Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
Л. Краусс
«Страх физики». Глава из книги


А. Акопян
Как ищут тёмную материю


И. Акулич
Идеальный почтовый индекс


А. Бердников
Интерференция в домашних условиях. Плёнки и антиплёнки


Интервью с Л. Марголисом
Леонид Марголис: «Мне всегда было интересно, как клетки разговаривают друг с другом»


А. Иванов
Сибирь и Северная Америка были единым целым более миллиарда лет назад


П. Амнуэль
Одиночество во Вселенной


Р. Фишман
Детективы каменного века


О. Макаров
Животные, которые дарят надежду


Б. Штерн
Шкловский — 100







Главная / Новости науки версия для печати

Нобелевская премия по физиологии и медицине — 2007


Лауреаты Нобелевской премии по физиологии и медицине за 2007 год. Слева направо: Марио Капекки, Оливер Смитис и сэр Мартин Эванс. Фото с сайтов: www.alumni.utah.edu, www.unc.edu и www.telegraph.co.uk
Лауреаты Нобелевской премии по физиологии и медицине за 2007 год. Слева направо: Марио Капекки, Оливер Смитис и сэр Мартин Эванс. Фото с сайтов: www.alumni.utah.edu, www.unc.edu и www.telegraph.co.uk

Нобелевскую премию по физиологии и медицине в этом году получат Марио Капекки, Оливер Смитис и сэр Мартин Эванс за «открытие принципов введения специфических генных модификаций в организм мышей посредством эмбриональных стволовых клеток», то есть за изобретение метода нокаута генов.

На днях были объявлены лауреаты Нобелевской премии по физиологии и медицине 2007 года. Премию этого года разделят Марио Капекки (Mario R. Capecchi) из Университета Юты (США), Оливер Смитис (Oliver Smithies) из Университета Северной Каролины и сэр Мартин Эванс (Sir Martin J. Evans) из Кардиффского университета (Великобритания). Премия присуждена за «открытие принципов введения специфических генных модификаций в организм мышей посредством эмбриональных стволовых клеток» («for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of embryonic stem cells»), то есть за изобретение метода нокаута генов (gene knockout). Этот метод, разработанный лауреатами в конце восьмидесятых годов, широко используется в современных генетических исследованиях для определения функций генов.

Марио Капекки родился в 1937 году в Вероне (Италия). Его отец, летчик, погиб на войне, а мать попала в немецкий концлагерь за антифашистскую деятельность. В четыре года Капекки остался беспризорным. К счастью, ему удалось выжить, а мать нашла его после освобождения из концлагеря. Вскоре он вместе с матерью переехал в Соединенные Штаты, где и получил образование. Диссертацию по специальности «Биофизика» он подготовил в Гарварде под руководством одного из первооткрывателей структуры ДНК, Джеймса Уотсона (James D. Watson). C 1973 года Капекки работает в Университете Юты.
Оливер Смитис родился в Галифаксе (Англия) в 1925 году. Он учился в Оксфорде, где и защитил диссертацию по специальности «Биохимия». В пятидесятых годах Смитис намеревался эмигрировать в США и работать в Университете Висконсина (где он и начал впоследствии опыты, принесшие ему мировую славу), но из-за проблем с визой (sic!) в течение семи лет (1953–1960) жил в Канаде и работал в Торонтском университете. В 1988 году Смитис вместе с женой, которая не смогла найти себе позицию в Висконсине, переехал в Северную Каролину и стал работать в Университете Северной Каролины, где сотрудничает и поныне. Смитис — дальтоник, но несмотря на это не только успешно занимается биохимией, но и увлекается планеризмом.
Мартин Эванс родился в Великобритании в 1941 году и учился в Кембридже и в Университетском колледже в Лондоне. Он работал в Университетском колледже (1966–1978) и в Кембридже (1978–1999), а с 1999 года работает в Кардиффском университете в Уэльсе. В 2004 году Мартин Эванс был посвящен королевой Елизаветой II в рыцари за заслуги перед медициной.

