Создатели эволюционных технологий

Сэр Грегори Уинтер. Фото Reuters

«Алгоритмы эволюции охватывают все в биологии, а в других областях такого нет», – заявил член Королевской академии наук Швеции, объявляя имена лауреатов Нобелевской премии по химии этого года. Впрочем, он мог вспомнить и знаменитый периодический закон, сформулированный Дмитрием Менделеевым и подтвержденный британским физикохимиком Генри Мозли в 1913 году. Этот закон впервые, можно сказать, утвердил принцип химической эволюции элементов, которая началась задолго до биологической.

Несколько позже была открыта трансмутация (превращение) элементов в результате разного рода распадов. И само это слово из словаря средневековых алхимиков – трансмутация – было перенято народившейся на переломе веков генетикой. Один из отцов генетики, Томас Морган, заговорил о мутациях генов, активно проявляющихся в фенотипах, или внешнем виде организмов. Морган, получив нобелевские деньги, отбыл из подвала Колумбийского университета в Нью-Йорке на дальний запад, в солнечную Калифорнию, где обосновался в Калифорнийском технологическом институте (Калтеке). Там после него работал и Лайнус Полинг, открывший скрученную, как винтовая лестница, спираль белков.

Вся эта предыстория имеет непосредственное отношение к нынешним лауреатам Нобелевской премии по химии за 2018 год.

Френсис Арнольд. Фото Reuters

В лаборатории, названной именем Полинга, работает родившаяся в 1956 году Френсис Арнольд, предложившая в 1993 году метод направленной эволюции протеинов, то есть получения белков с четко заданными параметрами и активностью. Отвечая на вопрос о сути своего открытия, она сказала, что может «изменить все, что записано в ДНК».

Арнольд живет со своей семьей и единственным сыном в благословенной Калифорнии, и теперь нужно ждать проявления научных генов в нем.Френсис родилась в семье физика-ядерщика, так что «научные гены» ей было от кого получить. Окончив школу в одном из районов Питтсбурга, ринулась в Вашингтон, чтобы принять участие в бурных демонстрациях против войны во Вьетнаме. Это не помешало Френсис получить степень бакалавра в престижном Принстоне, а через семь лет защитить диссертацию в калифорнийском Беркли. Предложенный ею метод подразумевает получение «библиотеки» мутантных генов, которые затем воспроизводятся в клетках кишечной палочки, после чего отбираются варианты белков с желаемой специфичностью и необходимой активностью.

Вместе с нею над созданием эволюционных технологий работают и два других лауреата, получившие половину от почти миллионной суммы нобелевской награды. Джордж Смит, родившийся в военном 1941 году, рос в городке Норуоке, что рядом с Лос-Анджелесом. Тяга к науке подвигла его поступить в Гарвард, где он и получил в 1970 году «философскую» степень.

В начале 70-х все биологи бредили нарождающимися молекулярной и биотехнологией. Достаточно сказать, что незадолго до того Френсис Крик, сооткрыватель двойной спирали ДНК, расшифровал «код жизни». А это открывало необычайные возможности как для фундаментальной науки, так и для практических ее воплощений.

Джордж Смит. Фото Reuters

Смит, перебравшись из Гарварда в  Колумбус, где расположен Университет штата Миссури, предложил так называемый фаговый дисплей. Он использовал те самые молекулярные библиотеки, но с помощью мутантных вирусов бактерий (бактериофагов). Этот метод создал возможность довольно быстрого и легкого получения протеинов и их «осколков»-пептидов с желательными свойствами (благодаря сочетанию  генотипа и фенотипа). Речь идет о включении гена внутреннего вирусного белка в ген оболочечного протеина, что позволяло сразу видеть генную специфичность и функцию. А это помимо решения теоретических вопросов дало возможность быстрого снабжения биотехнологов нужными генами.

Френсис Крик был физиком в Кембридже. Неудивительно, что в Кембридже была создана Лаборатория молекулярной биологии, где в 1975 году немец Георг Колер получил первые моноклональные антитела (МАТ – mab), за что вместе со своим руководителем Сезаром Мильштейном был удостоен Нобелевской премии 1984 года. В середине 1980-х в МАТ видели панацею, однако на пути к ней были большие препятствия. Главное из них – МАТ были мышиными, иммунная система человека их не воспринимала.

Поэтому перед биотехнологией встала задача «гуманизации» этих важных протеинов иммунной системы. Сэр Грегори Уинтер, третий нынешний химик-лауреат, занялся этим процессом. Он родился в 1951 году в Ньюкасле. В 1977 году получил степень в кембриджском Тринити-колледже. В Лаборатории молекулярной биологии университета он сначала гуманизировал МАТ, которые под названием адалиму-маб (Adalimu-mab) стали первыми, которые были одобрены к применению для лечения ревматоидного артрита, псориаза и кишечных расстройств.

Уинтер на волне успеха основал компанию. Исследователи, работавшие в этой компании, сумели «отщипнуть» активные участки антител, что ускорило и удешевило их получение (компания была через несколько лет куплена одним из фарм-гигантов за пару сотен миллионов долларов).