Нобелевскую премию по медицине и физиологии в этом году вручили за открытие механизма адаптации клеток к объему доступного кислорода. Мы уже размещали материал, посвященный этой работе. Теперь же предлагаем вспомнить, какие еще исследования в этой области, удостаивались Нобелевской премии в прошлые годы. Тем более, что таких примеров несколько.
Первым лауреатом, отмеченным за изучение химических процессов, протекающих в организме на клеточном уровне, стал немецкий биохимик и физиолог Альбрехт Коссель. Премию ему вручили более ста лет назад, в 1910 году, а основную часть исследований, отмеченных ею он провел еще раньше, в конце позапрошлого века. В 1879 году он выделил нуклеин из крахмала. Затем, вместе со своими студентами определил, что нуклеиновые кислоты состоят из так называемых пиримидиновых азотсодержащих оснований, к которым относятся тимин, цитозин и урацил. За последующие несколько лет химики открыли большую часть основных компонентов нуклеиновых кислот.
Но Косселю мало было простого перечня, он стремился связать химическое строение какого-либо вещества клетки с его биологической активностью. Изучая физиологические свойства нуклеина, он пришел к выводу, что это вещество играет определенную роль в росте тканей, а не является источником энергии для мышечных клеток. В то время роль нуклеиновых кислот в кодировании и передаче генетической информации еще была неизвестна, и ученый не мог предполагать, какое значение будут иметь его работы для генетики в будущем.
В 1922 году другой немецкий биохимик и врач, Отто Мейергоф получил Нобелевскую премию за открытие тесной взаимосвязи между процессом поглощения кислорода и метаболизмом молочной кислоты в мышце.
Биография этого лауреата изобилует неожиданными поворотами. Начать с того, что он успел поучиться в четырех университетах - в Фрайбурге, Гейдельберге, Берлине и Страсбурге. Правда, получилось это не совсем по его «вине», особенностью германской университетской системы того времени было то, что часто в стенах одного вуза не было возможности прослушать полный спектр лекций для достойного овладения выбранной специальностью. И многим студентам приходилось посещать, как минимум, два университета.
В 1909 году Отто заканчивает, наконец, учебу и получает диплом… психиатра. А его дипломная работа касается исключительно «умственных расстройств». Но в том же году он устроился работать ассистентом в отделение внутренних болезней клиники Гейдельберга, где познакомился с молодым биохимиком Отто Варбургом. И в результате, Мейергоф бросает психологию и погружается в мир процессов, протекающих внутри клеток.
Если конкретнее – он изучает метаболизм углеводов. На тот момент наука знала только, что клетки накапливают углеводы в виде гликогена. А потом могут расщеплять его, как с участием кислорода, так и без. В общем-то, на этом известные факты заканчивались.
Мейергоф стал изучать, как соотносятся между собой механическая работа, выполняемая миоцитами — клетками мышечной ткани клетками мышц и клеточный метаболизм. Из-за Первой мировой войны исследования прервались на несколько лет, которые будущий нобелевский лауреат провел в качестве военврача германской армии. Очередной поворот в биографии закончился благополучно, и в 1917 году он возвращается в Кильский университет (где преподавал в предвоенные годы) и продолжает свою работу.
Ставя опыты на лягушках, Мейергоф показал, что при анаэробном (без участия кислорода) гликолизе образуется молочная кислота, но при наличии кислорода лишь пятая часть лактата полностью окисляется до воды и углекислого газа. Напрашивался вывод: клетка использует полученную энергию для того, чтобы «собрать» из лактата новые молекулы глюкозы. Такой вот замкнутый энергетический цикл.
Так был получен главный фрагмент того, что сейчас называется «метаболическим циклом Эмбдена – Мейергофа – Парнаса», одного из ключевых метаболических энергетических путей в нашем организме.
Кстати, в своей Нобелевской речи, Отто Мейергоф сказал очень правильные слова:
«Истинная жизнь ученого состоит не из выдвижений и наград, они являются лишь конечным, а вернее, побочным ее продуктом. Она заключается в революционной мысли, новых теориях, фундаментальных открытиях, которые рождаются в предназначенном для этих целей разуме, как и произведение искусства, в результате творческого акта».
Продолжая эту мысль, можно отметить, что такое отношение к своему труду часто и становится основанием для международного признания, престижных званий и премий.
