Цикл работ Есинори Осуми и присуждение ему Нобелевской премии — это триумф системного, классического подхода в биологии, когда фундаментальный, основополагающий процесс был открыт за счет правильного выбора объекта исследований и кропотливого труда. Труда, который далеко не сразу был оценен по достоинству.
Фото: Reuters
Что же обнаружил Есинори Осуми? С середины XX века исследователи наблюдали в клетках эукариот (организмов, имеющих в клетке ядро) процессы деградации (разборки) органелл — аутофагию — в лизосомах. Наблюдались эти процессы в крупных клетках высших организмов, животных и растительных. В этом и состояла главная трудность. Сложные сети биохимических реакций, большое число одновременных процессов, многоуровневая регуляция и разнообразные реакции на стресс в клетках высших организмов долгое время не позволяли понять механизм и генетическую регуляцию аутофагии. Поэтому до начала 1990-х годов оставалось неясно, как клетка обеспечивает своевременную разборку "лишних" или "испорченных" своих элементов. Кроме утилизации органелл процессы аутофагии помогают клетке бороться с инфекциями внутриклеточных микроорганизмов (бактерии, вирусы, простейшие), а те, в свою очередь, стремятся подавить процессы аутофагии, противостоя защитным механизмам клетки.
Успех пришел к Есинори Осуми благодаря тому, что он выбрал для исследований самый простой организм из эукариот — дрожжи. Их клетки слишком малы, что отталкивало других исследователей, но ввиду эволюционной "молодости" изучать основополагающие процессы на дрожжах оказалось очень эффективно. Сначала Есинори Осуми доказал, что процессы аутофагии в дрожжах происходят так же, как и в клетках высших эукариот, ну, а дальше было делом техники установить гены, отвечающие за этот процесс у дрожжей. Позднее выяснилось, что те же гены отвечают за процессы аутофагии и у человека. Так на примере дрожжей был обнаружен общий для всех эукариот (и человека в том числе) фундаментальный клеточный процесс.
Огромное число работ (их количество увеличилось с 30-40 в год в период 1970-2003 годов до 4000 в 2015 году) посвящено исследованию аутофагии и ее роли в развитии различных заболеваний. Есть надежда, что понимание процессов деградации клеточных "отходов" позволит победить нейродегенерацию (болезни Альцгеймера, Паркинсона, боковой амиотрофический склероз и пр.). Если научиться управлять аутофагией, можно стимулировать гибель раковых клеток и запустить процессы регенерации в преклонном возрасте. Пока это фантастика, но уже вполне научная.
Как работает механизм аутофагии
Фото: AFP
Что такое дрожжи
Сейчас к дрожжам принято относить все те грибы, которые способны вегетативно размножаться в одноклеточной форме, независимо от того, имеют ли они мицелиальную фазу в жизненном цикле и родственны аскомицетовым или базидиомицетовым грибам. В числе дрожжей сейчас рассматривают даже гаплоидные одноклеточные стадии таких грибов, которые образуют макроскопические плодовые тела. При таком понимании граница между дрожжами и мицелиальными грибами становится расплывчатой, а классификация дрожжей сливается с общей системой грибов. В связи с таким новым подходом к трактовке группы дрожжей существенно расширяется и поиск дополнительных биологических способностей, которые могут быть полезными для человека. Традиционно с доисторических времен дрожжи используются в бродильных производствах, в пищевой промышленности и для получения кормовых препаратов на разных источниках сырья; но теперь разрабатываются и новые пути применения дрожжей — для синтеза многих ценных веществ: полисахаридов, различных ферментов и коферментов, микоцинов, витаминов, органических кислот, полиолов, каротиноидов и пр. Наконец, дрожжи используются как векторные системы в биотехнологических производствах инсулина, интерферона, гетерологических белков и пр.