Нобелівські лауреати з медицини та фізіології. Вплив добових ритмів життя людини
Нобелівську премію з медицини та фізіології за 2017 рік присудили трьом американцям - Джеффрі Холлу, Майклу Розбашу та Майклу Янгу - за дослідження молекулярних механізмів, що відповідають за циркадні ритми, тобто біологічний годинник із добовим періодом. Трансляція велася на сайті Нобелівського Комітету.
У 1984 році Холл і Розбаш із Брандейського університету в Бостоні, а також Янг з Рокфеллерівського університету в Нью-Йорку працювали з плодовими мушками і виявили ген period, який задає хід біологічному годиннику. Згодом вчені з'ясували, що цей ген кодує білок PER, який накопичується в організмі за ніч і руйнується вдень. Так, дослідники дійшли висновку рівень білка осциллює в ході 24-годинного циклу.
Лауреати Нобелівської премії припустили, що PER пригнічує активність гена period, формуючи негативний зворотний зв'язок. У цьому механізмі бере участь другий ген - timeless, що кодує білок TIM. Останній зв'язується з PER, і комплекс, що утворився, впроваджується в ядро клітини, де блокує відповідну ДНК. За деградацію PER відповідає білок DBT, який кодується геном doubletime, виявленим Янгом.
«Циркадні або добові ритми проявляються практично у всіх організмів землі. Хоча відкриття, що удостоїлися Нобелівської премії, зроблені на дрозофілах, але механізми добової регуляції дуже давні, і вони реалізуються подібним чином у організмів, що сильно розрізняються - таких, як квіти, комахи і ссавці» - пояснив Forbes важливість відкриття, відзначеного Нобелівським комітетом, за -клітинної терапії Інституту регенеративної медицини МДУ, кандидат медичних наук Павло Макаревич Він додав, що таким чином дослідження Холла, Розбаша та Янга корисні і для вивчення циркадних ритмів людей: «В умовах нашої цивілізації, що постійно зростає, порушення добових ритмів знижує працездатність людей, які повинні працювати поза регулярною зміною дня і ночі, а їх помилки можуть призвести до фатальних наслідків. Це багато нових сфер діяльності людини: добові вахти, приполярні області і, головне, космос!»
Сумарні збитки американської економіки від наслідків розладу сну (включаючи відсутність на роботі, нещасні випадки на виробництві та зниження продуктивності) вже у 2001 році оцінювалися у $150 млрд. У дослідженні RAND щодо впливу недосипу на економіку США втрати оцінювалися від $226 до $411 млрд на 20 залежно від сценарію. Японія посіла друге місце з оцінкою збитків економіки $75-139 млрд, втрати Німеччини, Великобританії та Канади оцінювалися в десятки мільярдів. Щоправда варто відзначити, що недосип може бути викликаний як безсонням, так і фізичною неможливістю поспати належний час внаслідок щільного графіка справ.
Таким чином, дослідники розкрили секрет «внутрішнього годинника клітин» і показали, як цей механізм функціонує. Автономні «внутрішній годинник» необхідні для адаптації та підготовки нашого організму для різних фаз дня, вони контролюють сон, гормональний рівень, температуру та обмін речовин. Правильно працюючі ритми важливі для здоров'я людини, наголошували автори роботи. "Їхні відкриття пояснюють, як рослини, тварини та люди пристосовують свій біологічний ритм, щоб синхронізуватися з ритмами Землі", - уточнили в Нобелівській асамблеї. Сам Розбаш в інтерв'ю Медичному інституту Ховарда Хьюза у 2014 році говорив, що циркадна система зумовлює «сприйнятливість до хвороб, темпи зростання та розміри фруктів». «Вона торкається майже кожної частини організму людини», - зазначав учений.
«Після плідної роботи трьох лауреатів циркадна біологія перетворилася на велику область досліджень, що динамічно розвивається, що позначається на нашому здоров'ї та благополуччі», - пояснили представники Нобелівської премії. Нобелівський комітет тримає у суворому секреті лауреатів премії до оголошення. Так, під час прес-конференції, на якій було оголошено одержувачів нагороди, член Нобелівської асамблеї Каролінського інституту, який відповідає за присудження премії, заявив, що коли він повідомив Росбашу, що той отримав нагороду, вчений відповів: «Ви жартуєте з мене».
Церемонія нагородження лауреатів відбудеться 10 грудня - у день смерті шведського підприємця та винахідника Альфреда Нобеля. Чотири з п'яти заповіданих ним премій – у галузі фізіології чи медицини, фізики, хімії та літератури – вручать у Стокгольмі. Премія миру, згідно з волею її засновника, вручається цього ж дня, але в Осло. Сума кожної премії становитиме 9 млн шведських крон ($1 млн). Премію лауреатам вручить король Швеції Карл XVI Густав.