Ну а человек, подтолкнувший Мейргофа променять психологию на биохимию, Отто Варбург через десятилетие и сам стал Нобелевским лауреатом (вы уже чувствуете, какой вклад внесли немецкие ученые в изучение процессов, протекающих в клетках организма, в конце XIX и в первой трети XX веков).
Можно сказать, что именно Отто Варбург первым обнаружил связь между кислородом и развитием онкологических заболеваний. Правда, Нобеля он получил не совсем за это. Но обо всем по порядку.
В отличие от тезки, его научная карьера была во многом предопределена – Отто родился в семье известного немецкого физика (и по совместительству – успешного еврейского банкира) Эмиля Варбурга. Однажды Варбург-старший сам чуть не стал лауреатом Нобелевской премии. Не сложилось, зато он оставил свой след в истории премии, как успешный лоббист: своим правом предлагать ученого на премию Эмиль воспользовался тридцать раз, и часто – успешно, так что рука у него была «легкая».
Варбург-сын не просто получил отличное по тем временам образование, но и, проведя детство, среди «нобелевской тусовки» не боялся ставить себе глобальные цели. Если конкретнее – он решил найти лекарство от рака.
И очень скоро его научные интересы сосредоточились на процессах, протекающих на клеточном уровне. В 1913 году Варбург в клетках печени морской свинки выделил субклеточные частицы и назвал их гранулами, впервые связав их с клеточным дыханием. Сегодня они известны как митохондрии, и Варбург был не первый, кто сумел их открыть, но он первым (пусть и частично) понял, для чего они вообще нужны клеткам.
Вскоре он, как и его приятель, сменил стены лаборатории на поля сражений. Правда, служил кавалеристом, а не врачом, ходил в атаки, был ранен. А впоследствии, уверял, что именно в эти годы его жизнь была самой насыщенной и «настоящей».
После войны он возвращается к попыткам разгадать секрет рака, теперь сосредоточившись на клеточном дыхании. Целью Варбурга было найти биохимические триггеры, которые превращают нормальные клетки в раковые, с неконтролируемым ростом. Экспериментируя с тканевыми срезами, он измерял, сколько потребляют кислорода нормальные и опухолевые ткани. Само количество оказалось одинаковым, однако раковые клетки в присутствии кислорода выделяли гораздо больше молочной кислоты.
Из этого Варбург сделал вывод: раковые клетки используют анаэробный путь метаболизма глюкозы, а значит, сама опухоль образуется из-за недостатка кислорода в клетках. Отсюда он вывел и главные «факторы риска» - пестициды и цианид, которые ингибируют нормальное аэробное дыхание клетки.
Что интересно, гипотеза Варбурга дожила до конца прошлого века, пока исследования не показали, что раковые клетки могут иметь любой тип энергообеспечения, в том числе и свойственный нормальным клеткам. А найденный им эффект является не причиной, а следствием образования раковых клеток. Но это было установлено семьдесят лет спустя, а тогда (в 1926 году) Варбурга в первый раз номинировали на Нобелевскую премию. Но получил ее датский микробиолог Йоханнес Фибигер, который выдвинул «паразитическую» теорию канцерогенеза (также опровергнутую позже).
И до сих пор, в среде сторонников, так скажем, нетрадиционных медицинских практик, популярна цитата, приписываемая Варбургу: «Никакая болезнь, включая рак, не может существовать в щелочной среде». Проблема в том, что первоисточник так ни разу и не был предъявлен. И вряд ли ученый на самом деле сделал такое обобщение, в стиле газетных передовиц.
Тем более, что у него и без того было, что предъявить научному сообществу и миру. В конце 1920-х годов Варбург открыл дыхательный фермент цитохромоксидазу, которая катализирует окислительно-восстановительные реакции на поверхности тех самых гранул, митохондрий. Это стало первой идентификацией активной группы фермента, за что он и получил свою «нобелевку».
После Мейергофа и Варбурга исследования роли кислорода в жизни клеток продолжались, но каких-то глобальных результатов, отмеченных Нобелевской премией долго не было. И вот премией 2019 года отмечено открытие механизма адаптации клеток к объему доступного кислорода. И, что самое интересное, оно довольно близко к работам Варбурга, касающимся поисков источников рака. И снова эксперты, комментируя результат, говорят о «пути к новым перспективным стратегиям борьбы с анемией, раком и многими другими заболеваниями». Ждут ли нас действительно прорывы в области медицины или все обернется новой «гипотезой Варбурга», покажет время.
Сергей Исаев
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии