Настоящее Время

Понятно о Нобелевской премии: как открыли гепатит C, в каком фильме снялась настоящая черная дыра и зачем резать ДНК

Александра Борисова

9 октября 2020 года

Научные Нобелевские премии в 2020 году достались ученым, вклад которых в науку не только велик, но и понятен практически любому. Диагностика и лечение гепатита C, огромная черная дыра в центре нашей галактики, ножницы для редактирования генома – все эти темы переходят в прессе со специализированных научных страниц на передовицы.

Разбираемся, почему Нобелевка остается такой важной для ученых, когда в мире существуют премии с гораздо более значительным денежным призом, и как нобелевские открытия касаются каждого.

Гонка миллионов

Первое, что стоит сказать: Нобелевка – это не очень-то про деньги. Десять миллионов шведских крон сегодня – чуть более миллиона долларов, но их делят на двоих или даже троих. В худшем раскладе один из лауреатов получает половину, а еще два – по четверти. Для сравнения, по состоянию на 2016-2017 год, средняя зарплата полного профессора в США – $102 402 в год. Обычно лауреатами становятся, уже достигнув этой степени академического признания, – и это только зарплата профессора, а еще ученые консультируют бизнес, сами создают компании, занимают административные должности. В общем, масштаб денежной составляющей Нобелевской премии – не пещера Али-Бабы.

Кроме того, с начала XXI века фонды и бизнесмены устремились за Альфредом Нобелем. И первое, что они сделали, – перебили его по сумме. Самые щедрые – российско-американский бизнесмен Юрий Мильнер и присоединившиеся к нему Марк Цукерберг (Facebook) и Сергей Брин (Google). Их Breakthrough Prize (позже присоединились также китайские спонсоры) составляет целых три миллиона долларов, номинации – фундаментальная физика, математика и науки о живом. Близки к Нобелевке по сумме азиатская премия Шао (астрономия, медицина и науки о жизни, математика) и американская премия Кавли (астрофизика, нанотехнологии, нейронауки).

Не остались в стороне и российские спонсоры. Премия "Глобальная Энергия" "за выдающиеся научные достижения и изобретения, которые обеспечивают новые возможности в развитии энергетики и приносят пользу всему человечеству" хоть и менее престижна репутационно, по сумме составляет достойные $1,2 млн (спонсоры – "Газпром", РАО "ЕЭС России", "Сургутнефтегаз"). Есть еще с десяток профильных наград масштаба нескольких сот тысяч долларов, и все они считаются преднобелевскими – чаще всего нобелиаты уже награждены другими премиями.

В чем же особенность Нобелевской премии? Во-первых, особняком ее ставит длительная история. Она вручается с 1901 года, и за это время ее вполне можно считать летописью самых важных научных открытий человечества. Нобелевский лауреат встает в один ряд с Альбертом Эйнштейном, Петром Капицей, Марией Склодовской-Кюри. Этого не купишь ни за какие деньги. Во-вторых, это история практически без промахов. Почти каждый год кто-то жалуется на то, что обошли достойных, – но голосов о том, что дали недостойным, не слышно. За долгие годы работы Нобелевский комитет накопил компетенции и отработал процедуры: осечка практически исключена.

Только две крупные ошибки были допущены награждающими – и те на заре существования премии. В 1926 году датчанина Йоханнеса Фибигера наградили "за открытие червей Spiroptera carcinoma". Теория Фибигера предполагала, что рак вызывает определенный вид червей. Теперь мы знаем, что это не так, – но 100 лет назад рак был очень загадочным, Фибигер честно исследовал его – и пал жертвой неудачной методики эксперимента и недостатка самокритичности. В 1949 году португальский невролог Антониу Эгаш Мониш получил Нобелевку за разработку метода лоботомии – вот так, операцией на мозге в те времена предлагалось лечить ментальные расстройства. Оба "открытия" и на момент присуждения были спорными, а вскоре были опровергнуты. С тех пор осечек Нобелевский комитет не допускал – а Нобелевская премия стала как раз признаком респектабельности, признания того, что твоя наука – это статус-кво.

Так что премия – как английский газон из известного анекдота. Он так хорош, потому что его аккуратно стригли – триста лет подряд.

Физиология и медицина. По всем правилам вирусологии

Нобелевскую премию по медицине или физиологии в 2020 году получили – по одной трети – американцы Харви Алтер и Чарльз Райс и британец Майкл Хаутон. Они исследовали вирус гепатита C. Премии за прорыв в изучении и лечении массовых заболеваний Нобелевский комитет дает регулярно, и это всегда бесспорно – прямая польза человечеству. В 2015 году премию дали за борьбу с малярией и паразитическими инфекциями, в 2008-м – за открытие ВПЧ и ВИЧ, в 1976 году – за изучение гепатита B. Отмечали также борьбу с полиомиелитом, туберкулезом, много раз – прогресс в изучении и терапии разных видов рака.

