Нобелевскую премию по химии присудили за направленную эволюцию ферментов, пептидов и антител

Нобелевская премия по химии в 2018 году присуждена Фрэнсис Арнольд (Frances H. Arnold) за направленную эволюцию ферментов, а также Джорджу Смиту (George P. Smith) и сэру Грегори Винтеру (Sir Gregory P. Winter) за фаговый дисплей пептидов и антител. За прямой трансляцией церемонии объявления лауреатов вы можете следить на официальном сайте Нобелевской премии. Подробнее с заслугами ученых, удостоенных премии в этом году, можно ознакомиться в официальном пресс-релизе Нобелевского комитета.

Половина премии достанется Фрэнсис Арнольд, другая половина будет поровну поделена между Джорджем Смитом и Грегори Винтером. «Этим исследователям удалось — с разным вкладом — предложить новые методы комбинаторной химии и биологии для получения биокатализаторов, ферментов и антител с новыми свойствами. Их работы были начаты где-то в 1980-е, и они легли в основу методов получения большого количества различных искусственных ферментов, а также ферментов и антител с измененными свойствами. Эта премия по химии, но она, конечно, имеет обширные биотехнологические и медицинские приложения, например, для лечения онкологических и аутоиммунных заболеваний. Эти предложения будут революционно менять облик терапевтических препаратов следующего десятилетия. К счастью, и в России эти работы тоже проводились на достаточно высоком уровне», — сказал N + 1 Александр Габибов, исполняющий обязанности директора Института биоорганической химии имени Шемякина и Овчинникова РАН.

При направленной эволюции ферментов в последовательность гена, кодирующего синтез этого белка, случайным образом вносят мутации, после чего выбирают белок с нужными свойствами, например с увеличенной активностью. Впервые подобный синтез в 1993 году провела Фрэнсис Арнольд. Сейчас с помощью него можно получать большое количество различных ферментов, которые используются как в биотопливе, так и при производстве лекарственных препаратов.

Фаговый дисплей — лабораторный метод изучения взаимодействий белков с другими белками, пептидными последовательностями и ДНК, который основан на использовании бактериофагов — вирусов, которые заражают бактерию — для соотнесения белков и генетической информации, кодирующей их. Джордж Смит впервые описал этот метод в 1985 году, показав, что изменение в одном из генов бактериофага «отображается» в структуре белков, расположенных на поверхности вируса. Позже Грегори Винтер продемонстрировал, что такой метод можно использовать для производства новых лекарств, например антител, способных нейтрализовать токсические вещества, противостоять аутоиммунным заболеваниям и раку.

«Фаговый дисплей — это самый быстрый способ получения антител, способных специфично связываться с раковыми клетками. Например, если вы хотите увеличить эффективность какого-то антитела в тысячу раз, вы берете его ген и вставляете в вирус так, чтобы нужный белок оказался на поверхности. После этого методом случайной эволюции можно создать библиотеку вирусов и проверять работу антитела во все более и более сложных условиях, выбирая те вирусные частицы, которые оказались лучшими. В результате можно получить последовательность, которой нет в природе, но имеющую нужные нам свойства», — пояснил Константин Северинов, профессор Сколтеха и университета Ратгерса.

По предварительным прогнозам Clarivate Analytics, основанным на данных о цитировании статей ученых, наиболее вероятными кандидатами на получение премии в этом году считались Эрик Якобсен, Джордж Шелдрик и Джоанн Стабб. Первый из этих ученых внес значительный вклад в развитие каталитических реакций органического синтеза, в частности реакции эпоксидирования, которая сейчас носит его имя. Шелдрик создал и поддерживает систему компьютерных программ SHELX, используемую в структурной кристаллографии. А Стабб описала механизм работы ферментов из класса рибонуклеотидредуктаз, которые превращают рибонуклеотиды в дезоксирибонуклеотиды и играют играют фундаментальную роль в синтезе и починке ДНК.

Ранее были объявлены Нобелевские лауреаты этого года в других областях. Премии по медицине были удостоены Джеймс Эллисон (James Allison) и Тасуку Хондзё (Tasuku Honjo) за разработки в области терапии рака путем активации иммунного ответа. Подробнее об их работах вы можете прочитать в нашем материале «Спустить собак с цепи». Лауреатами премии по физике стали Артур Эшкин (Arthur Ashkin) за разработку оптического пинцета и его применение в области биологии, а также Жерар Муру (Gerard Mourou) и Донна Стрикленд (Donna Strickland) — за разработку метода генерации высокоинтенсивных ультракоротких оптических импульсов. О том, как работают эти лазерные системы и где они используются, можно узнать в материале «Скальпель и пинцет». Вручение Нобелевских медалей состоится 10 декабря в Стокгольме на традиционной официальной церемонии.

Напомним, что в 2017 году Нобелевской премии по химии были удостоены Жак Дюбоше (Jacques Dubochet), Иоахим Франк (Joachim Frank) и Ричард Хендерсон (Richard Henderson) с формулировкой «за развитие криоэлектронной микроскопии высокого разрешения для определения структуры биомолекул в растворах». Криоэлектронная микроскопия позволяет определить структуру белков и макромолекулярных комплексов с разрешением, близким к атомарному, без необходимости их кристаллизации. О принципах работы и важности метода можно прочитать в нашем материале «Тени во льду».

Лауреатами премии в 2016 году стали Жан-Пьер Соваж (Jean-Pierre Sauvage), сэр Фрейзер Стоддарт (Sir J. Fraser Stoddart) и Бернард Феринга (Bernard L. Feringa) «за проектирование и синтез молекулярных машин». Молекулярные машины — это молекулы, или комплексы из нескольких молекул, способные к простейшим механическим действиям. Подробно о том, как создаются и используются такие объекты можно прочитать в материале «Машина из пробирки».

Александр Дубов