Премію з хімії цього року отримають Френсіс Арнольд, Джордж Сміт і сер Грегорі П. Вінтер за направлену еволюцію ензімів та фаговий дисплей пептидів та антидотів.
Але щоб зрозуміти, про що йдеться, потрібно розбиратись не тільки в хімії, а й у біології, бо обидва відкриття безпосередньо стосуються живих клітин.
Що таке ензими, вони ж ферменти? Це біологічні каталізатори, тобто вони прискорюють хімічну реакцію в клітинах і, наприклад, при травлені.
У ензимів зазвичай білкова чи РНК природа. Тобто з точки зору хімії це білки, молекули, які складаються з амінокислот. Білки створюються… складно (можна подивитись на зображення частини процесу чи почитати у Вікіпедії).
За участю ДНК та умовної копії ДНК – РНК, точніше тРНК, транспортної, та мРНК, матричної. ДНК – це те, що знаходиться всередині ядра всередині клітини і несе генетичну інформацію, тобто “рецепти” купи різних білків, у тому числі – ферментів. Ферменти з РНК природою ще ближчі до ДНК.
З ферментами круто те, що вони працюють не тільки всередині клітин, а й назовні, просто у пробірці. Їх навчились використовувати у нашому житті (ензими з екологічних порошків для прання, наприклад) та у промисловості, для “зеленої хімії”, екологічного палива, у фармації для виробництва нових чи дешевших ліків.
Щоб знайти нові ферменти, потрібно якось їх синтезувати чи вилучити з клітини. Френсіс Арнольд вирішила використати для цього живі клітини (бо ж в них є ядро, в якому є ДНК…) і еволюційні процеси, теж притаманні живим клітинам.
Нобелівський сайт малює таку картинку:
- Беруть шматок ДНК, на якому утворюються ензими, і вносять в нього довільні мутації (червоні)
- Вставляють ці гени в бактерії, бактерії роблять ензими зі змінами.
- Отримані ензими перевіряють – де і як вони працюють. Якщо працюють гарно, відкладають в сторону, якщо погано – викидають (разом з тим варіантом ДНК, який їх створив)
- Беруть варіанти ДНК, які спрацювали краще, вносять в них довільні мутації, повторюють цикл знову.
Еволюція як вона є.
Це лише половина премії :)
В 1985 році Джордж Сміт винайшов елегантний метод фагового проява пептидів, англійською фаговий дісплей, phage display.
Фаг – це вірус, який живе на бактеріях – у бактерій є свої віруси! Доречі, саме досліджуючи фагів були відкриті механізми наслідування і те, що ДНК має то цього відношення. Взагалі віруси, у порівнянні з бактеріями, надзвичайно прості. Їм можна змінити частину ДНК, яка формує хвостик фага, капцид, і “побачити” частину білка, який називається пептидом.
З таких фагів зробили бібліотеку, і тепер, знаючи пептид, можна дізнатись, що це за білок і який ген його робить.
У організмах є особливі молекули антитіла, теж з особливими “хвостиками”, якими вони зв’язуються з чужорідними бактеріями, вірусами та іншою сволотою та нейтралізують їх. Третій лауреат, сер Грегорі П. Вінтер, придумав метод, за допомогою якого (і фагових дісплеїв) можна відібрати відповідні антитіла, а потім на основі цих антитіл робити ліки, в першу чергу від раку та запалень.
- Частинку ДНК занесли до фага і зробити велику бібліотеку.
- Фагів перевіряють, чи підходять вони для особливих, вже відомих цілей. Тих, що підходять, зберігають, всі інші викидають.
- Серед тих фагів, які підійшли, проводять мутації і знов відбирають тих, що підходить найкраще.
- Повторюють кілька разів, щоб отримати гарну відповідність частин.
Нагадую, що це все була хімія :)
На додаток – фотографічні портрети лауреатів, якщо ви з ними випадково зустрінетесь на початку грудня у Стокгольмі
Add Comment