Все это – сверхактуальные для повседневной жизни исследования. Гепатитом C болеют более 70 млн человек в мире, около 400 000 человек умирают от него каждый год. В России ситуация одна из самых тяжелых: гепатитом C болеют более 3,5 млн человек, около 15 000 человек в год умирают от вызываемых им цирроза и рака печени.

Идентифицировать возбудителя заболевания – очень непростая задача, особенно когда речь идет о вирусе. Бактерия – это клетка, то есть полноценный автономный живой организм, хотя и очень маленький. При этом бактерии сильно отличаются от клеток нашего организма, поэтому наблюдать их в пораженной ткани можно глазом, пусть и вооруженным. Именно так в 1882 году Роберт Кох открыл туберкулезную палочку: он заразил болезнью морских свинок, а потом увидел возбудителя, специальным образом окрасив пораженную ткань. Вирус – это не организм, это совсем маленькая частица – генетический материал (ДНК или РНК), заключенный в оболочку из белков и/или липидов. Вне клетки хозяина это просто горстка молекул, они не могут самостоятельно жить и размножаться. Поэтому идентифицировать вирус среди "супа" разнообразных ДНК в крови больного крайне сложно, а еще сложнее – связать конкретный вирус с наблюдаемым комплексом симптомов.

Гепатит, как и остальные болезни, изначально характеризовали симптоматикой – поражением печени. Из трех самых распространенных вирусных гепатитов – A, B и C – раньше всех был изучен довольно тяжелый гепатит B. Произошло это практически случайно. Американский генетик Барух Блумберг работал с онкологическими пациентами, нуждающимися в переливании крови. В 1967 году он обнаружил, что кровь этих больных реагирует на загадочный антиген Au в сыворотке крови одного австралийского аборигена. Позже оказалось, что на него реагируют антитела из крови больных, перенесших гепатит. Стало ясно, что Au – одна из молекул вируса-возбудителя гепатита В. В 1976 году Блумберг получил Нобелевскую премию за свое открытие, вскоре после этого от гепатита B была изобретена вакцина.

Американские вирусологи Стивен Файнстоун, Альберт Капикиан и Роберт Перселл в 1973 году идентифицировали более легкую версию – вирус гепатита А, который передается орально-фекальным путем – через грязную воду и пищу – и не бывает хроническим: больные или выздоравливают, или умирают, что сдерживает передачу вируса. На антигены гепатитов A и B (он как раз охотно переходит в хроническую форму) был разработан тест, которым проверяли доноров, так что проблема заражения гепатитом при переливании крови, казалось, решена.

Один из нынешних лауреатов, Харви Алтер, в 1975 году обнаружил, что это не так. Тесты делались, а получатели донорской крови продолжали подхватывать какой-то другой, неизвестный гепатит – это происходило в каждом десятом случае. Встала задача поиска возбудителя этого нового гепатита, Алтер назвал его "ни A, ни B" (NANBH). Однако второй раз везения, как с антигеном Au (Алтер работал тогда вместе с Блумбергом), не случилось – искать следы возбудителя инфекции нужно было вслепую.

Дальше порядок работы был следующим:

На эту последовательность действий у тройки нобелевских лауреатов ушло более 20 лет.

Сам Алтер обнаружил модельное животное – шимпанзе. Это автоматически перевело болезнь в разряд более сложных: шимпанзе не мыши и даже не мартышки, работать с ними сложно, дорого и, вообще-то, этически сомнительно. Но дальше его исследования зашли в тупик: искомые фрагменты ДНК никак не обнаруживались в крови животного. Эстафету подхватила группа Майкла Хаутона: с помощью усовершенствованной методики выделения и отдельного размножения вирусных геномов ему удалось все же найти фрагменты РНК возбудителя. Эта работа вышла в 1989 году, и тогда NANBH-инфекция стала гепатитом C. Ученым удалось прочитать и последовательность генов, однако это была вирусная РНК, а не цельный вирус. Заразить шимпанзе не удавалось, поэтому последнего подтверждения правильности идеи не было. И только в 1997 году коллектив третьего лауреата – Чарльза Райса – смог выделить вирус, полностью описать геном и заразить этим вирусом шимпанзе. Вирус гепатита C официально был подтвержден как возбудитель соответствующей болезни.

Сегодня от гепатитов A и B есть вакцины, а от гепатита C – терапия. Она дорога и, к сожалению, недоступна всем нуждающимся, но все же борьба с гепатитом C перешла в организационную и экономическую плоскость, а эти проблемы, хочется верить, решаемые.

