Премию Кавли 2018 года присудили за CRISPR, астрохимию и нейрофизиологию слуха
Норвежская академия наук объявила имена лауреатов премии Кавли — одной из крупнейших научных премий в областях нейрофизиологии, нанотехнологий и астрофизики. Премия Кавли, в отличие от Нобелевской, вручается раз в два года, а ее размер составляет один миллион долларов США.
Премию в области нанонаук получат разработчики технологии CRISPR-Cas9, Эммануэль Карпентер (Институт инфекционной биологии общества Макса Планка, Германия), Дженнифер Дудна (Университет Калифорнии, США) и Виргиниус Шикшнис (Университет Вильнюса, Литва). Эта система позволяет целенаправлено редактировать фрагменты генома и заменять участки ДНК на необходимые. С ее помощью уже были поставлены первые эксперименты на человеческих эмбрионах (в Китае и США). Подробнее о технологии можно прочитать в нашем материале «Запомните эти буквы». Выбор лауреатов премии интересен в контексте патентного спора о том, кому принадлежат права на технологию, который решился в прошлом году не в пользу Калифорнийского университета.
В области астрофизики премия присуждена Эвине ван Дисхук, нидерландскому астрохимику, президенту Международного астрономического союза, «за ее вклад в теоретическую, наблюдательную и экспериментальную астрохимию, позволивший выяснить жизненный цикл межзвездных облаков и механизмы образования звезд и планет». Работы ван Дисхук позволили проследить, каким образом в космосе возникают сложные молекулы, состоящие из двух и более атомов — воды и оксида углерода. Астрохимик указала на механизмы образования водного льда на поверхности пылинок в межзвездных газовых облаках. Ее научная группа проводит не только наблюдения и разрабатывает теоретические модели, но и занимается экспериментальным моделированием химических процессов в высоком вакууме.
За новаторские работы по исследованию молекулярных и нейронных механизмов слуха премию получат нейрофизиологи Джеймс Хадспет (Университет Рокфеллера, США), Роберт Феттиплейс (Университет Висконсина, США) и Кристин Пети (Институт Пастера, Франция). Ученые выстроили полную цепочку превращения звук в электрический импульс, который воспринимает наш мозг. К примеру, Хадспет описал механизм работы волосковых клеток, ответственных за слух, а Феттиплейс выяснил, что разные волосковые клетки обладают селективной чувствительностью к разным частотам. Кристин Пети определила более 20 генов, определяющих развитие нашей слуховой системы и описала, как мутации в этих генах влияют на слух.
Соглашение о создании премии Кавли было подписано в 2005 году фондом Фреда Кавли, министерством образования и исследований Норвегии и Норвежской академией наук. Выбор областей науки, в которых вручается премия (нейрофизиологии, нанотехнологий и астрофизики) Кавли объяснил так: «Я решил поддержать три области науки: одна занимается самым большим, другая — самым маленьким, третья — самым сложным». Впервые премию вручили в 2008 году.
Лауреаты премии определяются среди кандидатов, предлагаемых Китайской, Норвежской и Французской академиями наук, а также Национальной академией наук США, Королевским обществом Великобритании, и обществом Макса Планка (Германия).
В 2016 году лауреатами премии стали девять ученых из Германии, США, Швейцарии и Великобритании. Премию в области астрофизики разделили создатели Лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) Райнер Вайсс (Rainer Weiss) из Массачусетского технологического института, Рональд Древер (Ronald Drever) и Кип Торн (Kip Thorne) из Калифорнийского технологического института «за прямую регистрацию гравитационных волн». Награда в области нанонаук досталась бывшему сотруднику Цюрихской исследовательской лаборатории IBM немцу Герду Биннигу (Gerd Binnig), Кристофу Герберу (Christoph Gerber) из Базельского университета и Келвину Куэйту (Calvin Quate) из Стэнфордского университета «за разработку и создание атомно-силовой микроскопии». Лауреатами премии в области нейронаук стали Ив Мардер (Eve Marder) из Университета Брендайса, Майкл Мерзенич (Michael Merzenich) из Калифорнийского университета в Сан-Франциско и Карла Шатц (Carla Shatz) из Стэнфордского университета «за открытие механизмов, которые позволяют полученному опыту и нейрональной активности ремоделировать мозговые функции». Подробнее об этом можно прочитать в нашей новости.
Владимир Королёв
Эффективнее всего себя показала композиция «We Will Rock You»
Швейцарские ученые внедрили механочувствительные рецепторы в клетки, способные высвобождать инсулин, и они стали реагировать на звуковые волны: ионные каналы впускали положительно заряженные ионы кальция, что заставляло содержащийся в них инсулин сливаться с мембраной и высвобождаться наружу. Эффективнее всего этот процесс происходил под песню «We Will Rock You» группы Queen: у мышей, которым вживили эти клетки, после прослушивания песни заметно снизился уровень глюкозы в крови. Эксперимент описан в журнале The Lancet Diabetes & Endocrinology. Слуховые косточки преобразуют акустические волны звука в механические колебания, которые активируют механочувствительные ионные каналы в волосковых клетках. Вход ионов в клетку приводит к деполяризации мембраны и созданию потенциала действия. Подобные механочувствительные ионные каналы распространены повсеместно у всех организмов, в том числе бактерий, что может быть использовано для генной терапии различных заболеваний: встраивание подобных рецепторов и их активация могли бы менять потенциал действия клетки и, как следствие, ее активность или даже функцию. Однако системная доставка низкомолекулярных триггерных соединений затруднена из-за их иммуногенных эффектов, а физические триггеры, такие как свет, ультразвук, магнитные поля, радиоволны, электричество и температура, не всегда удобны в практическом применении. Ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха под руководством Мартина Фуссенеггера (Martin Fussenegger) создали стабильные трансгенные клональные линии клеток, способные высвобождать инсулин, которые конститутивно экспрессируют механочувствительные рецепторы Piezo1 млекопитающих или бактериальные механочувствительные рецепторы MscL. Уровень звука в 60 децибел при частоте 50 Герц, который находится в пределах безопасного диапазона для человеческого уха, эффективно активировал эти рецепторы, что приводило к индукции высвобождения инсулина. Визуализация MscL-положительных и MscL-отрицательных клеток показала значительно более высокие уровни внутриклеточного кальция в первой популяции клеток, что означает массовый вход кальция в клетку при активации механорецепторов. Затем ученые проверили влияние различных жанров музыкальных произведений на высвобождение инсулина. Выяснилось, что популярная музыка с низкими басами и саундтреки к фильмам вызывали максимальное выделение инсулина, в то время как реакция на классическую музыку и гитарную музыку была более разнообразной и зависела от композиции. Песня «We Will Rock You» группы Queen высвобождала почти 70 процентов инсулина в течение пяти минут. В эксперименте на мышах с диабетом и трансгенными клетками эта песня приводила к выработке достаточного количества инсулина, чтобы быстро снизить колебания гликемии во время тестов на толерантность к глюкозе. На втором месте по эффективности оказался саундтрек к фильму «Мстители». Клетки активировались только в том случае, если звуковые волны непосредственно воздействовали на кожу над местом имплантации не менее 15 минут Речь, наушники, низколетящие самолеты, газонокосилки, пожарные машины и гудки не приводили к нежелательной секреции инсулина при восприятии с разных расстояний и направлений. Таким образом, эти клетки защищены от незапланированного выброса инсулина. Ученые считают, что эту разработку можно рассматривать как потенциально реальную замену уколам инсулина для людей с диабетом. Ранее мы рассказывали, что введение инсулина в нос помогло людям с деменцией улучшить их когнитивную функцию.