Нобелевская неделя – одно из значимых событий в жизни мирового научного сообщества. Лауреаты премии в миг попадают в центр внимания всех мировых СМИ, а их область исследований, зачастую, впервые становится понятной широкой публике.  Красноярские ученые прокомментировали премии этого года по естественным наукам – медицине и физиологии, физике и химии, и ответили на вопрос, как их работа связана с премиальной тематикой.

Нобелевская премия по медицине. Комментирует доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник ФИЦ Красноярский научный центр СО РАН и руководитель лаборатории биомолекулярных и медицинских технологий Красноярского государственного медицинского университета им. В.Ф. Войно-Ясенецкого Анна Замай.

За что дали нобелевскую премию этого года?

Лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2018 году стали Джеймс Эллисон из Онкологического центра им. М.Д. Андерсона Техасского университета и Тасуку Хондзё из Киотского университета за исследование в области иммунотерапии рака.  Раковые клетки «обманывают» иммунную систему, становясь невидимыми для нее, и опухоль спокойно растет.  Ученые открыли белки, активация которых позволяет злокачественному новообразованию подавлять развитие иммунного ответа и избегать атаки иммунных клеток. Ингибиторы так называемых «контрольных точек», найденные нобелевскими лауреатами, блокируют эти активаторы, и не дают опухолевым клеткам избежать иммунной реакции. В результате созданы принципиально новые, естественные для организма, не токсичные и эффективные противоопухолевые лекарственные препараты.

Используются ли эти открытия в работе российских медиков?

В России уже используют иммунотерапию злокачественных опухолей в клинике, а ученые ведут поиск новых способов заставить иммунную систему бороться с этим заболеванием. Например, в клинике онкоиммунологии в Национальном медицинском исследовательском центре онкологии имени Н.Н. Петрова успешно применяется инновационная методика – вакцинотерапия дендритными клетками, которые специально «обучаются» находить раковые клетки.

К настоящему времени разработано несколько препаратов иммунотерапии, основанных на разных принципах: ингибиторы контрольных точек – блокируют маскировку опухолей от иммунных клеток; цитокины – передают информации между иммунными клетками; интерлейкины – передают информацию о возникновении раковых клеток; гамма-интерфероны – уничтожают злокачественные клетки; моноклональные антитела – обнаруживают и уничтожают раковые клетки; дендритные клетки – обезвреживают злокачественные клетки (их получают, «обучая» клетки-предшественники крови находить злокачественные клетки, путем смешивания биоматериалов от определенного пациента); Т-хелперы – иммунные тела для клеточной терапии; TIL-клетки – клетки с новыми функциями, которые создают из опухолевой ткани пациента противораковые вакцины. Это способствует повышенной выработке в организме пациента антител, оказывающих противоопухолевое действие.

В Красноярском научном центре СО РАН совместно с Красноярском государственным медицинском университетом им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого разрабатывается принципиально новый препарат, основанный на бифункциональных олигонуклеотидах, способных связываться одним концом с иммунными клетками, а другим с клетками опухоли и тем самым активировать иммунный ответ организма.

 Нобелевская премия по физике. Комментирует доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН Иван Тимофеев.

За что дали нобелевскую премию этого года?

Нобелевскую премию по физике присудили «за новаторские изобретения в области лазеров». Половина премии 2018 года присуждена американскому физику Артуру Эшкину за изобретение оптического пинцета. Упрощенно, это лазерный луч, в ярком пятне которого удерживается микроскопический объект, например, наночастица, нанотрубка или биомолекула. Это похоже на теннисный шарик, устойчиво парящий в струе восходящего воздуха от фена или пылесоса, благодаря понижению давления в струе. Оптический пинцет использует световое давление на тела. Это явление впервые было продемонстрировано в 1910 году русским физиком Петром Лебедевым. На подобном принципе основано лазерное охлаждение, удостоенное Нобелевской премии в 1997 году. В биологии с помощью давления света сортируют клетки, исследуют каркасы живых клеток, измеряют вязкость и упругость биополимеров.

Другая половина нобелевской премии присуждена Жерару Муру и Донне Стрикленд за метод генерации высокоинтенсивных сверхкоротких лазерных импульсов при помощи техники, которая называется модуляцией частоты света, или «чирпом», что в переводе с английского означает «чирикать». Чириканье птицы – особый звук, высота которого плавно меняется. Воробей и попугай начинают этот короткий звук с низкой ноты и повышают его к концу звучания. С точки зрения физики, высота звука – это частота колебаний плотности воздуха. Свет, в том числе и лазерное излучение, – колебание электромагнитного поля, частота которого также может плавно меняться. Слишком мощный лазерный импульс может разрушить кристалл, в котором происходит его генерация. Изменяя частоту, можно растянуть свет лазера во времени. Тогда кристалл, в котором этот свет усиливается, не сгорит.

Используются ли эти открытия в работе красноярских физиков?

В лаборатории когерентной оптики Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН уже более десяти лет проводятся эксперименты на лазере с импульсами длительностью в сотню фемтосекунд. Наши ученые могут получать и чирпированный импульс. Однако усиление чирпированных импульсов – метод дорогостоящий и доступный лишь в нескольких специализированных научных центрах. В России этот метод успешно применяют в Институте прикладной физики РАН (Нижний Новгород).

Оптические пинцеты на основе метаматериалов были изучены десять лет назад Александром Баевым, который из красноярской лаборатории переехал работать в Университет штата Нью-Йорк в Буффало. На кафедре фотоники и лазерных технологий Института инженерной физики и радиоэлектроники Сибирского федерального университета Алексей Ципотан с коллегами при помощи перепада интенсивности лазерного света манипулирует наночастицами. Этим методом наши ученые планируют создать структуры, которые повысят эффективность светодиодов на квантовых точках.

 Нобелевская премия по химии. Комментирует доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Института биофизики СО РАН Людмила Франк.

За что дали нобелевскую премию этого года?

Нобелевская премия по химии в 2018 году присуждена за разработку методов направленной эволюции ферментов, пептидных последовательностей и антител. Награду разделили между собой американцы Фрэнсис Арнольд и Джордж Смит и сэр Грегори Винтер.

Половина премии Джорджа Смита и сэра Грегори Винтера присуждена за технологию фагового дисплея. Как справедливо отмечено на сайте премии, это очень элегантная технология. Бактериофаги, или вирусы, поражающие бактерии, организованы относительно просто. Фаг состоит из белковой оболочки, внутри которой находится неактивная цепочка ДНК. Чтобы активироваться ему нужно попасть внутрь бактерии. Там фаг заставляет клетку-хозяина синтезировать свои белки, из которых получается множество новых фагов, что приводит к смерти клетки. Если в ДНК фага встроить ген, который кодирует определенный нужный человеку белок, то фаг будет производить нужное соединение. Изменяя последовательность нуклеотидов в генах, можно получать белки с заданными свойствами. Это и открывает путь для создания лекарственных соединений.

Используете ли вы этот метод в своей работе:

Несколько лет назад с коллегами из новосибирского Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН мы создали гибридный белок, который состоит из двух частей. Первая – одноцепочечный белок, способный связываться с фактором некроза опухолей человека. Вторая –светящийся белок из морского коралла. Та часть белка, которая связывается с фактором некроза опухолей, как раз и была получена методом фагового дисплея.

По сути мы сделали белок, который нужен для определения количества фактора некроза в организме человека. Такая метка нужна для своевременной диагностики ряда патологических состояний. Дело в том, что фактор некроза опухолей – это белок, который образуется в организме при различных бактериальных инфекциях. В больших количествах он вызывает системные клинические и патологические проявления. На методику создания этой светящейся метки мы получили патент. Однако до практического применения дело пока не дошло.