Физика. Как в "Интерстеллар"

Нобелевская премия по физике 2020 года кажется обманчиво понятной: ее вручили за черные дыры. Одну такую черную дыру мы видели в фильме "Интерстеллар", а слышали о них еще раньше – с 2008 года нас пугали черными дырами (но очень маленькими), которые образуются на Большом адронном коллайдере.

Сразу две хорошие новости. Во-первых, коллайдер работает уже 10 лет, открыл бозон Хиггса и не погубил мир. Физики были уверены, что так и будет, с самого начала – все-таки, получается, им можно доверять, они не ошибаются в своих суперсложных расчетах. Вторая – черная дыра в "Интерстелларе" настолько настоящая, насколько это возможно. Инициатором создания фильма выступил знаменитый физик Кип Торн (он сам получил Нобелевскую премию по физике 2017 года за регистрацию гравитационных волн), он же выступил и исполнительным продюсером (не самая обычная работа для ученого). Фильмы Стивена Спилберга и Кристофера Нолана не страдают от недостатка бюджетов, так что смоделировать дыру удалось по последнему слову и науки, и техники. Известный астрофизик Сергей Попов советует интересующимся черными дырами и сингулярностью читать книгу Кипа Торна "Интерстеллар: наука за кадром" – тогда получится чуть лучше разобраться в том, что сделали новые лауреаты-физики (а также почему Нобелевский комитет избежал в формулировке выражения "черная дыра", сказав "сверхмассивный компактный объект").

Самый известный из тройки лауреатов – британец Роджер Пенроуз. В первую очередь он прославился как математик и популяризатор науки, а в последнее время – автор довольно спорной теории сознания. И здесь хочется сказать отдельно о научном процессе вообще: он куда сложнее и извилистее, чем нобелевский пресс-релиз. Нобелевскую премию ведь дают (чаще всего) за какую-то конкретную работу. И история о ней выглядит так, будто ученый шел к ней всю жизнь, а после нее все оборвалось. На деле все происходит совсем по-другому. Направление работы ученого, особенно в молодости, зачастую определяется тематикой группы, где он получает временную позицию. А революционные, по-настоящему новые идеи вообще не закреплены в заявках на гранты и в названиях лабораторий – ученый пробует их спонтанно, просто потому что показалось увлекательным и интересным. Обычно таких идей возникает не одна и не две – и по-настоящему удачливые и талантливые ученые успевают внести значительный вклад сразу в несколько областей. Так, прошлогодний нобелевский лауреат по химии, легендарный Джон Гуденаф, вообще сказал, что не считает свое нобелевское открытие – разработку основ литий-ионных батареек – главной работой своей жизни. И это не кокетство: за долгие 97 лет жизни (теперь – 98, он жив и по сей день) Гуденаф поработал и в физике твердого тела, и в химии, и создал совершенно новую область – химию твердого тела и теоретическое материаловедение. Химик Евгений Антипов в прошлом году отмечал, что Гуденаф создал значимую на уровне всего мира научную школу и кроме литий-ионных аккумуляторов занимался и магнитными материалами, и сверхпроводимостью, и многим другим.

Так и Роджер Пенроуз, которому 89 лет, получил свою Нобелевку за маленький кусочек своей ранней карьеры. Будучи молодым математиком в начале 1960-х годов, он с подачи астрофизика Денниса Сиамы увлекся космологией. Из школы Сиамы вышел Стивен Хокинг и много других знаменитых теоретиков космологии, а Пенроуз пришел в эту сферу со своей математической подготовкой и произвел революцию в том, как физики описывали ее. Меньше 10 лет прошло с момента смерти Альберта Эйнштейна, экспериментальная астрофизика – наблюдения далеких звезд и планет – находилась на далеком от сегодняшнего уровне, а общая теория относительности (ОТО) Эйнштейна оставалась по большей части теорией, не слишком подтвержденной практикой. Пенроуз смог на кончике карандаша показать, что черные дыры (бывшие тогда, скорее, моделью для описания, а не реальными объектами) могут возникать из-за так называемого гравитационного коллапса – очень-очень быстрого сжатия умирающих больших звезд, и это следует из ОТО. Открытие Пенроуза до сих пор считается самым важным – после сформулированных самим Эйнштейном принципов – вкладом в ОТО. С тех пор прошло почти 60 лет, физика проделала огромный путь, теория относительности подтвердилась многими путями и даже дала первые практические плоды: у нас с вами в телефонах работает GPS. А Пенроуз двигался своим путем – получил кафедру математики в Оксфорде, сделал значительный вклад в современную геометрию, писал книги.