Нобелівську премію з фізіології та медицини за 2017 рік присуджено американським професорам Джеффрі Холлу, Майклу Росбашу та Майклу Янгу. Вони вивчали механізм, що регулює циркадні ритми організму, так звані клітинні годинники. Представляючи лауреатів, експерт Нобелівського комітету особливо наголосив, що сама ця проблема далеко не нова. Ще у XVIII столітті один французький вчений звернув увагу на деякі квіти, що розкриваються вранці та закриваються на ніч. Біолог поставив експеримент, помістивши квіти на цілу темряву на кілька днів. І вони поводилися так, ніби перебували у природних умовах. Аналогічна картина спостерігалася щодо інших рослин і тварин. Тоді вперше була висунута гіпотеза про внутрішній годинник живих організмів. У чому їхня суть?
Кожен з нас знає, що таке звичайний годинник, ми вимірюємо час за допомогою маятника. Але виявляється, майже все живе має свій внутрішній годинник, а замість маятника у нас "працює" зміна дня і ночі, які є наслідком повороту Землі навколо своєї осі, - сказав кореспонденту "РГ" професор Сколківського інституту науки і технологій, професор Ратгерського університету, завідувач лабораторій в Інституті молекулярної генетики РАН та Інститут біології гена РАН Костянтин Северинов. - З самого початку появи життя все живе мало адаптуватися до такої зміни. Включити цей маленький годинник у кожній клітині будь-якого організму. І жити за ними. Відповідно до їхніх "показань" змінювати свою фізіологію - бігати, спати, харчуватися і так далі.
Нинішні лауреати наприкінці 70-х вирішили заглянути всередину цього годинника і зрозуміти, як вони працюють. Для цього вони вивчали мух дрозофіл, відбирали комах із мутаціями, у яких цикли сну та неспання змінені. Скажімо, деякі взагалі спали зовсім безладно. Так вдалося виявити гени, які відповідають, щоб цикли були правильні та скоординовані.
А потім вчені розібралися в молекулярному підґрунті цього годинника, - каже Северинов. - Виявилось, виявлені гени так керують напрацюванням певних білків, що вночі вони накопичуються, а вдень розвалюються. По суті, таке коливання концентрації є своєрідним маятником у нашому організмі. І в залежності від цього в клітині відбувається активація різних генів, що в результаті і керує багатьма процесами.
Потім вчені з'ясували, що такий самий механізм працює не тільки у мух, а й у всього живого. Його вигадала природа, щоб в організмі рахувати час. Практичне значення цього відкриття очевидно, скажімо, безліч психічних розладів пов'язані з порушенням сну через збоїв у системі циркадних циклів.
Оцінюючи присудження цієї премії, низка фахівців вже заявляють, що це "спокійна премія", вона не стане вибухом у світовій науці хоча б тому, що зроблена кілька десятків років тому. Понад те, нагородження старих робіт стає тенденцією. У той же час Нобелівський комітет пройшов повз сенсаційну роботу з редагування геному, що стало бумом останніх років. "Не згоден з такою з думкою, - каже Северинов. - Редагування геному свою премію отримати встигне, причому це не зовсім відкриття, а скоріше генетична техніка. А клітинний годинник - це справжня, глибока фундаментальна наука, вона пояснює, як влаштований світ.
Слід зазначити, що прогноз компанії Thomson Reuters, яка займається передбаченням лауреатів з 2002 року і найчастіше порівняно з конкурентами вгадує лауреатів, цього разу помилилася. Вони ставили на американських вчених, які опікуються проблемами раку.
Церемонія нагородження лауреатів пройде за традицією 10 грудня в день смерті засновника Нобелівських премій - шведського підприємця та винахідника Альфреда Нобеля (1833-1896). Розмір Нобелівської премії у 2017 році становить дев'ять мільйонів шведських крон (мільйон доларів США).
Джеффрі Холл народився в 1945 році в Нью-Йорку, з 1974 р. працював у Брандейському університеті, Майкл Росбаш народився в Канзас-сіті, також працює в Брандейському університеті, Майкл Янг народився в 1945 році в Майамі, працює в Рокфеллерівському університеті в Нью-Йорку. Йорку.
