Нобелевские премии по медицине
(50-е годы XX века)
(Продолжение. Начало в № 10 (53) ноябрь 2004)

В 1956 г. премия была вручена Вернеру Теодору Отто Форсману (Германия) и двум ученым из США — Андре Фредерику Курнану и Дикинсону Вудрафу Ричардсу „за открытия, касающиеся катетеризации сердца и патологических изменений системы кровообращения“.

В 1929 г. Форсман, 25-летний врач, попрактиковавшись во введении катетера на лабораторных животных и трупах людей, ввел через правую локтевую вену катетер в собственное сердце, контролируя продвижение с помощью рентгеновского аппарата. Проведя около десяти опытов на себе, вводя в сердце рентгеноконтрастное вещество, получив снимки, Форсман объявил об их результатах на конференции Германского хирургического общества в 1931 г. Реакция научного общества в Германии была отрицательная, и Форсмана вынудили прекратить исследования.

В Нью-Йорке же предложение доктора Форсмана, наоборот, было принято с воодушевлением. Курнан, Ричардс изучали функции сердечно-сосудистой системы при различных патологических состояниях.

В 1936 г. они стали экспериментировать на собаках и шимпанзе, а в 1941 г. опубликовали сообщение о катетеризации сердца человека. Ими было сделано несколько усовершенствований и доказано, что катетер без ущерба для здоровья пациента может оставаться в сердце в течение нескольких часов. Все же главное заключалось не в этом: известная исследовательская группа в пользующейся высоким престижем клинике Бельвю Колумбийского университета как бы поставила знак качества на метод, казавшийся до того большинству врачей авантюрным. Именно это обстоятельство обеспечило катетеризации сердца триумфальное шествие по клиникам мира. В течение нескольких десятилетий катетеризация сердца оставалась высшим достижением диагностической техники.

В 50-е годы ХХ века премией имени Нобеля был отмечены ряд открытий в области биохимии.

В 1953 г. премия была вручена „за открытие цикла лимонной кислоты“ Хансу Адольфу Кребсу (Великобритания) и „за открытие коэнзима А и его значение для промежуточного обмена“ Фрицу Альберту Липману (США).

Ханс Кребс описал цикл трикарбоновых кислот — важнейшей части процесса тканевого дыхания. В 1937 г. он изучал промежуточные стадии метаболизма углеводов и обнаружил, что молочная и пировиноградная кислоты взаимно превращаются одна в другую. Пируват превращается в двухуглеродное соединение, взаимодействующее с четырехуглеродным оксалоацетатом, и образует шестиуглеродную лимонную кислоту, которая проходит через восемь реакций, и в результате высвобождается энергия.

В последней реакции снова образуется оксалоацетат, он соединяется с новой молекулой того же двухуглеродного вещества. Цикл замыкается, и каждый его оборот поглощает по одной молекуле двухуглеродного вещества, давая на выходе энергию в виде макроэргических связей и молекул АТФ.

Таким образом, Кребсу удалось свести многочисленные превращения родственных соединений в единый цикл лимонной кислоты, или цикл трикарбоновых кислот (Цикл Кребса). Не хватало только идентифицировать важное для протекания этих реакций двухуглеродное вещество.

Это вещество открыл Липман. Фриц Альберт Липман родился 12 июня 1899 г. в Кенигсберге, Германия (ныне — г. Калининград, Россия). Интерес к медицине привил мальчику его дядя, врач-педиатр. В 1917 г. Липман начал изучать медицину в университете Кенигсберга. Позже он учился в Берлине и Мюнхене. В 1939 г. он переехал в США. В 1941 г. Липман высказал идею о том, что главным переносчиком энергии в человеческом организме является АТФ.

В 1945 г. Фриц Липман объявил об открытии им и его коллегами коэнзима А, который, соединяясь с пируватом, образует ацетилкоэнзим А — то самое двухуглеродное вещество, формулы которого так не хватало для завершения описания цикла Кребса.

Открытия Кребса и Липмана объясняют, как происходят два противоположных процесса: катаболизм — совокупность реакций расщепления, результатом которых является производство энергии, и анаболизм — процессы синтеза, в которых энергия расходуется.

В 1955 г. Аксель Хуго Теодор Теорелль (Швеция) был удостоен премии „за открытия, касающиеся природы механизма действия окислительных ферментов“.

