Спадщина неандертальців та проста, як клік, хімія: що потрібно знати про Нобелівську премію з фізіології, медицини та хімії 2022 Edition

Розгадка таємниці ДНК вимерлих людей

Нобелівську премію з фізіології та медицини цьогоріч здобув Сванте Паабо (Svante Pääbo), біолог, фахівець з еволюційної генетики, директор департаменту генетики в Інституті еволюційної антропології Макса Планка (Німеччина), один з осново­положників палеогенетики — дисципліни, що займається вивченням минулого шляхом дослідження збереженого генетичного матеріалу з останків стародавніх організмів. Нобелівської премії вчений удостоєний за «відкриття щодо геномів вимерлих гомінінів та еволюції людини».

Сам Паабо стверджує, що його веде цікавість: звідки ми походимо, які важливі події в нашій історії зробили нас тими, ким ми є. Він порівнює свою роботу з археологією. Тільки свої «розкопки» він здійснює в геномі людини.

Свій шлях науковця вчений розпочав зі спроб отримання генетичного матеріалу мумій. Але його перші дослідження не принесли результатів. Справа в тому, що з часом стародавня ДНК деградує й зреш­тою залишаються лише її сліди. Вона також забруднюється ДНК бактерій. Окрім того, дослідники можуть легко забруднити її власним генетичним матеріалом.

С. Паабо витратив десятиліття на вдосконалення методів отримання та аналізу стародавньої ДНК. Він розробив низку методів та настанов для відновлення та інтерпретації автентичної ДНК й мінімізації ризику забруднення із сучасних джерел (особ­ливо від сучасних людей).

У 1997 р. С. Паабо вдалося секвенувати ділянку мітохонд­ріальної ДНК неандертальця. А у 2006 р. він розпочав спроби секвенувати ядерну ДНК Homo neanderthalensis. Для цього вчений спроєктував так звані чисті кімнати, призначені для роботи зі стародавньою ДНК, які б захистили зразки древньої ДНК від забруднення стороннім генетичним матеріалом. Тоді це здавалося майже неможливим, але після декількох років кропіткої роботи його команді вдалося повністю визначити молекулярну послідовність ДНК неандертальця. Результати розшифровки опубліковані у 2010 р. в журналі «Science». Порівняльний аналіз показав, що останній спільний предок неандертальців і Homo sapiens жив близько 800 тис. років тому.

С. Паабо та його співробітники могли вивчати взаємозв’язки між неандертальцями та сучасними людьми з різних частин світу. Порівняльний аналіз свідчить, що послідовності ДНК неандертальців були більше схожі на послідовності сучасних людей з Європи або Азії, ніж на сучасних людей з Африки. Це означає, що Homo neanderthalensis та Homo sapiens схрещувалися протягом тисячоліть співіснування, коли останні мігрували з Африки в Європу та Азію. Дослідження показують, що близько 2% ДНК у сучасних людей європейського та азіатського походження складаються із генів неандертальського походження.

Виявилося, що у той час принаймні ще один вимерлий нині вид населяв Євразію. У 2008 р. команда С. Паабо отримала уламок кістки пальця, знайдений в Денисівській печері (Сибір). Аналіз ДНК цієї кістки показав, що вона належить невідомій давній популяції людей, яка отримала назву Homo denisovensis (денисівці, Денисівська людина, людина з Денисівської печери). Їх геном теж залишив свій слід у деяких сучасних людей. Так, в генах сучасного населення багатьох тихоокеанських островів та деяких інших регіонів світу виявлено до 6% генів денисівців.

Відкриття С. Паабо про те, що в ДНК деяких сучасних людей містяться гени неандертальців і денисівців, породило чимало гіпотез про те, як ці успадковані гени впливають на фізіологію сучасної людини. Наприклад, певні гени, успадковані від неандертальських предків, можуть впливати на те, як імунна система реагує на інфекції, включаючи COVID-19. Так, під час пандемії коронавірусу вчені виявили, що високий ризик тяжкого перебігу хвороби може бути пов’язаний із генетичним спадком неандертальців. Водночас, ген EPAS1, ідентичний гену, виявленому при дослідженні ДНК останків денисівців, дає перевагу для виживання на значній висоті та поширений серед сучасних мешканців Тибету. Порівнюючи геноми неандертальців і денисівців з геномами сучасних людей, С. Паабо та його колеги змогли виділити генетичні мутації, які не є спільними. Значна частина з них пов’язана з тим, як розвивається мозок. Ці відкриття створюють основу для дослідження того, що робить наш вид унікальним.

