Йельском университете.

.

А вот ещё вопрос: если ДНК-полимераза, выстраивая новую нить, поставила не тот нуклеотид, который надо, но нормальный, без повреждений, то как клеточная машинерия узнаёт, в какой нити ошибка? Вроде бы после окончания синтеза обе нити в спирали ДНК одинаковы. Может ли клетка определить, какая из них материнская, какая дочерняя, и выверить новую нить по старой? Оказывается, может, и это показал третий лауреат — Пол Модрич (Университет Дьюка, США).

Будет ли когда-нибудь создано лекарство от старения, содержащее в качестве активного вещества идеальный репаративный комплекс? Пока что это фантастика, но противораковые лекарства, использующие наши знания об ошибках в ДНК, уже существуют. Если раковые клетки — это клетки с повреждённым механизмом репарации, можно повредить его ещё сильнее, и это убьёт рак. Именно так действует, например, олапариб. Это к вопросу о значении нобелевских открытий для человечества.