В 1930-е годы Теорелль описал расщепление и рекомбинацию рибофлавина. Он занимался изучением цитохрома с-фермента, катализирующего окисление в митохондриях. Ему удалось разделить кристаллический цитохром с на кофермент (катализатор) и апофермент (белок) и показать, что связь между этими частями молекулы осуществляется сульфатными цистеиновыми мостиками. Это был первый случай описания связи между простетической и собственно белковой частями в молекуле сложного белка. Теорелль показал подобные связи в каталазах, пероксидазах, изучал гем небелковой части молекулы гемоглобина. После второй мировой войны Теорелль получил в кристаллическом виде мышечный пигмент миоглобин. Выяснив структуру и функции вещества, он показал, что миоглобин является резервуаром кислорода. Этот запас используется мышцами при их активной работе, когда содержание кислорода крови недостаточно для обеспечения повышенных потребностей мышечных клеток. Миоглобин является источником „второго дыхания“.

Аксель Теорелль совместно с Брайтоном Чансом исследовали процесс окисления в организме и определили последовательность реакций, из которых складывается этот процесс. В частности, они установили роль ферментов с алкогольдегидрогеназ (механизм Теорелля-Чанса).

Одна из наиболее важных частей исследований Теорелля касалась скоростей ферментативных реакций и факторов, которые влияют на эти скорости.

Эксперименты ученого имели основополагающее значение для развития энзимологии (еще в 1876 г. В. Кене предложил растворимые ферменты называть энзимами (от греч. en — внутри и zume — закваска)).

В 50-е годы ХХ века Нобелевской премией дважды были отмечены генетики: Джордж Уэллс Бидл и Эдвард Лаури Тейтам „за открытие того, что гены регулируют определенные химические процессы“; а Джошуа Ледерберг (также ученый из США) „за открытия, касающиеся генетической рекомбинации и организации генетического аппарата бактерий“.

С 1937 г. Бидл и Тейтам исследовали влияние генов на функции организма. Они использовали дрожжевые грибы. Для повышения частоты мутации на грибы действовали рентгеновыми лучами.

Учеными было установлено, что структура каждого синтезируемого белка закодирована в одном из генов; таким образом, гены управляют синтезом белков, в том числе и ферментов, а ферменты (биологические катализаторы) регулируют биохимические процессы в организме.

Без открытия Бидла и Тейтама было бы невозможным все последующее развитие молекулярной биологии. Доказательство того, что существует цепочка событий „ген–фермент–реакция–функция“, способствовало поиску генных дефектов, вызывающих различные заболевания. Возможность заменять пораженные гены здоровыми создало новую науку — генную инженерию. В 1997 г. в Англии появилось на свет млекопитающее, чей геном был получен только от одного из родителей — клонированная овечка Долли. В 2000 г. был в основном завершен проект „Геном человека“, целью которого была полная расшифровка всех генов человека.

Методы, разработанные Бидлом и Тейтамом для нейроспоры, ученик Тейтама Ледерберг применил к еще более простым организмам — бактериям. В результате им было выяснено, что наследственность у бактерий, так же как и у других организмов, обусловлена генами и подчинена тем же законам генетики, что и наследственность других организмов. Он также установил, что бактерии способны размножаться половым путем, и при этом происходит рекомбинация — один из видов обмена генетической информацией.

Возможность искусственно регулировать генотип бактерий была использована в биотехнологии для производства многих ценных веществ.

В 1959 г. американцы Северо Очоа и Артур Корнберг получили Нобелевскую премию „за открытие механизмов биологического синтеза рибонуклеиновой и дезоксирибонуклеиновой кислот“.

Очоа выделил из микроорганизма полинуклеотидфосфорилазу — фермент, катализирующий синтез молекулы, похожей на РНК, и с его помощью в 1955 г. из „простых естественных предшественников“ синтезировал РНК в пробирке, как он рассказывал об этом в своей нобелевской лекции. Расщепляя полученное вещество фосфодиэстеразой и панкреатической рибонуклеазой, Очоа показал, что синтезированный им полирибонуклеозид представляет собой линейную цепочку.

Из кишечной палочки Корнберг выделил еще один фермент — ДНК — полимеразу и в 1957 г. с ее помощью синтезировал ДНК.

Создание ДНК и РНК — „носителей жизни“ вне живого организма („в пробирке“) — было исключительно важным для биологии событием. Работы Очоа и Корнберга создали новые направления в генетике и биохимии. Они были использованы при разработке способов лечения наследственных заболеваний и злокачественных опухолей.