Медицина

Нобелевские лауреаты: Джеральд Эдельман

От антител к сознанию

Американский иммунолог и нейрофизиолог Джеральд Морис Эдельман

McGill University/Pixnio/Indicator.Ru

Как от карьеры скрипача перейти к карьере военного врача, затем получить Нобелевскую премию за работы по биохимии, а после уйти с головой в нейробиологию и применить к мозгу теорию Дарвина, рассказывает очередной выпуск нашей рубрики «Как получить Нобелевку».

Джеральд Морис Эдельман

Родился: 1 июля 1929 года, Куинс, Нью-Йорк, США.

Умер: 17 мая 2014 года, Ла-Холья, Сан-Диего, Калифорния, США.

Нобелевская премия по физиологии или медицине 1972 года (1/2 премии, совместно с Родни Портером). Формулировка Нобелевского комитета: «За открытия, касающиеся химической структуры антител (for their discoveries concerning the chemical structure of antibodies)».

Наш герой родился в еврейской семье врача Эдварда Эдельмана и специалистки по страхованию Анны Эдельман (в девичестве Фридман). И первое, чему начал учиться наш герой, это игра на скрипке. Он учился много лет, собираясь стать концертирующим музыкантом, но в конце концов понял, что у него нет какого-то внутреннего огня для того, чтобы продолжать.

Он поступил в Урсинус-колледж в Пенсильвании, в 1950 году получил степень бакалавра наук по химии, окончил медицинскую школу Пенсильванского университета и в 1954 году стал MD — врачом с правом на практику. Этим правом он и воспользовался в Центральном госпитале Массачусетса. Впрочем, даже тогда до начала научной карьеры дело еще не дошло. Эдельман пошел в армию и служил военным врачом в гарнизонном госпитале в Париже. Демобилизовался он в 1957 году, только тогда, почти в 30, решив заняться биохимией.

Он начал работать над своими тезисами в Рокфеллеровском университете под руководством Генри Кункеля, биохимика, изучавшего структуру антител. Естественно, он начал заниматься антителами, пытаясь разгадать структуру этих необычных молекул.

Китасато Сибасабуро

Wikimedia Commons

Здесь нужно сделать небольшое отступление и немного сказать об истории изучения самих антител. Фактически первое свидетельство их существования получили японский ученый Китасато Сибасабуро вместе с будущим первым нобелевским лауреатом Эмилем фон Берингом. Развивая сывороточную терапию, Сибасабуро и Беринг в 1890 году показали, что в крови есть некоторые вещества, которые взаимодействуют с попавшими в нее патогенами и нейтрализуют их. Затем еще один будущий нобелевский лауреат, Пауль Эрлих, представил теорию боковых цепей. Эта теория впервые объясняла принципы взаимодействия антител и антигенов. Эрлих предположил, что рецепторы — «боковые цепи» — на поверхности клеток могут специфично взаимодействовать с участками на поверхности антигенов. А, да. Собственно говоря, именно Эрлих и сказал первым Antikörper. То есть «антитело». Дальше эстафету принял еще один лауреат Нобелевской премии, Карл Ландштейнер, человек, который спас больше всех людей в истории, открыв группы крови. Он выяснил, что организм человека может вырабатывать миллионы различных антител, каждое из которых взаимодействует со строго определенным антигеном.

Постепенно стало понятно две вещи. Во-первых, антитела — это белки. Иммуноглобулины (Ig). Во-вторых, их миллионы. Что привело в 1950-е годы к большим проблемам.

Начнем с того, что к тому времени уже была сформирована догма «один ген — один белок». Но если бы каждое антитело кодировалось отдельным геном, вся «память» ДНК ушла бы только на антитела. Кроме того, исследователи антител (в том числе, и Родни Портер, о котором речь пойдет в следующем выпуске) полагали, что эти белковые молекулы состоят из одной аминокислотной цепи. Что оказалось неверным, и это сразу же понял Эдельман — ведь даже 51-аминокислотный инсулин состоял из двух цепочек, а в антителах, основную часть которых составляют антитела IgG, — 1300 аминокислот!

Эдельман решил расщепить антитела на части, после чего разобраться с отдельными «кусочками». Оказалось, что части антител сшиты дисульфидными мостиками. Это открытие Эдельман сделал еще до получения степени PhD!

А в 1965 году ученый с коллегами решились на «совершенно безумную затею — изучать всю молекулу целиком; это была ужасно большая работа». И в итоге они расшифровали всю последовательность IgG миеломы! К тому времени и Эдельман и Родни Портер (работы 1961 и 1962 годов) показали, что антитело состоит из двух компонентов — легкой и тяжелой цепей. Сейчас мы знаем, что именно концы легкой и тяжелой цепей образуют сайт связывания антигена с антителом, а многообразие антител как раз и обуславливается различными комбинациями легкой и тяжелой цепей. Эту теорию впервые выдвинул Эдельман с коллегой Джозефом Гелли, но она нашла подтверждение только после Нобелевской премии.

Строение антитела. 3 — тяжелые цепи, 4 — легкие, S-S — дисульфидные мостики, 5 — антигенсвязывающие участки

Wikimedia Commons

Итогом достижений нашего героя стала Нобелевская премия, которую он разделил с Родни Портером.

«Некоторые науки волнуют нас своей универсальностью, а некоторые — своей предсказательной силой. Однако иммунология особенно увлекательна, потому что она порождает необычные идеи, некоторые из которых нелегко найти в других областях исследований. Действительно, многие иммунологи считают, что именно по этой причине иммунология оказывает большое влияние на другие отрасли биологии и медицины. В таких случаях, как этот, когда мне оказана очень большая честь, я чувствую себя тем более привилегированным, что могу говорить о некоторых фундаментальных идеях иммунологии и особенно об их связи со структурой антител», — так начал свою Нобелевскую лекцию Эдельман.

Интересно, что после Нобелевской премии 43-летний лауреат не стал почивать на лаврах, а постепенно сменил свою область и перешел в нейробиологию, применив там те самые принципы, о которых он сам говорил в Нобелевской лекции. Главным достижением лауреата стало создание теории «нейронального дарвинизма». В 1978 году Эдельман заявил: подобно тому как попавший в иммунную среду антиген (вирус, бактерия etc) не «учат» ее создавать новое антитело, а проводят своеобразный дарвиновский отбор нужного антитела, которое затем клонируется, работает и нервная система. Новый раздражитель запускает цепь отбора существующих нейрональных связей, пока не найдется максимально подходящая. Идеи нобелевского лауреата объясняли огромную гибкость мозга при ответе на разные стимулы постоянно меняющейся среды. Забавно, что теория нейронального дарвинизма подвергалась критике со стороны другого нобелевского лауреата, перешедшего от молекулярной биологии к нейронаукам, — Фрэнсиса Крика. Еще интереснее, что сейчас в нейробиологии (в области изучения гиппокампа, памяти и энграммных клеток, а также болезни Альцгеймера) несколько десятилетий весьма успешно работает еще один нобелевский лауреат, получивший премию за антитела: Судзуми Тонегава. В 1987 году его наградят как раз за открытие генетического принципа разнообразия антител.

Судзуми Тонегава

Wikimedia Commons

«Наука — это воображение, служащее проверяемой истине, и это служение действительно является общим. Это не может быть жестко спланировано. Скорее, это требует свободы и мужества, а также множественного вклада многих различных типов людей, которые должны поддерживать свою индивидуальность, отдавая ее группе», — сказал Эдельман в своем выступлении на Нобелевском банкете.