3 октября Нобелевский комитет объявил лауреата премии по физиологии и медицине. Им стал японец Ёсинори Осуми. Формулировка премии звучит так: "За открытие механизмов аутофагии". Что такое аутофагия? Чем она важна с практической точки зрения? Как аутофагия связана с голоданием и потерей массы? Почему она помогает раковым опухолям выжить? И, наконец, почему лауреатом стал один человек, а не несколько, как обычно? Объясняет журналист и биолог Светлана Ястребова.
Профессор Токийского технологического института Ёсинори Осуми был на своём рабочем месте в лаборатории, когда ему позвонили из Нобелевского комитета с неожиданным известием: он стал лауреатом премии по физиологии и медицине в 2016 году. 71-летний японец по-прежнему активно работает над темой аутофагии, за изучение которой он и удостоился высшей научной награды.
Клеточная свалка
Аутофагия находится в центре научных интересов Осуми уже 27 лет. В конце 1980-х, когда он только начал свои работы по этой теме, было известно, что клетки каким-то образом избавляются от своих структур и отдельных молекул, ставших вдруг ненужными. Впрочем, было бы странно, если бы это было не так: все организмы способны удалять отходы жизнедеятельности.
Уже давно учёные знали, что в клетках находятся специальные органоиды под названием лизосомы . В них неоднократно обнаруживали полуразрушенные фрагменты других клеточных структур. Да и сам термин "аутофагия" предложили ещё задолго до работ Осуми. Это слово в 1963 году придумал Кристиан де Дюв - учёный, который и сам стал лауреатом Нобелевки по физиологии в 1974-м за открытие лизосом.
Кроме лизосом, биологи обнаружили аутофагосомы – "тележки" для подвоза фрагментов клетки к лизосомам. Когда какой-то компонент клетки становится ненужным, его окружает специальная мембрана, и получается пузырёк с органоидом (или его частью) внутри. Этот пузырёк подходит к лизосоме и сливается с ней. Там "мусорный" фрагмент клетки находит свой последний приют - особые ферменты расщепляют его на простые составляющие.
Долгое время лизосомы считали чем-то вроде "свалки" для всех ненужных структур клетки. Правда, такая точка зрения не давала ответа на вопрос: как клетка обновляет себя? Почему "свалка" не вырастает в размерах в десятки и сотни раз за всю долгую жизнь таких клеток, как, например, нейроны? И раз такие вопросы возникали, было логичным предположить, что клетки (в отличие от большинства людей) не зависят на сто процентов от внешних источников пищи и используют имеющиеся внутренние ресурсы по нескольку раз. Чтобы выяснить, как именно это происходит, нужно было отыскать вещества, запускающие и поддерживающие реакции переработки вышедших из строя органоидов и молекул.
Поэтому через несколько лет после обнаружения лизосом, в 1980-х, исследователи переключили своё внимание на заново открытые органоиды - протеасомы . Как следует из их названия, они имеют дело с протеинами - а попросту, с белками. Оказалось, что "путёвкой" в протеасому для белка служит "чёрная метка" - молекула убиквитина . Такой меченый белок попадает в протеасому и разлагается там за счёт ферментов-протеаз на аминокислоты. Затем эти аминокислоты клетка использует для построения других белков. В день человеку нужно 200-300 граммов протеина, но с пищей поступает только около 70. Остальное клетки получают, перерабатывая ненужные белки в протеасомах.
Изучение протеасом тем не менее не дало ответа на вопрос, как клетка перерабатывает фрагменты крупнее, чем отдельные молекулы белков. Что в лизосомах перерабатывает большие куски органоидов? Об этом до работ Ёсинори Осуми никто не знал.
Волшебные грибы
Осуми выбрал в качестве объекта для экспериментов дрожжи - одноклеточные грибы, которые быстро размножаются бесполым путём. Наблюдать за их ростом и развитием довольно легко, если иметь обычный световой микроскоп. С одной стороны, дрожжи - простые организмы, и все их клетки имеют более-менее одинаковую структуру. С другой, они, как и у всех грибов, по строению достаточно близки к животным, а значит, и к человеческим. В клетках грибов, как и в наших собственных, есть ядро, митохондрии (органоиды для выработки энергии), есть аппарат для производства белков и аппарат для их деградации (протеасомы). Есть у дрожжей и аналог лизосом животных - вакуоли. Они достаточно крупные, чтобы за их изменениями можно было наблюдать в микроскоп.