Метод нокаута генов позволяет получать линии нокаутных мышей (knock-out mice, knockout mice) — мутантных мышей, у которых выключены определенные гены. Этот метод позволяет исследовать роль каждого конкретного гена в развитии организма и в его нормальной и патологической работе и изучать различные человеческие болезни, используя мышей в качестве модельных объектов. Выключенный ген приводит к тем или иным нарушениям. Характер этих нарушений позволяет судить о функциях данного гена. С тех пор как эта методика была разработана, ее применение позволило создать тысячи различных линий нокаутных мышей, из которых несколько сотен служат модельными объектами для изучения человеческих болезней, в частности заболеваний сердечно-сосудистой и нервной систем и злокачественных опухолей.

Нокаутные мыши. Фото из сообщения о присуждении Нобелевской премии по физиологии и медицине 2007 года на сайте журнала Nature
Нокаутные мыши. Фото из сообщения о присуждении Нобелевской премии по физиологии и медицине 2007 года на сайте журнала Nature

В основе метода лежит явление гомологичной рекомбинации — обмена соответствующими участками между парами гомологичных хромосом. Марио Капекки и Оливер Смитис независимо друг от друга изобрели способ выключения (нокаутирования) генов за счет гомологичной рекомбинации с участием искусственно синтезированных фрагментов ДНК, имеющих определенную последовательность нуклеотидов, соответствующую участку одного из генов, но некоторым образом видоизмененную. Такие фрагменты вводят в выращиваемые в культуре (то есть в искусственной среде отдельно от организма) клетки посредством электропорации — через поры в клеточной мембране, созданные искусственно с помощью электрического поля. За счет рекомбинации в некоторых из клеток культуры введенная последовательность внедряется в хромосому на место нормальной.

Если видоизменить внедряемую последовательность определенным образом, то на основе испорченного таким образом гена у получивших этот ген клеток будет синтезироваться нефункциональный (не выполняющий своей функции) белок, или вообще не будет синтезироваться никакого белка. Если видоизменить исходную последовательность, не только испортив некоторый ген, но и добавив другой ген, не свойственный мышиным клеткам и делающий их устойчивыми к действию некоторого антибиотика, рекомбинантные клетки можно легко отделить от остальных, подействовав на культуру данным антибиотиком, и получить таким образом культуру рекомбинантных клеток. Капекки и Смитис научились выключать с помощью этого метода гены в культурах клеток, но разработанная ими технология еще не позволяла получать нокаутные многоклеточные организмы.

Мартин Эванс, который около 1980 года одним из первых разработал способ выращивания в культуре эмбриональных стволовых (недифференцированных) клеток мышей, впоследствии изобрел метод, позволяющий передавать определенные гены потомству мышей, этими генами не обладающих. Он вводил стволовые клетки, полученные из эмбрионов мышей одной линии, в эмбрионы мышей другой линии и, используя какую-либо мышь в качестве суррогатной матери, вынашивающей эти эмбрионы, получал химерных мышей (состоящих из клеток, полученных от разных организмов). У некоторых из них предшественники гамет (половых клеток) были потомками инъецированных в эмбрионы стволовых клеток. Потомству таких химер доставались гены той линии, от которой были взяты стволовые клетки. Отбирая потомков химер, обладающих признаками этой линии, Эванс получил мышей, генетически идентичных инъецированным ранее в эмбрионы стволовым клеткам.

Затем Эванс модифицировал этот метод для получения трансгенных мышей (то есть мышей с искусственно внедренными генами), добавляя гены в хромосомы инъецируемых стволовых клеток c помощью ретровирусов (вирусов, гены которых встраиваются в хромосомы клеток хозяина). Потомки химер, полученных таким способом, если у этих химер предшественники половых клеток образовывались из инъецированных в эмбрион стволовых клеток, оказывались носителями внедренного в стволовые клетки гена.

Достижения Эванса сделали возможным создание мышей, у которых определенный ген был бы выключен посредством нокаутирования за счет гомологичной рекомбинации с участием искусственно синтезированных фрагментов ДНК, то есть объединив метод Эванса с методом Капекки и Смитиса — нокаутируя гены в инъецируемых в эмбрион стволовых клетках. Именно в лабораториях Капекки и Смитиса (снова независимо, и в разных вариантах) подобный модифицированный метод и был впервые применен на практике, положив начало множеству работ с нокаутными мышами.

