Направленная эволюция и катализаторы ферментов: Нобелевская премия по химии

3 октября объявили лауреатов Нобелевской премии по химии. Ими стали: Фрэнсис Арнольд (Frances Arnold), Джордж Смит (George Smith) и сэр Грегори Винтер (Sir Gregory Winter). Престижную премию команда получила за создание новых ускоряющих реакции ферментов, применение которых безгранично: от синтезирования новых лекарств до создания экотоплива, — и за исследования направленной эволюции.

Награда в 9 млн шведских крон (более $1 млн) будет разделена между тремя учеными. Фрэнсис Арнольд (США) получит половину призовой суммы за создание метода направленной эволюции молекул, способных катализировать биохимические реакции. Она является пионером в этой области: первый успешный опыт был проведен ею в 1993 году.

Как эволюцию можно направить?

Фрэнсис Арнольд предложила изменять структуру гена, синтезирующего определенный белок, не точечно, а массово. Таким образом из одного гена создается множество других, обладающих незначительными отклонениями. Так создается «библиотека генов», из которой впоследствии ученые выбирают нужные гены с новыми свойствами и могут применять их для создания различных веществ с нужными функциями и эффективностью. Так, например, гены могут убыстрять и замедлять реакции.

Сложность метода заключается в огромном количестве новых генов. Для того чтобы оптимизировать «библиотеку», было принято решение создавать ее ответвления, с небольшими наборами воссозданных генов, которую(ые?) впоследствии дополняют новыми результатами исследований. По своей сути этот процесс повторяет эволюцию, за тем только исключением, что человек напрямую выбирает нужное направление.

Фаги во благо

Джордж Смит (США) и Грегори Винтер (Великобритания) получат оставшуюся сумму премии за создание фагового дисплея, который позволит определять и выбирать нужные ученым молекулы, пептиды и антитела.

Давайте разберемся, как работает фаговый дисплей.

Фаги — это вирусы, поражающие бактериальные клетки.
Фаговый дисплей работает следующим образом: нужный ген, который является частью кода белка, встраивают в ген фага, отвечающий за синтезирование белка внешней оболочки вируса (капсида), в результате чего фаг приобретает способность «отображать» исследуемый белок на оболочке вируса.

Область применения такого дисплея безгранична, но особенно важен этот метод для создания антител, которые имеют идеальные условия для связи с раковыми клетками, увеличивая эффективность антитела в десятки, сотни и, возможно, тысячи раз.

Польза — в чем?

Как мы уже упоминали в статье, два главных направления, в которых ведется активное использование методов направленной эволюции и фагового дисплея, — синтез новых лекарств и создание экологического топлива. Все это создает условия для направленной модификации. С ее помощью возможно создание не только новых биохимических элементов, но и появление новых свойств биологического организма. Увеличение продолжительности жизни, устойчивость к различным вирусам и болезням, естественным эволюционным процессам. Результаты работы этих ученых так или иначе коснутся каждого человека на Земле.