Для аутофагии не принципиально, какие белки разрушать - образованные в самой клетке или за её пределами. А это значит, что с её помощью можно избавиться и от вирусов и бактерий, попадающих в клетки и вызывающих различные болезни. Показано, что возбудители вирусных и бактериальных заболеваний в ходе эволюции вырабатывают сложные механизмы защиты , чтобы не попадаться под горячую руку аутофагосом или остановить их действие. Вообще аутофагия важна для множества процессов в иммунной системе , начиная от воспаления и заканчивая защитой от вирусов и бактерий.
Наконец, аутофагия полезна и в том случае, когда строение клетки нужно быстро и часто перестраивать. Такая потребность возникает при эмбриональном развитии. Изменения, которые происходят в тканях зародыша, развиваются стремительно именно за счёт активной аутофагии. Одни части клетки, которые выполнили свою функцию, разлагаются на составные элементы, и из них строятся новые, "более актуальные" органоиды. Нарушение процессов аутофагии у эмбрионов приводят к тому, что их развитие существенно замедляется.
Одинокий самурай
С 2011 года и до настоящего момента Нобелевская премия по физиологии и медицине ни разу не доставалась одному человеку. Всегда находилось несколько исследователей, чьи научные интересы лежали в одной области. А в случае Ёсинори Осуми это оказалось не так. Почему?
Вряд ли мы сможем в скором времени узнать точный ответ на этот вопрос: личности номинантов и людей, выдвинувших их кандидатуры в 2016 году, будут хранить в секрете ближайшие 50 лет. Но одно можно сказать точно: когда Осуми начинал свои исследования аутофагии, ею не интересовался почти никто. Однако все крупные учёные, которые внесли свой вклад в обнаружение лизосом, аутофагосом и исследование их функций, в 1990-х уже имели награды от Нобелевского комитета.
Осуми в своей научной карьере сделал ставку на малоизученную непопулярную тему и не проиграл. Правда, по признанию лауреата, он не ставил себе целью получить престижную премию. В одном из недавних интервью он отметил: "Не все молодые специалисты достигнут успеха в науке, но попытаться точно стоит". Как мы видим, его попытка оказалась успешной.
Нобелевскую премию в 2016 году начали присуждать с 3 октября. Первым, кто узнал о своей победе, стал японский биолог Есинори Осуми.
Сумма, которая выплачивается победителям, равняется восьми миллионам шведских крон (около 24 миллионов гривен).
Аутофагия
Аутофагия - процесс, при котором внутренние компоненты клетки попадают внутрь ее лизосом, если речь идет о млекопитающих, после чего подвергаются деградации.
Японский биолог на протяжении двадцати лет занимался исследованием разложения внутри клеток. Он выделил гены, отвечающие за аутофагию в дрожжах, и описал схожие процессы в клетках других организмов.
"Открытия Осуми изменили наши представления о том, как клетки перерабатывают сами себя. Его работы открыли новое направление в понимании аутофагии как части разных физиологических процессов - от приспособления к голоду до реакции на заражение", - говорится в пресс-релизе Каролинского института, который вручает премию.
Фазы материи
Машины размером с молекулу
Также получили трое ученых из Франции, Шотландии и Нидерландов. Жан-Пьер Соваж, Фрэйзер Стоддарт и Бернард Феринга победили благодаря проектированию и синтезу молекулярных машин.
Трое химиков разработали молекулы с контролируемыми движениями, которые могут выполнять определенные задания.
"С точки зрения развития науки, молекулярные двигатели сейчас на том же этапе, что и электрический двигатель в 1830-е годы. Тогда ученые показали работу кривошипных механизмов и колец, не зная, что это приведет к созданию поездов, стиральных машин, вентиляторов и кухонных комбайнов", - рассказали в Нобелевском коммитете.
Получили британец Томас Линдалл, американцы Полу Модричу и Азизу Санкару за исследования механизма репарации ДНК.
Завершение полувековой войны
Получил президент Колумбии Хуан Мануэль Сантос, поскольку смог положить конец гражданской войне, длившейся 52 года. В этом конфликте с партизанами погибли более 200 тысяч колумбийцев.
