Нобелевскую премию по химии вновь дали за достижения в области биологии

Сегодня в Стокгольме Шведская королевская академия наук назвала имена лауреатов Нобелевской премии по химии. Ими стали две женщины — биолог Эммануэль Шарпентье (Emmanuelle Charpentier) и биохимик Дженнифер Дудна (Jennifer A. Doudna). Официальная формулировка Нобелевского комитета «за разработку методов редактирования генома».

Эммануэль Шарпентье и Дженнифер Дудна внесли решающий вклад в разработку одного из важнейших инструментов современных генных технологий, биологии и медицины — молекулярные ножницы CRISPR/Cas9. Используя их, исследователи могут с чрезвычайно высокой точностью редактировать ДНК животных, растений и микроорганизмов. Эта технология оказала революционное влияние на науки о жизни и создание новых методов лечения рака, а в ближайшей перспективе также может воплотить в мечту всех врачей и пациентов об излечении от наследственных заболеваний.

Исследователям в области биологии и медицины часто необходимо модифицировать гены в клетках, если они хотят узнать о различных механизмах работы живых клеток и организмов в целом. До начала 2010-х годов это была трудоемкая, затратная по времени, а часто и вовсе невозможная работа. Используя молекулярные ножницы CRISPR/Cas9, теперь можно изменить код жизни всего за несколько недель.

Как это часто бывает в науке, открытие этих генетических ножниц произошло неожиданно и практически случайно. Во время своих исследований грамположительных бактерий из рода стрептококков Streptococcus pyogenes, вызывающих множество заболеваний у людей, например, скарлатину, Эммануэль Шарпентье обнаружила ранее неизвестную молекулу — tracrRNA. В дальнейшем её исследования показали, что tracrRNA является частью древней иммунной системы бактерий, CRISPR/Cas, которая обезвреживает вирусы, расщепляя их ДНК.

Шарпентье опубликовала свое открытие в 2011 году. В том же году она инициировала сотрудничество с опытным биохимиком Дженнифер Дудной, обладающей обширными знаниями в области молекул РНК. Вместе им удалось воссоздать молекулярные ножницы из иммунной системы бактерий в пробирке и упростить их отдельные компоненты так, чтобы они стали просты в использовании в рамках лабораторных экспериментов.

В своём эпохальном эксперименте они перепрограммировали генетические ножницы так, что теперь они могли не только распознавать ДНК вирусов, но могли обнаружить и разрезать любую молекулу ДНК на заранее определенном участке. Теперь у всех учёных мира появился инструмент, которым можно было легко переписать заложенный природой код жизни.

С тех пор как Шарпентье и Дудна создали молекулярные ножницы CRISPR/Cas9 в 2012 году, их использование в биологических и медицинских исследованиях распространялось как лесной пожар. Новый инструмент способствовал как многим многим важнейшим фундаментальным открытиям, так и прикладным разработкам. С помощью генной инженерии растений учёные создали сельскохозяйственные культуры, устойчивые к болезням, паразитам, грибам, вредителям и засухам. В медицине проводятся клинические испытания новых методов лечения рака, а в обозримой перспективе — борьба с генетическими заболеваниями и ВИЧ. Активно применяют CRISPR/Cas9 и гаражные биологи-биохакеры.

Согласно прогнозу компании Clarivate Analytics, которой принадлежит одна из крупнейших научных информационных систем Web of Science, в этом году Нобелевскую премию по химии могли бы получить Кристофер Мюррей из Университета Пенсильвании за по опыты по повышению проводимости нанокристаллов или же Хён Тэ Хван из Национального университета Сеула за изобретение нового метода производства нанокристаллов переходных металлов, имеющих большое значение для медицины (их используют, например, в качестве контрастного вещества при МРТ). А также Маунги Бавенди из Массачусетского технологического института за исследования квантовых точек — фрагментов проводника или полупроводника, носителей заряда (электронов или дырок), которые настолько ограничены в пространстве по трём измерениям, что для них становятся существенными квантовые эффекты. Квантовые точки сейчас активно используются для производства дисплеев телевизоров и мониторов, применяются в датчиках и в медицине.

Другие возможные кандидаты — первооткрыватели реакции Бухвальда-Хартвига — Стивен Бухвальд из Массачусетского технологического института и Джон Хартвиг из Калифорнийского университета. Они научили весь мир эффективно связывать атомы азота и углерода, что крайне важно для синтеза природных алкалоидов в лабораториях и на химических производствах. Кроме того, шансы на премию, по мнению Clarivate Analytics, были и у специалиста по супрамолекулярной химии комплексных соединений Макото Фудзита из Токийского университета, создающего молекулярные контейнеры для транспортировки других веществ.

Впрочем, Clarivate Analytics вновь не удалось угадать лауреатов — теперь и Нобелевской премии по химии. До этого они уже дали ошибочные прогнозы как в области физиологии или медицины, так и физики. Хотя аналитики компании опирались на более чем 50 млн научных статей, опубликованных с 1970 года, а также на 28 000 наиболее цитируемых статей (от 1000 и более цитирований). Этот факт в очередной раз показывает, что наукометрические критерии оценки научного творчества не могут в полной мере охватить и описать такой сложный институт, как международная наука.

Нобелевская премия по химии — высшая награда за научные достижения в области химии и смежных наук (материаловедения, биохимии и биологии, фармакологии, физической химии, нанотехнологий и т.д.) — ежегодно присуждается Шведской королевской академией наук в Стокгольме. Она была учреждена в соответствии с завещанием, написанным в 1895 году шведским химиком Альфредом Нобелем. Каждый лауреат получает медаль, диплом и денежное вознаграждение (его сумма каждый год меняется). Медали и денежные призы лауреатам традиционно вручат на ежегодной церемонии в Стокгольме 10 декабря — в годовщину смерти Нобеля.

Первую Нобелевскую премию по химии вручили в 1901 году Якобу Хендрику Вант-Гоффу из Нидерландов «в знак признания огромной важности открытия законов химической динамики и осмотического давления в растворах».

В прошлом, 2019-м, году Нобелевскую премию по химии присудили Джону Гуденафу (John Goodenough) из Университета Техаса в Остине, Стэнли Виттингхэму (Stanley Whittingham) из Университета Бингемтона (США) и Акире Ёсино (Akira Yoshino) сотруднику корпорации Asahi Kasei и Университета Мейдзё за разработку литий-ионных аккумуляторов, ставших переворотом в портативных источниках питания и центральным звеном современного технологического развития.
IQ