Медузы, черви и светящийся мозг

Роджер Цьен сумел превратить мозг мыши в настоящий белковый светящийся калейдоскоп.
Фото Reuters

В среду присуждением Нобелевской премии по химии за 2008 год закончилась «научная» часть нобелевской недели. Награду в этой номинации разделили между собой поровну три исследователя из США – профессор Морской биологической лаборатории Осаму Шимомура (1928 г.р.), профессор биологии Мартин Чалфи (1947 г.р.) из Колумбийского университета и профессор Калифорнийского университета Роджер Цьен (1952 г.р.). Эту награду ученые получили «за открытие и разработку зеленого флуоресцирующего белка GFP».

Когда еще в самом начале 60-х в то время еще японский ученый Осаму Шимомура начал исследования биолюминесцентной медузы Aequorea victoria, обитающей на западном побережье Северной Америки, он и заподозрить не мог, к какой научной революции это приведет через 30 лет. А в 1961 году ему удалось выделить белок, который он назвал акворином. Акворин при дневном свете излучал слабый зеленоватый свет, при электрическом – желтоватый, начинал ярко флуоресцировать зеленым светом при облучении ультрафиолетом. Это был первый GFP.

Все это было очень интересно, но не более того, пока в начале 90-х Мартин Чалфи не придумал этому кунштюку потрясающее применение. Чалфи занимался тогда исследованием круглого червя Caenorhabditis elegans – одного из самых популярных объектов для биологических экспериментов. Услышав на одном из семинаров о работе Шимомуры, он решил использовать светящийся белок как маркер при изучении этого червя. Грубо говоря, он соединял определенные гены червя с геном GFP, и белок, получаемый по инструкциям, записанным в этом новом гене, начинал флуоресцировать.

В живом организме есть десятки тысяч самых разных видов белков, которые управляют множеством химических процессов. Если производство какого-нибудь белка засбоит, это приведет к болезни. Появление GFP-маркеров позволило ученым увидеть то, что раньше было невидимым, например, как растут нервные клетки в мозгу или как размножаются клетки раковой опухоли. Методике, основанной на светящихся белках, всего-то 14 лет, если отсчитывать срок от появления в журнале Science статьи Чалфи с коллегами о том, как ему удалось заставить своего червя светиться. Но сегодня – это метод, имеющий в сравнительной биологии потрясающе широкое распространение.

Чуть позже свой вклад в метод внес и Роджер Цьен. Он научился делать GFP, которые светились не только зеленым цветом, но и другими цветами радуги. Это позволило исследователям придавать различным белкам различные цвета, дало возможность одновременно наблюдать за различными биологическими процессами. Так, одной исследовательской группе удалось превратить мозг мыши в настоящий белковый светящийся калейдоскоп.

Единственный цвет, который не поддавался Цьену, был красный. Всеми остальными цветами радуги он уже умел насыщать свои GFP. Впоследствии этот маленький пробел восполнили наши соотечественники – российские ученые Михаил Матц и Сергей Лукьянов: в светящихся кораллах они нашли еще шесть разновидностей GFP, один из которых оказался красным.

Любопытно, что, когда Шимомура начинал в 50-х годах свои эксперименты с биолюминесценцией, главной его целью было понять механизм свечения. Сегодня это свечение широко используется, оно даже удостоено Нобелевской премии, а механизм этого свечения так и остается непонятым.

И еще одно любопытно. Работа, за которую в этом году дали химического нобеля, оказалась угаданной. В списке возможных кандидатов она занимала одно из первых мест. Правда, в прогнозах список лауреатов исчерпывался лишь одной фамилией – Цьена. Шимомура и Чалфи из него почему-то выпали.

Нобелевская премия по химии этого года стала юбилейной – это сотая премия. Хотя она и вручается с 1901 года, не каждый год ее выдавали. Например, премия не вручалась в 1916, 1917, 1919, 1924, 1933 годы, а также с 1940 по 1942 год включительно.

Для нас это не очень плодоносная премия. Единственным советским лауреатом Нобелевской премии в области химии стал в 50-е годы Николай Семенов – один из основоположников химической физики. В 1956 году совместно с британцем Сирилом Хиншелвудом он стал обладателем награды, которая была вручена исследователям за разработку механизма цепных химических реакций.