Нобелевский комитет подчеркивает, что таким образом отметил заслуги Сантоса в окончании более чем полувековой гражданской войны. В ходе этого конфликта погибли 220 тысяч колумбийцев, еще шесть миллионов стали вынужденными переселенцами.
"Эта награда должна также символизировать заслуги народа Колумбии, который, вопреки тяготам и страданиям, не оставил надежды на справедливый мир", - говорится в сообщении комитета.
Соглашение о перемирии между колумбийскими властями и FARC было подписано 27 сентября. После этого состоялся референдум, на котором жители страны с небольшим перевесом проголосовали против заключения мирного договора с партизанами.
Однако Сантос заявил, что результат плебисцита не скажется на мирном процессе.
Напомним, Квартет национального диалога Туниса.
Теория контрактов
Получили американцы Оливер Харт из Гарвардского университета и Бенгт Холмстрем из Массачусетского технологического института. "Нобеля" они удостоились за развитие теории контрактов, которая объясняет, почему мы заключаем разные контракты на выполнение разных типов работ, и почему эти соглашения устроены именно так, а не иначе.
Теория контрактов - это направление, которое стало активно развиваться в 1970-е годы. Она изучает определение параметров контракта экономическими агентами в том числе в условиях несимметричности информации, которыми эти агенты располагают.
Эта теория отвечает на вопросы о том, почему мы заключаем разные контракты на выполнение разных типов работ и почему эти соглашения устроены именно так, а не иначе.
Получил американец Энгус Дитон за анализ проблем потребления, бедности и социального обеспечения.
Новые поэтические выражения
Получил американский певец Боб Дилан. Награды он удостоился за "создание новых поэтических выражений в рамках великой американской песенной традиции".
Боб Дилан - культовая фигура в рок-музыке, один из самых значимых и популярных музыкантов современности. Некоторые его композиции использовали в США участники движений за гражданские права.
В 2010 году журнал Rolling Stones присудил Дилану второе место в списке самых великих музыкантов 20 века - первое место тогда заняла группа The Beatles.
Белорусская писательница Светлана Алексиевич "за ее многоголосное творчество - памятник страданию и мужеству в наше время".
ЦХИНВАЛ, 17 окт — Sputnik, Мария Шелудякова. Определить ценность научного знания не так просто, как кажется. Братья Люмьер, создавшие самую удачную систему записи и воспроизведения изображений, например, не верили в будущее кинематографа, а конструктору Оливеру Эвансу не разрешили запантетовать паровоз, назвав эту идею нелепой фантазией.
Ежегодно Нобелевский комитет выбирает достойных их сотен ученых из различных областей науки, и этот выбор зачастую показывает, куда устремлен вектор научной мысли, и, как следствие, дает возможность заглянуть в мир будущего.
Предпочтения Нобелевского комитета в 2016 году подтвердили, что наука XXI века действительно стремится к практическому знанию. Выбор пал на тех ученых, чьи исследования возможно применить на практике (например, создать новый гаджет) и показывают, какими будут технологии уже в ближайшее время.
Многие инновационные идеи не находят практического применения из-за того, что появились в не самое удачное время. Получение Нобелевской премии говорит о том, что результаты отмеченных исследований с большой долей вероятности будут воплощены в жизнь.
Основной вывод, который можно сделать на основе выбора Нобелевских лауреатов 2016 года, — инновационные открытия происходят на молекулярном уровне.
Физика: квантовые компьютеры
Американцы Джон Майкл Костерлиц, Дэвид Тулесс и британец Дункан Хэлдейн получили Нобелевскую премию по физике за изучение "странных" форм материи. Ученые исследовали изменения свойств вещества в различных агрегатных состояниях.
Казалось бы, тема "избитая" — но физики в ходе исследования использовали топологию, которая помогла объяснить, например, возникновение сверхпроводимости (отсутствие электрического сопротивления). Ученые исследовали топологические переходы и топологические фазы материи, тем самым "открыв двери в неизвестный мир", в котором материя может находиться в необычном состоянии. То есть не в твердом, жидком, газообразном или состоянии плазмы.
Один из лауреатов премии Дункан Хэлдейн был очень удивлен получением награды: "Когда я начал работать над темой в конце 80-х годов, то не думал, что ее можно как-то использовать". В настоящее время эксперты не исключают, что полученные знания о материалах могут пригодиться для создания квантовых компьютеров, которое ознаменует новое поколение электроники.
Химия: "молекулярные" системы хранения энергии
Премию по химии в 2016 году вручили голландцу Бернарду Ферингу, французу Жан-Пьеру Соважу и шотландцу Джеймсу Фрейзер Стоддарту за разработку и создание молекулярных машин. Химики использовали молекулы как детали конструктора и создали из них миниатюрные аппараты.
Жан-Пьер Саваж является пионером в области взаимной механической блокировки молекулярных архитектур. В сообщении Нобелевского комитета говорится, что исследования в области миниатюризации в технике вывели химию в новое измерение и в скором времени произведут настоящую революцию.
Молекулярные машины не видно даже в микроскопы. Безусловно, это новое слово в технике — такие машины пригодятся при создании новых материалов, датчиков и систем для хранения энергии.
Биология: ключ от Паркинсона
Первым о получении Нобелевской премии узнал японский биолог Есинори Осуми. Его отметили за исследование механизма аутофагии — уничтожения "внутриклеточного мусора".
Примечательно, что с 2011 года премия в области медицины и физиологии не доставалась одному человеку — всегда находились несколько биологов, чьи научные интересы лежали в одной области. Осуми сделал ставку на непопулярную проблему, и не проиграл. К слову, за последние десять лет количество работ на эту тему увеличилось в сотни раз.
С конца 1980-х Осуми пытался понять, каким образом клетки избавляются от молекул, ставших ненужными. Биолог обнаружил лизосомы, специальные органоиды, в которых находились полуразрушенные фрагменты других клеточных структур, а также аутофагосомы — "тележки" для перевоза ненужных фрагментов клетки. Выяснилось, что их окружает специальная мембрана, в которой ферменты расщепляют "мусор" на простые составляющие.
Открытие способно решить многие серьезные проблемы медицины. "Самопоедание" помогает клеткам компенсировать недостаток ресурсов — они начинают использовать собственные энергетические запасы. Следовательно, остановив этот процесс, можно истощить ресурсы опухоли, тем самым остановив ее развитие.
Более того, открытия Осуми проливают свет на болезни Паркинсона и Альцгеймера. Они развиваются из-за накопления в нервных клетках сложенных протеинов — аутофагосомы и лизосомы не успевают их разлагать.
Экономика: теория для реального бизнеса
Нобелевскую премию по экономике в 2016 году получил британский экономист Оливер Харт — "За вклад в развитие теории контрактов". Помимо этой теории, его исследования посвящены проблемам теории фирмы, корпоративным финансам и вопросам экономики права.
Над исследованием в области теории контрактов Харт работал совместно с Бенгтом Хольмстремом, микроэкономическим теоретиком, самые известные работы которого связаны с теорией стимулов.
Ученые разработали новые теоретические инструменты для понимания контрактов, которые встречаются в реальной жизни. Их исследование стало основой для законодательства о банкротстве.
Современная экономика держится на многочисленных контрактах, и новые теоретические инструменты помогают понять их реальную суть и избежать ошибок при заключении договоров.
Премия мира: политические замашки
Многие политологии указывают на то, что Нобелевский комитет пытается оказать влияние на мировую политику, однако желание это выглядит наивным.
Так, премию мира в 2016 году получил президент Колумбии Хуан Мануэль Сантос за "усилия по прекращению в стране более чем полувековой гражданской войны". Председатель президиума Совета по внешней и оборонной политике Федор Лукьянов заявил РИА Новости, что вручение премии мира главе Колумбии — компромиссный жест, который никого не обидит.
"Это очередное странное решение, наивное желание влиять на мировую политику. Сразу пришло в голову, когда в 2012 году премию получил Европейский союз. ЕС вне всякого сомнения был достоин премии мира, только не в 2012-м, а в 1958-м, когда это все было запущено и это был великий проект, одно из величайших достижений Европы", — полагает председатель Президиума СВОП.
Суд над литературой
Больше всего пересудов возникло после вручения Нобелевской премии по литературе. Комитет в 2016 году отметил одного из самых известных и титулованных музыкантов мира — Боба Дилана. Но большинство соглашаются — границы литературной премии расширены.
