Читаем Итоги № 42 (2013) полностью

Когда речь идет о нобелевских открытиях, реальность часто оказывается гораздо интереснее самой невероятной научной фантастики. Возьмем клетки нашего тела: это тысячи и тысячи крошечных фабрик — с собственным сырьем, технологиями и рабочей силой. Объем выполняемых работ поистине гигантский, а век короток: каждый день в организме взрослого человека умирает от 50 до 70 миллиардов клеток. Всю эту махину нужно утилизировать и при этом создать столько же новых фабрик. Трое американских ученых, которым Нобелевский комитет присудил самую престижную премию по медицине и физиологии 2013 года, сумели понять, как устроено транспортное предприятие, обслуживающее это грандиозное производство. Оказывается, в наших клетках есть собственная служба доставки, перевозящая грузы туда-сюда. 

Транспортный цех

Профессор из Беркли Рэнди Шекман, ставший свежеиспеченным нобелевским лауреатом, в конце 70-х годов прошлого века идентифицировал гены, отвечающие за клеточный транспорт. Каждая клетка нашего тела представляет собой сложную структуру. Окружающая ядро цитоплазма содержит мембранные мешочки — органеллы. Такие перегородки защищают клетку: если в нее попадут молекулы какого-нибудь опасного вещества, то не смогут свободно по ней перемещаться. Однако те же самые мембраны создают определенные сложности для происходящих в клетке процессов. У каждой органеллы своя специализация. Чтобы выполнить работу, они должны обмениваться разными веществами. Некоторые вещества при этом приходится отправлять даже за пределы клетки. Как молекулам проникнуть через мембраны? Для этого существует особая служба доставки. Крошечные пузырьки — везикулы — переносят внутри себя самые разнообразные вещества: белки, гормоны, цитокины, энзимы, нейромедиаторы. Донеся молекулы до нужного места, они, как настоящие грузовики, сгружают содержимое, выпуская его наружу. Об этих пузырьках знали и раньше: их можно увидеть с помощью электронного микроскопа. Одно было непонятно: как везикулы узнают, куда именно доставить груз? И кто отвечает за точность доставки? 

Рэнди Шекман вместе с коллегой Питером Новиком на примере пекарских дрожжей решил исследовать гены, регулирующие внутриклеточный транспорт. Из сотен штаммов дрожжей ученые выбрали такие, которые нормально размножаются при комнатной температуре, но при небольшом нагревании начинают накапливать генетические мутации. Потом отобрали мутанты с поломками в механизмах везикулярного транспорта. «Такие вещи можно хорошо увидеть с помощью электронного микроскопа: в специализированных отделах клеток скапливаются заторы из пузырьков», — рассказывает сотрудник Института эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова член-корреспондент РАН Лев Магазанник. В конце концов ученым удалось определить 23 транспортных гена, которые они разделили на три группы в зависимости от того, в каких отделах клетки возникали пробки из везикул при мутациях. Одни гены отвечали за доставку веществ в эндоплазматический ретикулум — мембранную сеточку внутри клетки, где происходит биосинтез белков. Другие регулировали перемещение веществ в аппарате Гольджи — целой системе мембранных мешочков: там происходит созревание синтезированных белков. Третьи регулировали доставку молекул на поверхность клетки. Чем не транспортная служба, обеспечивающая работу целой клеточной фабрики? Позже Рэнди Шекман пошел еще дальше и сумел понять, как происходит «сборка грузовиков» для доставки веществ — обнаружил промежуточные стадии формирования везикул и связал их с работой конкретных генов. Но это было только начало. Ученым предстояло подобраться еще ближе к работе клеточных машин. 

Куда разгружать?