Юный техник, 2010 № 02

Впервые в истории лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине стали сразу две женщины — Элизабет Блэкберн, которая родилась в Австралии в 1948 году, и 48-летняя Кэрол Грейдер из Балтимора. Компанию им составил 57-летний Джек Шостак; он родился в Лондоне, работает в Гарварде. Все трое награждены «За открытие механизма защиты хромосом тело мерами и ферментом теломеразой».

Нобелевский комитет подчеркнул, что научные разработки, удостоенные премии, имеют большое значение как для понимания процесса старения организма, так и для создания новых лекарств, способных остановить рост и развитие раковых опухолей.

Хромосома — часть ядра клетки, состоящая из цепочки генов и других структур. Главная ее особенность — способность к самовоспроизводству: она периодически делится и копирует сама себя. Именно это ее свойство, по сути, является залогом жизни.

Но хромосомы все время подстерегает опасность, исходящая от теломер — участков, расположенных на концах хромосом. Дело в том, что всякий раз при делении теломеры укорачиваются. И может дойти до того, что вскоре начнет укорачиваться и сама хромосома, что приведет к потере важных генов. Однако в организме есть особый фермент — теломераза, — который при каждом копировании восстанавливает теломеры почти полностью, сохраняя тем самым всю хромосому почти неизменной на протяжении многих десятков лет. Как это может выглядеть, наглядно пояснила Кэрол Грейдер, которая обнаружила теломеразу в 1984 году. Она сравнила хромосому со шнурком для ботинок, а теломеры — с наконечниками этого шнурка. Пока наконечники целы, сам шнурок не лохматится, не укорачивается…

Элизабет Блэкберн и Кэрол Грейдер у бюста Пауля Эрлиха.

Джек Шостак принимает поздравления.

Изучением теломер, их ролью в процессе старения клеток и соответственно всего организма биологи активно занимаются еще с середины прошлого века. Список ученых, занимавшихся этими работами, очень велик. Однако вначале по праву следовало бы назвать российского ученого, биохимика-теоретика, кандидата биологических наук Алексея Оловникова, который теоретически предсказал все, что потом подтвердили лауреаты нынешней премии.

Теломеры были обнаружены в 50-х годах прошлого века. Однако лишь спустя 30 лет Элизабет Блэкберн и ее аспирантка Кэрол Грейдер в сотрудничестве с Джеком Шостаком доказали, что строение теломеры одинаково для всех живых существ, от амебы до человека.

Вышло это так. Изучая наследственный материал пресноводной инфузории, Элизабет Блэкберн обнаружила на концах хромосом одну и ту же последовательность из шести нуклеотидных оснований. Но для чего она нужна, понять не смогла. Помог случай.

В 1980 году на одной из научных конференций Блэкберн познакомилась с Шостаком, который проводил эксперименты с линейными молекулами ДНК — своего рода мини-хромосомами, — и обнаружил, что они быстро деградируют, если их пересадить в клетки дрожжей. Ознакомившись с работами друг друга, коллеги договорились провести серию совместных опытов.

Последовательность из шести нуклеотидных оснований была присоединена к мини-хромосомам, которые тут же увеличили продолжительность своей жизни. Так стало очевидным, что нуклеотидные основания, впоследствии названные теломерами, и служат своего рода защитниками хромосом. Причем исследователи поняли, что эти механизмы носят универсальный характер, когда обнаружили, что теломеры, взятые у ресничной инфузории, прекрасно работают в дрожжевых бактериях.

Аспирантка Кэрол Грейдер в 1974 году обнаружила и фермент, который контролировал синтез теломер. Он получил название «теломераза». При каждом делении клетки теломеры все же слегка укорачиваются. Этот феномен принято называть концевой недорепликацией, и механизм этого явления до конца не понятен. Пока известно лишь, что, как только теломера укорачивается до предела, дальнейшее деление самой клетки становится невозможным, и она погибает. Поэтому длина теломер может служить индикатором возраста организма.

Впрочем, иногда в организме возникают и бессмертные клетки, копирование которых идет с завидной четкостью. К сожалению, это раковые клетки, которые заставляют организм перерождаться и тем самым тоже приводят его к гибели.