Нобелівський комітет сьогодні визначився із лауреатами премії з фізіології та медицини 2017 року. Цього року премія знову вирушить до США: нагороду розділили Майкл Янг із Рокфеллерівського університету в Нью-Йорку, Майкл Росбаш з Університету Брендейса та Джеффрі Холл із Університету штату Мен. Згідно з рішенням Нобелівського комітету, ці дослідники нагороджені «за відкриття молекулярних механізмів, які контролюють циркадні ритми».
Потрібно сказати, що за всю 117-річну історію Нобелівської премії це, мабуть, перша премія за вивчення циклу «сон-неспання», як і взагалі за щось пов'язане зі сном. Не отримав премію знаменитий сомнолог Натаніель Клейтман, а Юджин Азерінський, який зробив найвидатніше відкриття в цій галузі, відкрив REM-сон (REM - rapid eye movement, фаза швидкого сну), взагалі отримав за своє досягнення лише ступінь PhD. Не дивно, що в численних прогнозах (про них ми у своїй замітці) звучали які завгодно прізвища та які завгодно теми досліджень, але не ті, що привернули увагу Нобелівського комітету.
За що премію дали?
Отже, що таке циркадні ритми і що відкрили лауреати, які, за словами секретаря Нобелівського комітету, зустріли звістку про нагороду словами «Are you kidding me?».
Джеффрі Холл, Майкл Росбаш, Майкл Янг
Circa diemз латинського перекладається як «навколо дня». Так уже склалося, що ми живемо на планеті Земля, де день змінюється вночі. І в ході пристосування до різних умов дня і ночі в організмів і з'явився внутрішній біологічний годинник - ритми біохімічної та фізіологічної активності організму. Показати, що у цих ритмів виключно внутрішня природа вдалося лише в 1980-х, відправивши на орбіту гриби Neurospora crassa. Тоді зрозуміли, що циркадні ритми не залежить від зовнішніх світлових чи інших геофізичних сигналів.
Генетичний механізм циркадних ритмів виявили в 1960–1970-х роках Сеймур Бензер і Рональд Конопка, які вивчали мутантні лінії дрозофіл з циркадними ритмами, що відрізняються: у мушок дикого типу коливання циркадного ритму мали період 24 години. 29 годин, а у третіх ритм взагалі був відсутній. Виявилося, що ритми регулюються геном PER - період. Наступний крок, який допоміг зрозуміти, як з'являються та підтримуються такі коливання циркадного ритму, зробили нинішні лауреати.
Часовий механізм, що саморегулюється.
Джеффрі Холл і Майкл Росбаш припустили, що геном, що кодується. періодбілок PER блокує роботу власного гена, і така петля зворотного зв'язку дозволяє білку запобігати власному синтезу та циклічно, безперервно регулювати свій рівень у клітинах.
Картинка показує послідовність подій за 24 години коливань. Коли ген активний, виробляється М-РНК PER. Вона виходить із ядра в цитоплазму, стаючи матрицею для білка PER. Білок PER накопичується в ядрі клітини, коли активність гена період заблокована. Це замикає петлю зворотний зв'язок.
Модель була дуже привабливою, але для повної картини не вистачало кількох деталей пазла. Щоб заблокувати активність гена, білку потрібно пробратися до ядра клітини, де зберігається генетичний матеріал. Джеффрі Холл та Майкл Росбаш показали, що білок PER накопичується в ядрі за ніч, але не розуміли, як йому вдається потрапляти туди. У 1994 році Майкл Янг відкрив другий ген циркадного ритму, timeless(Англ. «Нечасний»). Він кодує білок TIM, який потрібен для нормальної роботи наших внутрішніх годинників. У своєму витонченому експерименті Янг продемонстрував, що тільки зв'язавшись один з одним, TIM і PER в парі можуть проникнути в ядро клітини, де вони і блокують ген період.
Спрощена ілюстрація молекулярних компонентів циркадних ритмів
Такий механізм зворотного зв'язку пояснив причину появи коливань, але було незрозуміло, що контролює їх частоту. Майкл Янг знайшов інший ген, doubletime. У ньому записаний білок DBT, який може затримати накопичення білка PER. Так і відбувається налагодження коливань, щоб вони збігалися з добовим циклом. Ці відкриття зробили переворот у нашому розумінні ключових механізмів біологічного годинника людини. Протягом наступних років було знайдено й інші білки, які впливають на цей механізм та підтримують його стабільну роботу.
Наприклад, цьогорічні лауреати виявили додаткові білки, які змушують ген періодпрацювати, і білки, за допомогою яких світло синхронізує біологічний годинник (або при різкій зміні часових поясів викликає джетлаг).
