30 Нобелевских премий: Открытия, изменившие медицину - Лев Иноземцев

Когда в 1986 году Роберт Ферчготт, Луис Игнарро и Ферид Мурад независимо друг от друга обнаружили, что короткоживущий газ оксид азота NO эндогенно продуцируется в организме и действует как сигнальная молекула между клетками, — это было сенсацией. Эти результаты открыли новую главу в биомедицинских исследованиях и предвещали фантастические научные достижения.

Еще в 1980 году Роберт Ферчготт доказал, что внутренний клеточный слой кровеносных сосудов, эндотелий, обладает не только механическими защитными свойствами, как считалось до сих пор. Ферчготт продемонстрировал, что от присутствия эндотелия зависит сокращение и расслабление кровеносных сосудов. В результате блестящего, так называемого сэндвич-эксперимента он сделал ключевое открытие, которое заложило основу для будущих научных разработок. В сэндвич-исследовании рассматривались разные части аорты. В одной эндотелиальный слой не был поврежден, а в другой он был удален. Сначала Ферчготт убедился, что часть без эндотелия сокращается при стимуляции, и подготовил аорту с целым эндотелием таким образом, чтобы не были возможны ни ее сокращение, ни расслабление. Затем исследователь сложил обе части аорты как сэндвич и обнаружил, что теперь ни одна из частей не сокращалась при такой же стимуляции, как в подготовительном опыте. Отсюда Ферчготт сделал вывод, что в эндотелии продуцируется некое неизвестное вещество, «фактор эндотелиальной релаксации», которое и расслабило часть аорты без эндотелия, не дав ей ответить сокращением на стимуляцию. Это открытие положило начало научной охоте на неизвестное вещество из эндотелия. Поиск длился шесть лет, выдвигались различные гипотезы. Одина из них заключалась в том, что в процессе расслабления аорты участвовали нитросоединения.

Рис. 25. Формула нитроглицерина

Почву для исследований в этом направлении подготовил Ферид Мурад. Он знал, что нитроглицерин активирует в аортальных мышечных клетках фермент гуанилилциклазу, которая способствует выработке циклического гуанозинмонофосфата (цГМФ), что в свою очередь вызывает релаксацию мышц. Мурад выдвинул предположение, что нитроглицерин действует именно из-за того, что выделяет оксид азота NO. Ученый проверил свою гипотезу, просто пропустив газ NO через тканевый препарат, содержавший гуанилилциклазу. Действительно, производство цГМФ увеличилось! Был обнаружен новый способ воздействия на ферменты для активации их функций. Так Мурад выявил принцип работы нитроглицерина, остававшийся неизвестным более ста лет, — а ведь все это время нитроглицерином успешно лечили стенокардию! Эксперименты Ферида Мурада, выполненные за несколько лет до открытия Ферчготтом эндотелиального фактора, и проторили для исследователей «тропинку» в нужном направлении для поиска загадочного вещества из эндотелия.

Именно по этой «тропинке» и шел третий лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1998 года Луис Игнарро, получивший ее вместе со своими коллегами «за открытие свойств оксида азота как сигнальной молекулы в сердечно-сосудистой системе». Вдохновленный выводами Мурада, он лично убедился, что именно NO расслабляет кровеносные сосуды. Одновременно с Робертом Ферчготтом, но независимо от него Луис Игнарро исследовал также работу эндотелиального фактора, «охота» на который уже подходила к логическому завершению. Она увенчалась успехом во время научной конференции в Рочестере, штат Миннесота, США летом 1986 года. На этой встрече Ферчготт рассказал, основываясь на нескольких работах, что этим фактором был оксид азота NO. На том же заседании Луис Игнарро поддержал это заявление. Игнарро пошел еще дальше: при помощи спектрального анализа он установил, что спектры излучения при взаимодействии гемоглобина с эндотелиальным фактором и с NO идентичны. Таким образом, он сделал вывод, что открытое Ферчготтом вещество и есть оксид азота. Охота закончилась. Загадка, связанная с эндотелиальным фактором, была окончательно отгадана и помогла решить много прикладных задач.

Сегодня мы знаем, что NO играет в организме важные сигнальные и регуляторные роли. Образующийся в нервных клетках оксид азота быстро распространяется во всех направлениях, активируя все клетки в непосредственной близости. Это помогает быстро включать и выключать многие функции, от поведенческих реакций до желудочно-кишечной подвижности. За счет того, что оксид азота может отключать сокращение артериальных мышечных клеток, артерии под его воздействием расширяются. Так NO влияет на давление крови, регулирует ее приток к различным органам, а заодно предотвращает образование тромбов. Белые кровяные клетки, например макрофаги, вырабатывая NO в больших количествах, становятся при этом токсичными для бактерий и паразитов.

Так что дает оксид азота мужчинам?

Все очень просто. Благодаря действию оксида азота расслабляются мышцы и расширяются сосуды пещеристого тела полового члена, наполняющегося от этого кровью. Именно с помощью оксида азота и работают самые эффективные препараты для людей с нарушениями эрекции. В том числе и самое известное из них — «Виагра» с действующим веществом силденафилом.

Генетический код, хранящийся в ДНК, содержит все необходимые сведения о структуре белков. Инструкции, содержащиеся в ДНК, копируются в мРНК и затем используются для синтеза белков. Этот поток генетической информации от ДНК через мРНК к белку британский ученый и лауреат нобелевской премии Фрэнсис Крик назвал центральной догмой молекулярной биологии. Ведь белки участвуют во всех жизненных процессах: как ферменты они переваривают пищу, как рецепторы — принимают сигналы мозга, как антитела — защищают нас от бактерий.

Наш геном состоит примерно из 30 000 генов, но в каждой клетке используется только часть из них. Какие гены будут участвовать в синтезе новых белков (то есть экспрессироваться) контролирует молекулярная машина, которая снимает с ДНК мРНК-копию в процессе, называемом транскрипцией. Это, в свою очередь, может зависеть от различных факторов. Основополагающие принципы регулирования экспрессии генов более 50 лет назад открыли лауреаты Нобелевской премии французы Жак Моно и Франсуа Жакоб. Эти принципы одинаковы для всех живых организмов — от бактерий до людей.

Рис. 26. Схема центральной догмы молекулярной биологии