Шведская академия, отвечающая за присуждение Нобелевских премий, в области литературы продолжает идти по пути разрыва шаблонов. Выбор комитета вызвал бурю негодования и возмущенных откликов тех, кто считает поэзию Боба Дилана менее "нобелевской", чем, например, произведения Габриэля Гарсии Маркеса. Однако есть и те, кто, наоборот, считают, что шведские академики восстановили репутацию литературной Нобелевской премии.
Очередная Нобелевская неделя открылась 3 октября в шведской столице Стокгольме. Нобелевский комитет уже огласил лауреата в области физиологии и медицины. Завтра и в остальные дни назовут лауреатов по физике, химии, экономическим наукам, литературе, Нобелевской премии мира. Кто уже получил премию, за что ее дают и получают ли премию в этом году российские ученые? Подробности - в материале Федерального агентства новостей.
Как получить Нобелевскую премию
В течение недели мировая общественность узнает имена лауреатов в самых разных областях науки. В этом году число номинантов на Нобелевскую премию рекордно - почти 380 человек, в прошлом году их было меньше на сотню. Имена номинантов комитет держит в строгой тайне, но какая-то информация все равно просочилась в СМИ. Известно, например, что на премию мира претендуют бывший агент спецслужб США Эдвард Сноуден и даже Папа Римский Франциск .
Как получить Нобелевскую премию? Ответ просто: пройти отбор. Он непростой и состоит из нескольких этапов. Причем большинство этапов отбора засекречены, и узнать о критериях выбора того или иного ученого можно только через 50 лет. Известно, что изначально претендентов ищут несколько тысяч крупных ученых из разных стран, которым присылают персональные приглашения. Потом список сильно сужается и доходит до нобелевских комитетов. Каждый комитет состоит из пяти членов, выдвинутых Королевской академией наук Швеции, Каролинским институтом, Шведской академией и Комитетом мира. Они-то и определяют победителя. Премия присуждается только живому человеку, хотя если он умрет после объявления итогов, но перед непосредственно вручением, то все равно будет считается лауреатом.
Каждый год различные агентства пытаются спрогнозировать, кто получит Нобелевскую премию, беря за основу рейтинг цитируемости исследований. Однако процент попаданий небольшой, но эксперты все равно стараются. В частности. в этом году победу в номинации «Медицина» заранее отдают одной из работ ученых, которые пробуют заменить химиотерапию иммунотерапией.
Кто получил в прошлом году
Фундаментальные представления ученых о Вселенной разрушили японец Такааки Кажита и канадец Артур Макдональд, которые показали, что у мельчайшей частицы нейтрино есть масса, и получили Нобелевскую премию по физике. За совместные исследования по восстановлению ДНК премии по химии были удостоены швед Томас Линдал , американец Пол Модрич и турок Азиз Санкар . Нобелевская премия по экономике досталась британскому профессору Ангусу Дитону , проделавшему большую работу в исследованиях потребления, благосостояния и бедности
Наконец, Нобелевская премия по литературе была присуждена писательнице из Белоруссии Светлане Алексиевич, а лауреатом премии мира был объявлен Квартет по национальному диалогу в Тунисе.
Лауреат Нобелевской премии-2016
В этом году первым лауреатом Нобелевской премии в области физиологии и медицины стал профессор из Японии Есинори Осуми . Он открыл механизм аутофагии. За этим страшным словом скрывается процесс саморазрушения частей клеток из-за лизосомной деградации. Более 20 лет назад ученый обнаружил гены, которые отвечают за процесс аутофагии, и начал свои исследования.
Осуми уже 71 год, он является доктором наук Токийского университета и многочисленным лауреатом разных наград по биологии. Он стал 25-м лауреатом от Японии, получившим Нобелевскую премию. Размер денежного вознаграждения за победу составляет восемь миллионов крон или 932 тысячи долларов. Всего же премия в области медицины присуждалась 106 раз. Самым молодым лауреатом в 1923 году стал канадский врач Фредерик Бантинг . Ему было 32 года, когда он открыл инсулин. Самым пожилым лауреатом является американский патолог Пейтен Роус : в 87 лет он открыл онкогенные вирусы.