А технологии научных экспериментов не стояли на месте. Астрофизики стали наблюдать небо в телескопы, совсем не похожие на "прадедушку", изобретенного Галилеем. Еще один лауреат, немецкий астрофизик Райнхард Генцель и его коллеги вели исследования в Чили на телескопах New Technology Telescope и Very Large Telescope Facility. Диаметр оптики первого – 3,6 метра, а второй – это система из четырех 8,2-метровых телескопов плюс вспомогательные. В Чили находится Европейская южная обсерватория, обеспечивающая астрономам Старого света идеальные условия для наблюдений. А коллектив американки Андреа Гез в американской обсерватории Кека в горах Гавайских островов работал на телескопе с 10-метровыми зеркалами. Обе группы с начала 90-х годов сосредоточились на изучении центра нашей галактики – Млечного пути. Сложное и сверхточное оборудование вкупе с их оригинальными подходами к регистрации данных позволило им детально изучить орбиты звезд, подходящие к центру Млечного пути максимально близко.

Они работали независимо, но пришли к одному и тому же результату: траектории движения звезд указывают на то, что в центре галактики находится очень тяжелый невидимый объект. Размером он не превосходит размеров нашей Солнечной системы, а его масса – как четыре миллиона Солнц. Так подтвердилась точно рассчитанная, но теоретическая модель Пенроуза. Черную дыру – а тем более то, что находится в ней, – мы не видим, поэтому астрофизики продолжают спор о терминах и исследование этого явления. Но эта награда – справедливое признание того, как далеко человечество продвинулось в изучении Вселенной, – и какие еще более далекие горизонты это открывает перед ним.

Химия. Очень маленькие ножницы

Нобелевку по химии получили создательницы "генетических ножниц" Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудна.

Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудна были довольно известны и до Нобелевской премии. Во-первых, генетическое редактирование всегда имеет дополнительную рекламу со стороны религиозных и прочих консервативных организаций. Во-вторых, масла в огонь два года назад подлил китайский ученый Хэ Цзянькуй, отредактировав геном эмбрионов человека (россиянин Денис Ребриков обещал последовать его примеру). В-третьих, это редкий по сей день случай – открытие мирового масштаба сделано в чисто женском коллективе, Дудна и Шарпантье работали вместе на расстоянии десяти часовых поясов. Наконец, метод CRISPR/Cas9 стал известен и сам по себе – настолько он революционаризировал науку за неполные 10 лет своего существования.

Метод, который пришел в практические сферы – медицину и сельское хозяйство, – вырос из ужасно непрактичной работы: изучения иммунитета бактерий. Эммануэль Шарпантье – французский микробиолог, поработавшая в нескольких странах континентальной Европы, – исследовала болезнетворную бактерию Streptococcus pyogenes. Она обнаружила ранее неизвестный элемент иммунитета бактерии – особую молекулу РНК, tracrRNA. Шарпантье показала, что именно эта молекула обезвреживает заражающие бактерию вирусы, разрезая их ДНК. Это был 2011 год, она опубликовала статью и инициировала сотрудничество с более опытным биохимиком – американкой Дженнифер Дудна. Вместе они распознали потенциал этой системы – не как предмет изучения иммунитета бактерий, а как метод разрезания ДНК.

В естественном состоянии CRISPR/Cas9 системы лишь распознают вирусные ДНК, но исследовательницы смогли перепрограммировать их так, чтобы разрезать вообще любую ДНК в четко указанном месте. Этот метод был неизмеримо проще в использовании, надежнее и дешевле использовавшихся ранее методов модификации генома (те более или менее работали лишь для бактерий). Это был ящик Пандоры – теперь можно перепрограммировать практически любые клетки. Ботаники создают растения, устойчивые к грибку. Разработчики лекарств – клеточные и животные модели самых разных заболеваний человека. (Помните историю про гепатит C и шимпанзе? Теперь эта проблема во многом решена.) Кроме того, появилась осторожная надежда на лечение наследуемых генетических заболеваний – путем прямого редактирования генома.

На момент открытия Шарпантье работала в Швеции в Университете Умео, поэтому члены Нобелевского комитета и шведские журналисты приветствовали ее на телефонной пресс-конференции с особой теплотой и расспрашивали об этом ее этапе жизни с осведомленностью. Зато китайская журналистка задала довольно агрессивный вопрос о вере в Бога. Шарпантье обратила вопрос в шутку, и это справедливо. Сами лауреатки всегда настаивают на том, что их исследование – в первую очередь о пользе для человека, и настаивают на принятии во внимание этических барьеров для их внедрения.

Читайте далее:

Марш испанки. Доисторические микробы, военная цензура и самоубийства заболевших – будни эпидемии 100 лет назад

"Либо родители сидят на приеме, либо доктор им все пересказывает". В России отменили врачебную тайну для подростков

Тайна малайзийского "Боинга": что случилось с рейсом МН370