Про премію
Нагадаємо, що Нобелівська премія з фізіології та медицини (варто зауважити, що в оригінальній назві на місці «і» звучить прийменник «або») – одна з п'яти премій, визначених заповітом Альфреда Нобеля 1895 року і, якщо слідувати букві документа, має щорічно вручатися «за відкриття або винахід у галузі фізіології та медицини», зроблений у попередній рік і який приніс максимальну користь людству. Втім, «принцип минулого року» не дотримувався, здається, майже ніколи.
Зараз премія з фізіології та медицини традиційно присуджується на початку нобелівського тижня, в перший понеділок жовтня. Вперше її вручили 1901 року за створення сироваткової терапії дифтерії. Усього за всю історію премія була вручена 108 разів, у дев'яти випадках: у 1915, 1916, 1917, 1918, 1921, 1925, 1940, 1941 та 1942 роках – премія не присуджувалася.
За 1901–2017 роки премію присуджено 214 ученим, дюжина з яких – жінки. Поки що не було нагоди, щоб хтось отримав премію з медицини двічі, хоча випадки, коли номінували вже чинного лауреата, були (наприклад, наш ). Якщо не враховувати премію 2017 року, то середній вік лауреата становив 58 років. Наймолодшим нобеліатом у галузі фізіології та медицини став лауреат 1923 року Фредерік Бантінг (премія за відкриття інсуліну, вік – 32 роки), найстаршим – лауреат 1966 року Пейтон Роус (премія за відкриття онкогенних вірусів), вік – 8 років.
Нобелівська премія з фізіології та медицини- найвища нагорода за наукові досягнення у галузі фізіології та медицини, щорічно присуджується Нобелівським комітетом у Стокгольмі. Лауреатам премії вручається золота медаль із зображенням Альфреда Нобеля та відповідного напису, диплом та чек на… Енциклопедія ньюсмейкерів
Нобелівська премія з фізіології чи медицини найвища нагорода за наукові досягнення у галузі фізіології та медицини, щорічно присуджується Нобелівським комітетом у Стокгольмі. Зміст 1 Вимоги до кандидатів, що висувають … Вікіпедія
Нобелівська премія: історія установи та номінації- Нобелівські премії – найбільш престижні міжнародні премії, які щороку присуджуються за видатні наукові дослідження, революційні винаходи або великий внесок у культуру чи розвиток суспільства і названі на честь їх засновника, шведського… Енциклопедія ньюсмейкерів
Нобелівська премія з фізіології та медицини вища нагорода за наукові досягнення у галузі фізіології та медицини, щорічно присуджується Нобелівським комітетом у Стокгольмі. Зміст 1 Вимоги до кандидатів 2 Список лауреатів … Вікіпедія
І медицині найвища нагорода за наукові досягнення у галузі фізіології та медицини, яка щороку присуджується Нобелівським комітетом у Стокгольмі. Зміст 1 Вимоги до кандидатів 2 Список лауреатів … Вікіпедія
НОБЕЛІВСЬКА ПРЕМІЯ Юридична енциклопедія
Медаль, що вручається лауреату Нобелівської премії Нобелівська премія (швед. Nobelpriset, англ. Nobel Prize … Вікіпедія
Вільгельм Рентген (1845 1923), перший лауреат Нобелівської пр… Вікіпедія
Міжнародна премія, названа на ім'я її засновника шведського інженера хіміка А. Б. Нобеля. Присуджуються щорічно (з 1901 р.) за видатні роботи у галузі фізики, хімії, медицини та фізіології, економіки (з 1969 р.), за літературні… Енциклопедичний словник економіки та права
За 106 років Нобелівська премія зазнала лише однієї нововведення- Церемонія вручення Нобелівських премій, заснованих Альфредом Нобелем, та Нобелівської премії миру проходить щороку в день смерті А. Нобеля, у Стокгольмі (Швеція) та Осло (Норвегія). 10 грудня 1901 року відбулася перша церемонія вручення. Енциклопедія ньюсмейкерів
Книги
- Комп'ютерна томографія. Основи, техніка, якість зображень та галузі клінічного використання , В. Календер. 344 стор. Комп'ютерна томографія (КТ), за створення якої у 1979 році Г. Хаунсфілду та А. Кормаку було присуджено Нобелівську премію з медицини, стала одним з найважливіших методів діагностики.
- Теломераза. Як зберегти молодість, зміцнити здоров'я та збільшити тривалість життя, Майкл Фоссел. Як зберегти молодість, зупинити старіння, зміцнити здоров'я та збільшити тривалість життя? Наука стоїть на порозі революції: дослідження теломер (кінцеві ділянки хромосом) та… електронна книга