Нобелевская премия - русские
Именно область физиологии и медицины принесла первую Нобелевскую премию российским ученым. В 1904 году Иван Павлов получил награду за работу по физиологии пищеварения, фактически создав науку о высшей нервной деятельности. Все помнят его опыты на собаках. Спустя четыре года получил премию в этой номинации и русский эмбриолог и иммунолог Илья Мечников. Вместе с немецким врачом Паулем Эрлихом он был удостоен Нобелевской премии «за труды по иммунитету». Если чуть шире, то он смог показать современникам, как организму удается победить вредоносные микробы, которые, казалось бы, уже закрепились внутри.
По общему числу нобелевских лауреатов лидируют США - 359 человек, второе место занимает Великобритания - 121 человек, на третьем Германия - 104. У России только 27 лауреатов. Один из них, писатель Борис Пастернак , сначала согласился принять награду, но затем под нажимом советских властей от нее отказался.
В 2016 году Нобелевский комитет присудил премию по физиологии и медицине японскому ученому Ёсинори Осуми за открытие аутофагии и расшифровку ее молекулярного механизма. Аутофагия - процесс переработки отработавших органелл и белковых комплексов, он важен не только для экономного ведения клеточного хозяйства, но и для обновления клеточной структуры. Расшифровка биохимии этого процесса и его генетической основы предполагает возможность контроля и управления всем процессом и его отдельными стадиями. И это дает исследователям очевидные фундаментальные и прикладные перспективы.
Наука несется вперед такими невероятными темпами, что неспециалист не успевает осознать важность открытия, а за него уже присуждается Нобелевская премия. В 80-х годах прошлого века в учебниках биологии в разделе о строении клетки можно было среди прочих органелл узнать о лизосомах - мембранных пузырьках, заполненных внутри ферментами. Эти ферменты нацелены на расщепление различных крупных биологических молекул на более мелкие блоки (нужно отметить, что тогда наша учительница по биологии еще не знала, зачем нужны лизосомы). Их открыл Кристиан де Дюв , за что в 1974 году ему была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине.
Кристиан де Дюв с коллегами отделял лизосомы и пероксисомы от других клеточных органелл с помощью нового тогда метода - центрифугирования , позволяющего рассортировать частицы по массе. Лизосомы теперь широко используются в медицине. Например, на их свойствах основана адресная доставка лекарств к поврежденным клеткам и тканям: молекулярный препарат помещают внутрь лизосомы за счет разницы в кислотности внутри и снаружи нее, а затем лизосома, снабженная специфическими метками, отправляется в пораженные ткани.
Лизосомы по роду своей деятельности неразборчивы - они дробят на составные части любые молекулы и молекулярные комплексы. Более узкие «специалисты» - протеасомы , которые нацелены только на расщепление белков (см.: , «Элементы», 05.11.2010). Их роль в клеточном хозяйстве трудно переоценить: они следят за отслужившими свой срок ферментами и уничтожают их по мере необходимости. Этот срок, как мы знаем, определен весьма точно - ровно столько времени, сколько клетка выполняет конкретную задачу. Если бы ферменты не уничтожались по ее выполнении, то идущий синтез трудно было бы остановить вовремя.
Протеасомы имеются во всех без исключения клетках, даже в тех, где нет лизосом. Роль протеасом и биохимический механизм их работы был исследован Аароном Чехановером , Аврамом Гершко и Ирвином Роузом в конце 1970-х - начале 1980-х годов. Они открыли, что протеасомы узнают и уничтожают те белки, которые помечены белком убиквитином . Реакция связывания с убиквитином идет с затратами АТФ . В 2004 году эти трое ученых получили Нобелевскую премию по химии за исследования убиквитин-зависимой деградации белков. В 2010 году, просматривая школьную программу для одаренных английских детей, я усмотрела на картинке строения клетки ряд черных точек, которые были помечены как протеасомы. Однако школьная учительница в той школе не смогла объяснить ученикам, что это такое и для чего эти загадочные протеасомы нужны. С лизосомами на той картинке уже никаких вопросов не возникло.
Еще в начале исследования лизосом было замечено, что внутри некоторых из них заключены части клеточных органелл. Значит, в лизосомах разбираются на части не только крупные молекулы, но и части самой клетки. Процесс переваривания собственных клеточных структур получил название аутофагия - то есть «поедание самого себя». Как в лизосому, содержащую гидролазы, попадают части клеточных органелл? Этим вопросом еще в 80-е годы начал заниматься , изучавший устройство и функции лизосом и аутофагосом в клетках млекопитающих. Он со своими коллегами показал, что в клетках в массе появляются аутофагосомы, если их выращивать на малопитательной среде. В связи с этим появилась гипотеза, что аутофагосомы формируются, когда необходим резервный источник питания - белки и жиры, входящие в состав лишних органелл. Как формируются эти аутофагосомы, нужны ли они в качестве источника дополнительного питания или для иных клеточных целей, как их находят лизосомы для переваривания? Все эти вопросы в начале 90-х годов не имели ответов.
Взявшись за самостоятельные исследования, Осуми сфокусировал усилия на изучении аутофагосом дрожжей. Он рассудил, что аутофагия должна быть консервативным клеточным механизмом, следовательно, ее удобнее изучать на простых (относительно) и удобных лабораторных объектах.
У дрожжей аутофагосомы находятся внутри вакуолей, а затем там распадаются. Их утилизацией занимаются различные ферменты-протеиназы . Если в клетке протеиназы дефектные, то аутофагосомы накапливаются внутри вакуолей и не растворяются. Осуми воспользовался этим свойством для получения культуры дрожжей с повышенным числом аутофагосом. Он выращивал культуры дрожжей на бедных средах - в этом случае аутофагосомы появляются в изобилии, доставляя голодающей клетке пищевой резерв. Но в его культурах использовались мутантные клетки с неработающими протеиназами. Так что в результате клетки быстро накапливали в вакуолях массу аутофагосом.
Аутофагосомы, как следовало из его наблюдений, окружены однослойными мембранами, внутри которых может находиться самые разнообразное содержимое: рибосомы, митохондрии, гранулы липидов и гликогена. Добавляя или убирая ингибиторы протеаз в культуры немутантных клеток, можно добиться увеличения или уменьшения числа аутофагосом. Так что в этих экспериментах было продемонстрировано, что эти клеточные тельца перевариваются с помощью ферментов-протеиназ.
Очень быстро, всего за год, используя метод случайного мутирования, Осуми выявил 13–15 генов (APG1–15) и соответствующих белковых продуктов, участвующих в образовании аутофагосом (M. Tsukada, Y. Ohsumi, 1993. Isolation and characterization of autophagy-defective mutants of Saccharomyces cerevisiae ). Среди колоний клеток с дефектной протеиназной активностью он под микроскопом отбирал такие, в которых не было аутофагосом. Затем, культивируя их по отдельности, выяснял, какие гены у них испорчены. Еще пять лет понадобилось его группе, чтобы расшифровать в первом приближении молекулярный механизм работы этих генов.
Удалось выяснить, как устроен этот каскад, в каком порядке и как эти белки друг с другом связываются, чтобы в результате получилась аутофагосома. К 2000 году прояснилась картина формирования мембраны вокруг испорченных органелл, подлежащих переработке. Одинарная липидная мембрана начинает растягиваться вокруг этих органелл, постепенно окружая их, пока концы мембраны не приблизятся друг к другу и не сольются, образовав двойную мембрану аутофагосомы. Затем этот пузырек транспортируется к лизосоме и сливается с ней.
В процессе образования мембраны участвуют APG-белки, аналоги которых Ёсинори Осуми с коллегами обнаружили и у млекопитающих.
Благодаря работам Осуми мы увидели весь процесс аутофагии в динамике. Стартовой точкой исследований Осуми был простой факт присутствия в клетках загадочных мелких телец. Теперь исследователи получили возможность, пусть и гипотетическую, управлять всем процессом аутофагии.
Аутофагия необходима для нормальной жизнедеятельности клетки, так как клетка должна уметь не только обновлять свое биохимическое и архитектурное хозяйство, но и утилизировать ненужное. В клетке тысячи износившихся рибосом и митохондрий, мембранных белков, отработанных молекулярных комплексов - всех их нужно экономно переработать и снова пустить в оборот. Это своего рода клеточный ресайклинг. Этот процесс не только обеспечивает известную экономию, но и предотвращает быстрое старение клетки. Нарушение клеточной аутофагии у человека приводит к развитию болезни Паркинсона, диабета II типа, раковых заболеваний и некоторых нарушений, свойственных пожилому возрасту. Управление процессом клеточной аутофагии, очевидно, имеет огромные перспективы, как в фундаментальном, так и в прикладном отношении.