8 октября 2003 года Королевская академия наук Швеции присудила Нобелевскую премию по химии "за открытие каналов в клеточных мембранах". 10 миллионов крон (более 1 миллиона 300 тысяч долларов) поделят поровну двое американских ученых.
Первый исследователь - Питер Эгр (Peter Agreб), родился в 1949 году, гражданин США, доктор медицины, профессор университета Джона Хопкинса в Балтиморе, получил премию "за открытие водного канала".
Человек более чем на 2/3 состоит из воды. Тем не менее, механизм циркуляция этой жидкости в организме был загадкой на протяжении двух с половиной веков. В 1665 году Роберт Гук открыл, что живые организмы состоят из микроскопических "кирпичиков" - клеток. В середине XIX века было установлено, что клетка имеет ядро и мембрану, а вода и соли проникают внутрь через некие каналы в мембране. В 1950-х стало ясно - вода проникает в клетку и выходит наружу через поры, предназначенные только для молекул H2O.
В течение 30 лет биологи пытались обнаружить и понять устройство клеточного фильтра, который способен пропускать через себя миллиарды молекул воды в секунду и задерживать все остальные частицы. Наконец, в 1992-м Питер Эгр, изучая различные белки, содержащиеся в мембране красной кровяной клетки, обнаружил, что один из этих белков встречается в мембране клеток почки. Почка, как известно, отвечает в организме за вывод лишней воды. Тогда американец и понял, что находится на пороге столь долго ожидаемого открытия. Белок получил название аквапорин, а в 2000 году группа исследователей под руководством Эгра полностью изучила схему работы водного канала в клеточной мембране. Сквозь канал проходили нейтральные молекулы воды, а зараженные частицы не пропускались электрическим полем аквапорина, благодаря особой конфигурации атомов в его молекуле.
Другой лауреат - Родерик Маккинон (Roderick MacKinnon), родился в 1956 году, гражданин США, доктор медицины, профессор университета Рокфеллера в Нью-Йорке, получил премию "за изучение структуры и мехнизма ионных каналов".
Немецкий химик Освальд (в 1909-м получивший Нобелевскую по химии) в 1890 году выдвинул гипотезу, что электрический сигнал передается по нервам живого существа путем перемещения ионов (заряженных частиц) через клеточные мембраны. В 1920-х годах эксперименты подтвердили его теорию.
Британцы Алан Ходгкин и Эндрю Хаксли в начале 1950-х определили, что нервное возбуждение передается как эстафета - клетка обменивается с ближайшей соседкой ионами калия, та обменивается со следующей и так далее. За это открытие в 1963 году они получили Нобелевскую премию по медицине и физиологии. В 1970-х было доказано существование "ионных фильтров" - клеточных каналов, пропускающих только определенный вид заряженных частиц, но их структура и механизм действия остались невыясненными. Единственный метод, пригодный для дальнейшего изучения ионных каналов - рентгеновская кристаллография. Однако снимки, полученные этим методом, были столь сложны, что исследователям было крайне трудно их анализировать. Прогресс надолго застопорился.
Прорыв осуществил Родерик Маккиннон, который сказал о себе: "Моя научная карьера началась в возрасте 30 лет". Маккиннон - биохимик по образованию, сначала увлекся медициной, потом несколько лет занимался физикой, но затем настолько заинтересовался ионными каналами, что углубился в их исследования и специально изучил физические основы метода рентгеновской кристаллографии. Благодаря разносторонним познаниям Маккиннон за несколько лет пришел к открытию механизма действия ионного канала.
Это случилось в апреле 1998 года. Маккиннон выяснил, что ион может войти в канал и выйти из него только будучи окруженным молекулами воды. Они как бы передают ион из внешней среды в канал. Расстояние от иона калия до атома кислорода в окружающих его молекулах воды такое же, как расстояние от этого иона до атомов кислорода в клеточном канале, поэтому ион легко отрывается от воды и входит в канал. Ион натрия меньше иона калия. Расстояние до кислорода, входящего в состав водной молекулы тоже меньше, поэтому сила электрического притяжения иона натрия к окружающим молекулам воды больше, чем сила притяжения к стенкам канала. Вот почему натрий в канал пройти не может.
Как следует из пресс-релизов Нобелевского комитета, премия вручена ученым за сравнительно новые открытия (для сравнения, премия 2003 года по физике присуждена за теории, созданные в 1950-х годах), потому что их труды открывают пути для лечения многих болезней - например, несахарного диабета, заболеваний почек, нервной системы и сердца. Нобелевский комитет особо подчеркнул актуальность отмеченных работ: "Европейская жара в последние годы привела к многочисленным смертям, некоторые из которых были связаны с проблемами поддержания жидкостного баланса в организме. В этих процессах аквапорин играет ключевую роль".
Исследования всех лауреатов естественнонаучных премий за 2003 год так или иначе связаны с медициной. Премия по физиологии и медицине вручена за метод магнитно-резонансной диагностики заболеваний, по физике - за теории, лежащие в основе этого метода. Между прочим, с февраля 2003 года Нобелевским комитетом руководит профессор медицины - норвежец Оле Данболт Мьёс. Не окажутся ли врачами лауреаты премий мира и экономики?
Николай Дзись-Войнаровский