Не ускладнюйте: з’єднуйте молекули, як конструктор

Цього року Нобелівську премію з хімії розділили троє вчених: Каролін Р. Бертоцці, Стенфордський університет (Stanford University), США, Мортен Мелдал, Копенгагенський університет (Københavns Universitet), Данія, та К. Баррі Шарплесс, Scripps Research, США. Свою відзнаку вони отримали за «розробку методів клік-хімії та біоортогональної хімії». Б. Шарплесс і М. Мелдал заклали основи клік-хімії, а К. Бертоцці перевела її в новий вимір і почала використовувати під час роботи з живими організмами.

Що таке клік-хімія і до чого тут конструктор?

Як правило, створення молекул і матеріалів є дуже складним процесом. Потрібно не тільки з’єднувати різні частини сполук, утворюючи міцні зв’язки, але й контролювати всі тонкощі зв’язування атомів у правильний спосіб. Протягом багатьох років надзвичайно креативні хіміки розробили безліч методів ефективного створення молекул різних типів, а також принципи контролю результатів, що дозволило створювати надзвичайно складні конструкції з високою точністю. Зараз досягнуто того рівня, коли можливо створити майже будь-яку структуру, яку тільки можна уявити, або будь-що, що можна знайти в природі. Але процес може бути дуже трудомістким і дороговартісним. Складні молекули слід створювати в багато етапів, причому кожен крок зумовлює виникнення небажаних побічних продуктів — іноді більше, а іноді менше, але кожного разу їх необхідно видаляти перед продовженням процесу. На переконання Б. Шарплесса, хімія повинна рухатися до простіших реакцій із меншою кількістю відходів у вигляді небажаних побічних продуктів. Спростити складні процеси і покликана концепція клік-хімії. Цей термін використовується для опису реакцій, які проходять у м’яких умовах зі значною швидкістю. При цьому клік-реакція здійснюється практично без побічних продуктів. Саме легкість та невибагливість таких процесів і зумовлює термін «click» — клацання. Ідея полягає в тому, щоб з’єднувати складні молекули за принципом конструктора до зміни їх властивостей. У вас можуть бути деталі, які ви можете з’єднувати разом і будувати будинки або інструменти, або транспортні засоби, або навіть космічні кораблі. Те ж саме з хімією, тільки на молекулярному рівні. Професор Йохан Аквіст, голова Нобелівського комітету, порівняв клік-хімію з прикріпленням маленьких хімічних пряжок до молекулярних будівельних блоків, щоб їх можна було з’єднати разом. Фокус полягає у тому, щоб знайти такі пряжки, які б зв’язувалися одна з одною, утворюючи міцний зв’язок, але не впливаючи на хімічні властивості сполуки.

Б. Шарплесс та М. Мелдал незалежно один від одного відкрили ключову реакцію, за допомогою якої можна з відносною легкістю зв’язати дві молекули — азидоалкінове з’єднання за наявності міді в якості каталізатора. Коли його використовують для з’єднання двох молекул в одну більшу, до однієї приєднують азид, до іншої — алкін, а тоді за наявності іонів міді ці дві частини з’єднуються міцним зв’язком. Це елегантна та ефективна хімічна реакція, яка зараз широко використовується, у тому числі в розробці препаратів, картографуванні ДНК.

К. Бертоцці вивела клік-хімію на новий рівень. Вона розробила біоортогональні реакції, які безпечно відбуваються всередині живих організмів, не порушуючи їх біохімію. Наразі біоортогональні реакції використовуються в усьому світі для дослідження клітин і відстежування біологічних процесів. Використовуючи біоортогональні реакції, дослідники покращили таргетну дію онкопрепаратів, які зараз проходять клінічні дослідження.

Нобелівську премію з фізики отримали троє вчених, які заклали основу нової ери квантових технологій. Відзнаку вони отримали «за експерименти із заплутаними фотонами, встановлення порушення у нерівностях Белла та новаторство у галузі квантової інформатики». Премію з літератури отримала французька письменниця «за сміливість і клінічну гостроту, з якою вона розкриває коріння, відчуження і колективні обмеження особистої пам’яті». Лауреатами премії миру цьогоріч стали білоруський правозахисник, російська та українська право­захисні організації. В Україні таке рішення викликало одночасно і радість (за українських правозахисників), і роздратування та критику через такий вибір у рік широкомасштабного вторг­нення росії на територію України та опосередкованої участі білорусі в цьому нападі. Премію з економіки присуджено трьом американським вченим «за дослідження банків і фінансових криз» й відкриття покращених методів боротьби суспільства з фінансовими кризами.

Цікаві факти про Нобелівську премію

Бажаєте завжди бути в курсі останніх новин фармацевтичної галузі?
Тоді підписуйтесь на «Щотижневик АПТЕКА» в соціальних мережах!