Нобелевская премия по медицине 2019.
Утром 7 октября стали известны имена первых нобелевских лауреатов 2019 года. По традиции, Нобелевская неделя начинается с представления обладателей награды в области физиологии и медицины. На сей раз премию в равных частях разделили американские исследователи Уильям Кейлин-младший и Грегг Семенза, а также британец Питер Рэтклифф, которые открыли механизмы, при помощи которых живые клетки измеряют уровень поступающего кислорода и приспосабливаются к нему. Приводим пояснение Нобелевского комитета о том, какие именно открытия сделали эти ученые, и почему они так важны.
Всем животным необходим кислород, чтобы на клеточном уровне превращать пищу в полезную энергию. Жизненная важность кислорода была понятна веками, но как именно клетки приспосабливаются к изменению его уровня, долго оставалось загадкой. Нынешние нобелевские лауреаты открыли, каким образом клетки могут чувствовать и адаптироваться к изменяющейся доступности кислорода. Они определили молекулярные механизмы, которые регулируют активность генов в ответ на колебания концентрации кислорода.
Работы нобелевских лауреатов-2019 раскрыли секреты одного из самых важных адаптационных жизненных процессов. Они заложили основу для нашего понимания того, как уровень кислорода влияет на клеточный метаболизм и физиологические функции. Их открытия также проложили путь к многообещающим новым стратегиям борьбы с анемией, раком и многими другими заболеваниями.
В центре внимания кислород
Кислород, химическая формула которого O2, составляет примерно 20% земной атмосферы. Этот газ критически важен для существования жизни. Во многих сложных живых организмах его используют клеточные органеллы митохондрии, которые присутствуют практически во всех животных клетках, чтобы преобразовать пищу в энергию. Отто Варбург, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1931 года, показал, что это превращение является ферментативным процессом.
В ходе эволюции возникли механизмы, которые обеспечивают и регулируют достаточное снабжение кислородом клеток и тканей. Например, развились каротидные тельца – рецепторы, расположенные около места разветвления сонной артерии. Они содержат специальные клетки, которые постоянно измеряют уровень кислорода в крови. В 1938 году бельгийский ученый Корней Хейманс получил Нобелевскую премию за то, что показал, как работа этих телец через прямую связь с мозгом контролирует частоту нашего дыхания.
Простыми словами: кислород формирует физиологию и патологию
Благодаря новаторским исследованиям Кейлина, Рэтклиффа и Семензы, мы знаем гораздо больше о том, как изменение уровня кислорода регулирует фундаментальные физиологические процессы в организме. Чувствительность к кислороду позволяет клеткам адаптировать свой метаболизм и к снижению его уровня. Это постоянно происходит, например, в мышцах во время интенсивных тренировок. Другие примеры адаптивных процессов, контролируемых чувствительностью к кислороду, включают образование новых кровеносных сосудов и выработку эритроцитов. Наша иммунная система и многие другие физиологически функции также настраиваются при помощи механизмов чувствительности к уровню кислорода. Он, как оказалось, серьезно влияет и на внутриутробный период – с его помощью контролируется нормальное формирование кровеносных сосудов плода и развитие плаценты.
Чувствительность к уровню кислорода является ключевым фактором для множества заболеваний. К примеру, пациенты с хронической почечной недостаточностью часто страдают тяжелой анемией из-за снижения выработки эритропоэтина. Этот гормон, как мы помним, выделяется клетками почек и необходим для контроля образования красных кровяных телец – эритроцитов. Кроме того, механизмы, регулируемые при помощи кислорода, играют важную роль в развитии раковых опухолей. Именно эти механизмы позволяют злокачественным образованиям выращивать необходимые им кровеносные сосуды и изменять метаболизм для эффективного размножения раковых клеток. Академические лаборатории и фармацевтические компании, опираясь на эти данные, ведут активную разработку лекарств, которые могут воздействовать на различные болезненные состояния, активируя или блокируя механизмы чувствительности к кислороду.