Схема получения нокаутных мышей. В эмбриональные стволовые клетки мышей некоторой чистой (то есть генетически однородной) линии (в данном случае — черного цвета) вводят фрагмент ДНК, содержащий мутантный (поврежденный) ген. Этот фрагмент встраивается в хромосомы — нередко только в одну из двух гомологичных хромосом клетки. Полученные мутантные стволовые клетки вводят в зародыши мышей другой линии (в данном случае — бурых) на ранней стадии развития и имплантируют эти зародыши в организм суррогатной матери. Рождаются химерные мыши, некоторые из которых (те, у кого предшественники половых клеток развились из инъецированных стволовых клеток) производят исключительно черное потомство. Если у каждой из таких мышей мутантный ген имеется в одной из двух гомологичных хромосом, то, в соответствии с менделевским расщеплением, приблизительно половину их потомства составят носители мутантного гена, а четверть — гомозиготы, имеющие мутантный ген в обеих хромосомах пары и, соответственно, не имеющие ни одной копии нормального (неповрежденного) гена. Потомство таких гомозигот будет чистой линией мышей, нокаутных по данному гену. Иллюстрация с сайта www.fhcrc.org (© 2007 Fred Hutchinson Cancer Research Center)

Применение метода нокаута генов стало особенно актуальным в последние годы, после завершения секвенирования (прочтения последовательности) полных геномов как человека (2003), так и мыши (2002), а также ряда других видов животных. Последовательно нокаутируя различные гены в пределах мышиного генома, исследователи выясняют функции каждого из них. Учитывая, что у человека и мыши очень многие гены сходны и выполняют одни и те же функции, нокаутные мыши предоставляют исследователям богатый материал для изучения роли генов в нормальном развитии и жизни человеческого организма и в патологических процессах. По-видимому, рано или поздно благодаря методу нокаута генов удастся изучить свойства всех (нескольких десятков тысяч) генов мышиного генома. Работы в этом направлении ведутся во многих странах мира, не исключая и Россию.

Метод нокаута генов можно применять не только на мышах, но и на других животных. Однако именно нокаутные мыши нашли особенно широкое применение — в связи с тем, что они эволюционно (и, соответственно, генетически) довольно близки к человеку, а получить нокаутные линии у них намного проще, чем у большинства других лабораторных животных. В частности, у крыс первые нокаутные линии были получены только в 2003 году, через много лет после создания первых нокаутных мышей.

Церемония награждения Нобелевскими премиями состоится, как обычно, 10 декабря, в день смерти Альфреда Нобеля (1896), в Стокгольме.

В прошлом году Нобелевскую премию по физиологии и медицине получили Эндрю Файр (Andrew Z. Fire) и Крейг Мелло (Craig C. Mello) за открытие другого пути выключения генов — РНК-интерференции, которая может происходить даже на поздних стадиях развития организма под действием участка двухцепочечной РНК, последовательность нуклеотидов в котором соответствует фрагменту выключаемого гена. При этом выключение происходит не за счет повреждения самого гена в хромосоме, а за счет уничожения считанных с него матричных РНК. Их уничтожение не позволяет синтезировать белок, кодируемый данным геном.

Источник: Alison Abbott. Biologists claim Nobel prize with a knock-out // Nature News. Published online 9 October 2007.

Cм. также:
1) The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007 (сообщение на официальном сайте Нобелевского комитета).
2) Edyta Zielinska. Capecchi, Smithies and Evans share the Nobel // The Scientist. Published 8 October 2007.
3) Knockout Mice (нокаутные мыши в вопросах и ответах на сайте американского Национального института исследований генома человека — National Human Genome Research Institute).

Петр Петров


Комментировать



Последние новости: ГенетикаМедицинаНаука и обществоНобелевские премииПетр Петров

11.07
Архаичные гены костных ганоидов разнообразнее, чем у более молодых групп позвоночных
15.06
Получение генов пектиназ от протеобактерий резко ускорило видообразование палочников
14.06
Полиплоидность предков эукариот — ключ к пониманию происхождения митоза и мейоза
10.06
Удалось выяснить, почему рак может уснуть и проснуться через много лет
7.06
Индийская община Бней-Исраэль не может быть одним из десяти потерянных колен
6.06
Промышленный меланизм бабочек получил генетическое объяснение
2.06
Обнаружено фундаментальное сходство между развитием актинии и развитием позвоночных
18.05
Обнаружены одноклеточные организмы с ядром, но без митохондрий
16.05
Уровень полученного образования отчасти зависит от генов
13.05
Удалось проследить зарождение и развитие меланомы от первой раковой клетки

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия