Нобелевские премии 2012 года

      Комментарии к записи Нобелевские премии 2012 года отключены

Нобелевские премии 2012 года

    Разработка клонирования Схема клонирования, использованная Гёрдоном: уничтожение ядра в икринке шпорцевой лягушки Xenopus laevis посредством УФ-излучения (1), пересадка ядра, забранного из клетки кишечника головастика (2). Результатом стало появление головастика, что после этого развился до взрослой лягушки (3). Эту технику возможно применить и к млекопитающим — овцам, мышам, свиньям и коровам (4). Квантовый Нобель Ион в электромагнитной ловушке.
    Его квантовым состоянием возможно руководить посредством импульсов лазерного излучения (схема приведена для ионов бериллия). Фотон в микроволновом резонаторе. Его состояние измеряется при сотрудничестве с возбужденными атомами рубидия.
    Сигнал через мембрану Схема модели сотрудничества гормона с рецептором. В то время, когда гормон либо каждая вторая молекула присоединяется к рецептору на поверхности клетки, в нее запускается каскад химических реакций

медицина и Физиология: за открытие возможности перепрограммирования взрослых специальных клеток в плюрипотентные.

Лауреаты: господин Джон Бертран Гёрдон (Кембриджский университет), Шинья Яманака (Университет Киото).

Пересадка ядра

Более полувека назад юный эмбриолог Джон Гёрдон занялся трансплантацией ядер соматических клеток в яйцеклетки, из которых он предварительно удалял собственное ядро. В качестве модельного объекта он избрал ровную шпорцевую лягушку Xenopus laevis (жителя африканских водоемов и популярное лабораторное животное). Подобные испытания ранее проводились на втором виде амфибий, но удачи не принесли.

В главной серии опытов Гёрдон переносил ядра клеток кишечного эпителия головастиков в яйцеклетки, ядра которых были стёрты с лица земли ультрафиолетом. Большая часть яйцеклеток с трансплантированными ядрами погибало, но кое-какие из них нормально развивались до стадии головастика.

Гёрдон нашёл кроме этого, что, в случае если пересадить ядро из клеток кишечного эпителия этого головастика в лишенное ядра неоплодотворенное яйцо, оно сможет развиться до более продвинутой стадии, причем эффективность аналогичной методики клонирования возрастает от поколения к поколению. Так, Гёрдон доказал, что ядра соматических клеток (другими словами клеток, из которых выстроен организм) допускают радикальное генетическое перепрограммирование и начинают вести себя подобно ядрам оплодотворенных половых клеток.

Эти сведенья были размещены в 1962 году, и как раз за них Гёрдон взял Нобелевскую премию. Четырьмя годами позднее он доказал, что для клонирования годятся и ядра, позаимствованные у взрослых лягушек. В середине 1990-х годов посредством этого способа была клонирована овца Долли, а по окончании другие млекопитающие и нея.

Было много сенсационных заявлений и о клонировании человека, но все они были фальшивыми.

Генетическое перепрограммирование

На одной из самых ранних стадий формирования эмбриона, именуемой бластоцистой, зародыш содержит эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), каковые по окончании многократных делений трансформируются в органы и специализированные ткани. Клетки со столь универсальными свойствами к превращениям именуются плюрипотентными. В первый раз ЭСК были выделены и размножены в первой половине 80-ых годов XX века британскими исследователями Мартином Эвансом и Мэтью Кауфманом в опытах на бластоцистах мышей.

Через 17 лет сотрудники лаборатории американца Джеймса Томсона культивировали человеческие ЭСК. Потому, что к тому времени уже была доказана принципиальная возможность глубокого генетического перепрограммирования, ученые стали пытаться поменять соматические клетки с целью перевоплотить их в аналоги ЭСК. В 2005 году сотрудники Гарвардского университета доказали принципиальную возможность таковой трансформации, но для применения на практике их методика была негодной.

Но в 2006 году Шинья Яманака и Казутоши Такахаши сказали о переделке соматических клеток мышей в клетки, владеющие многими особенностями плюрипотентных клеток эмбриона. Для этого в фибробласты (главные клетки соединительной ткани) были вмонтированы гены четырех белков, активирующих конкретные участки наследственной информации (такие вспомогательные белки-активаторы именуют факторами транскрипции).

Подсадку генов транскрипционных факторов проводили посредством ретровирусов, куда они были искусственно встроены. Эти четыре гена смогли перевоплотить фибробласт в неспециализированную клетку и принесли Яманаке Нобелевскую премию.

Но это было лишь начало. В июне 2007 года исследователи из Киото и еще два коллектива сказали, что совершенно верно тем же методом они осуществили более глубокую изменение для того чтобы же исходного материала и создали фактически правильные копии мышиных ЭСК. Полученные результаты давали основание сохранять надежду, что скоро подобную операцию удастся произвести и с людскими клетками. А всего несколькими месяцами позднее японские ученые и их американские сотрудники сделали и это.

Яманака и его сотрудники применили те же четыре фактора транскрипции, с которыми трудились на клетках мыши. В качестве исходного материала они забрали культуру, содержащую 50 000 людских фибробластов. Им удалось взять пара линий плюрипотентных клеток, каковые во всем фактически ничем не отличались от ЭСК.

Эти клетки стали предшественниками клеток сердечной мускулы, нервной ткани и некоторых вторых органов.

Неестественные аналоги ЭСК именуют индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (ИПСК). Считается, хоть это окончательно и не доказано, что трансплантация ИПСК разрешит излечивать многие заболевания генетической природы. на данный момент ученые могут посредством факторов транскрипции изменять специализацию соматических клеток кроме того без предварительной переделки их в ИПСК.

Так, в текущем году было опубликовано сообщение о превращении фибробластов в клетки сердечной мускулы — кардиомиоциты (причем посредством всего лишь трех факторов транскрипции). В общем, технологии генетического перепрограммирования открывают огромные возможности как для фундаментальной биологии, так и (по крайней мере, в возможности) для практической медицины.

Физика: за разработку новаторских экспериментальных способов, разрешающих измерять личные квантовые совокупности и манипулировать ими.

Лауреаты: Серж Арош (Парижский Коллеж де Франс и Верховная обычная школа), Дэвид Джей Вайнленд (технологии и Национальный институт стандартов США).

Квантовая оптика

Новые лауреаты — признанные авторитеты в области квантовой оптики, которая изучает электромагнитного излучения и взаимодействия вещества. Оба они трудятся с совокупностями, включающими маленькое количество фотонов и частиц. В таких совокупностях излучения и квантовая природа вещества проявляется особенно четко и подчас парадоксально.

Арош занимается микроволновыми фотонами, замкнутыми в полостей с идеально отражающими стенками. Вайнленд и его сотрудники исследуют узкие подробности сотрудничеств световых квантов с ионами, закрытыми в электромагнитных ловушках.

«Вычислять динамику микросистем с малым числом участников не через чур сложно, потому, что она подчиняется прекрасно известным законам квантовой электродинамики и механики, — растолковывает «ПМ» доктор физических наук Университета Эмори в Атланте, эксперт по квантовой оптике Сидней Берковиц. — Но такие совокупности тяжело взять и изучить экспериментально, потому что каждые сотрудничества с внешней средой маскируют а также разрушают их квантовую специфику. Наоборот, совокупности из солидного числа частей поддаются только статистическому описанию, не смотря на то, что экспериментировать с ними намного легче.

Основное достижение Ароша и Вайнленда пребывает в разработке многих невозмущающих способов изучения сотрудничеств между атомами и фотонами либо ионами. Эти способы разрешили конкретно замечать и измерять эффекты, обусловленные суперпозицией квантовых состояний, и позволили по-новому изучить такие проявления квантовой природы материи, как происхождение спутанных совокупностей и соотношение неопределенностей».

Лауреаты этого года внесли солидной вклад в разработку способов узкого управления поведением отдельных атомов и переноса и фотонов информации между ними. Эти работы обещают приблизить появление квантовых компьютеров, применяющих для вычислений частицы и фотоны, каковые смогут в один момент пребывать как минимум в двух состояниях. Такие компьютеры смогут решать многие (не смотря на то, что не все!) задачи значительно стремительнее и действеннее, нежели компьютеры на полупроводниковых схемах.

Упрочнениями группы Вайнленда кроме этого создан оптический суперхронометр на ионах алюминия, что при заявленной относительной точности 8,6 х 10−18 на два порядка превосходит часы на атомах цезия.

Зеркальные ловушки

Оба лауреата в собственных опытах закрывали частицы и фотоны в вакуумных ловушек, охлажденных практически до безотносительного нуля. В опытах Сержа Ароша таковой ловушкой помогали идеально отполированные вогнутые сферические зеркала из сверхпроводящего ниобия. Их поглощающая свойство была столь малой, что микроволновые фотоны выживали в межзеркальной полости в течение 130 микросекунд и успевали за это время пройти расстояние порядка 40 000 км.

Через полость поодиночке пролетали очень сильно возбужденные атомы рубидия, внешние электроны которых были закинуты на высокие энергетические уровни с громадными угловыми моментами. Атомы в таких состояниях (их именуют ридберговскими) имеют очень громадный диаметр, что в опытах Ароша достигал четверти микрометра.

На пролете со скоростью 250 м/с атомы взаимодействовали с фотонами, легко изменяя собственные волновые функции, но такое сотрудничество не приводило к поглощению фотонов. Отслеживая эти трансформации, парижские физики смогли собрать данные о количестве фотонов в полости. Они кроме этого применяли ридберговские атомы чтобы получить фотоны, каковые в один момент были в разных квантовых состояниях, подобных «смеси» из живого и мертвого кота в известном мысленном опыте Шредингера.

Глубокое охлаждение

Дэвид Вайнленд и его сотрудники трудились с ионами бериллия, плененными посредством электромагнитных полей. Экспериментаторы сперва охлаждали эти частицы, подавляя их колебательные перемещения при помощи лазерных импульсов, а после этого этим же методом переводили их электроны в смешанные квантовые состояния. Исследователям удалось создать тонкие способы измерений, разрешающие отслеживать динамику таких состояний и следить за разрушением квантовых смесей в ходе их сотрудничества с внешним окружением.

В середине 1990-х годов команда Вайнленда осуществила лазерное управление переходами между двумя электронными энергетическими уровнями закрытого в ловушке иона бериллия. Так была в первый раз реализована двухкубитная логическая операция «контролируемое НЕ» (CNOT), которая употребляется в методах вычислений на квантовых компьютерах. С того времени физики обучились делать и другие квантовые логические операции, в которых участвуют более чем десятка ионов.

Комментируя для «ПМ» работы новых лауреатов, узнаваемый эксперт по квантовой информации, доктор физических наук Мэрилендского университета Кристофер Монро, что много лет сотрудничает с Вайнлендом, подчернул, что их изучения очень сильно повысили уровень качества измерений чисто квантовых особенностей отдельных фотонов и частиц и открыли новые пути к прямой экспериментальной проверке ключевых принципов квантовой механики и их главных следствий, к примеру неравенства Белла (см. «ПМ» № 4’2006): «Они продемонстрировали, что одиночные квантовые совокупности в принципе возможно применять в качестве блоков памяти в компьютерах следующих поколений. В более неспециализированном замысле работы Ароша и Вайнленда расширили отечественные представления о квантовых платформах, пригодных для применения в информационных совокупностях близкого и не весьма близкого будущего. Благодаря всему этому они обогатили как фундаментальную, так и прикладную физику».

Химия: за изучение рецепторов, сопряженных с G-белком (трансмембранных рецепторов).

Лауреаты: Роберт Джозеф Лефковиц (Университет Дьюка), Брайан Кент Кобилка (Стэнфордский университет).

Адреналиновая премия

В первой половине семидесятых годов прошлого века Роберт Лефковиц и его сотрудники занялись одним из основных переносчиков химических сигналов — всем известным гормоном адреналином. В те времена уже было как мы знаем, что рецепторы адреналина трудятся в паре с группой внутриклеточных протеинов, так называемых G-белков (за открытие которых была присуждена Нобелевская премия 1994 года).

Однако информация о молекулярных чертях адреналиновых рецепторов оставалась очень скудной, а механизм их сотрудничества с G-белками был совсем неясен. Действительно, в 1940-е годы было доказано, что существуют два типа рецепторов адреналина, названных греческими буквами? и ?: первые по преимуществу передают гормональные сигналы ровным мышцам кровеносных сосудов, а вторые возбуждают клетки сердечной мускулы.

Возможно, многие слышали о бета-блокаторах — лекарствах, каковые нормализуют сердечный ритм и понижают артериальное давление, делая бета-рецепторы невосприимчивыми к адреналину. Обе группы адреналиновых рецепторов подразделяются еще и на подтипы.

Расшифровка связей между адреналиновыми рецепторами и G-белками "настойчиво попросила" трудоемких лабораторных изучений, занявших целое десятилетие. В прошлом Лефковиц был кардиологом, исходя из этого его несколько изучала один из видов бета-рецепторов (в частности ?2-рецепторы). Им удалось продемонстрировать, что контакт с адреналином ведет к структурной перестройке рецептора, в результате которой к нему прочно присоединяется плавающая в цитоплазме клетки молекула G-белка.

Связавшись с активированным рецептором, она распадается на фрагменты, один из которых, субъединица альфа, есть отдельной молекулярной структурой, а второй складывается из пары сцепленных блоков, обозначаемых как субъединицы бета и гамма. белка и Эти-фрагменты реагируют с разными внутриклеточными протеинами и передают им адреналиновый сигнал, что запускает сложные каскады химических реакций.

Сами фрагменты по окончании исполнения собственной задачи снова объединяются (очевидно, не механически, а химическим методом), и возрожденная молекула G-белка приобретает свойство вступать в контакт с рецепторами. Данный сигнальный механизм трудится и в обратном направлении. G-белок может соединиться с внутренним финишем неактивированного рецептора, по окончании чего тот обретает повышенную склонность к сцеплению с адреналином на своем внешнем финише.

мембраны и Рецепторы

Эта трехкомпонентная (гормон — рецептор — G-белок) модель была выстроена в начале 1980-х. После этого Лефковиц поставил перед собственной группой новую задачу — отыскать ген, кодирующий бета-рецепторы. К данной работе он привлек недавнего выпускника медицинской школы Йельского университета Брайна Кобилку, что интересовался механизмом действия адреналина.

В значительной степени благодаря феноменальной изобретательности и настойчивости молодого ученого ген удалось клонировать, о чем Кобилка, Лефковиц и их сотрудники сообщили в 1986 году. Оказалось, что молекула рецептора складывается из долгих спиральных нитей, каковые семь раз пронзают в обоих направлениях клеточную мембрану. Полный структурный портрет неактивированного ?2-рецептора человека был взят Кобилкой и его сотрудниками способами рентгеновской кристаллографии только в 2007 году.

Посредством данной техники позднее удалось узнать, как рецептор с внешней стороны клеточной мембраны соединяется с молекулой адреналина, а в клетки вступает в химическую сообщение с G-белком. В 2011 году эта работа была размещена в издании Nature.

Значение изучений Лефковица и Кобилки выходит за рамки расшифровки структуры адреналиновых механизма и рецепторов их работы. Они помогли распознать широкое семейство трансмембранных рецепторов, передающих в клетку внешние химические сигналы посредством G-белков. В геноме человека имеется не меньше 800 генов, кодирующих такие рецепторы. Все они владеют сходной семеричной структурой, но делают весьма различные функции.

Более половины таких 7-TM (7-трансмембранных) рецепторов находится в органах обоняния, вкуса и зрения; приблизительно треть передает сигналы гормонов, простагландинов и нейротрансмиттеров. К тому же они трудятся в различных режимах. Одинаковый рецептор может реагировать на пара внешних химических сигналов; иначе, в клетке эти рецепторы связываются не только с G-белками, но и с другими протеинами.

В общем, не будет преувеличением утверждать, что изучения Лефковица и Кобилки стали причиной разработке не просто новой золотой жилы молекулярной биологии, а целой золотоносной провинции.

Игнобель-2012

Ученые, в большинстве случаев, владеют хорошим эмоцией юмора и могут посмеяться над собой. Исходя из этого Игнобелевская премия, которая вручается «за научные успехи, каковые сперва заставляют людей смеяться, а позже — вспоминать», не смотря на то, что и не имеет возможности поспорить с Нобелевской по собственной престижности, но никак не меньше известна.

Премию в области психологии за работу «Наклон влево заставляет Эйфелеву башню казаться меньше» в текущем году взяли голландцы — доктор психологических наук отделения социальных наук Университета им. Эразма Роттердамского в Роттердаме Рольф Цваан и аспирантка этого же отделения Анита Еерланд, и аспирант Университета психолингвистики им. Макса Планка в Неймгене Тулио Гвадалупе. Ученые изучали влияние положения тела испытуемых на количественное восприятие.

В соответствии с одной из психотерапевтических теорий, сознание человека формирует мысленную шкалу со значениями, возрастающими слева направо. Поставив испытуемых на игровой контроллер Wii Balance Board, ученые опрашивали их о размерах тех либо иных предметов, наклоняя испытательную платформу в различные стороны, и подтвердили, что при наклона влево разглядываемые предметы кажутся меньше, чем при ровного положения и тем более наклона вправо («ПМ» рекомендует рыболовам учитывать данный эффект при демонстрации трофеев!).

Премия мира присуждена сотрудникам русском компании СКН из города Снежинска за разработки в области наноалмазов — синтетических алмазов с размером зерна в единицы, сотни и десятки нанометров, каковые употребляются в индустрии в качестве абразивного материала. Эти наноалмазы синтезируются при помощи разработки ударного сжатия: при детонации взрывчатых веществ (ВВ) вольный углерод продуктов взрыва при соответствующих условиях конденсируется в виде ультрадисперсных алмазов.

К миротворчеству это имеет самое яркое отношение, потому, что исследователи компании СКН (к слову, большая часть из которых — бывшие сотрудники Федерального ядерного центра, где разрабатывают российское атомное оружие) применяли для производства наноалмазов боевые ВВ, подлежащие утилизации, воплотив в судьбу поговорку «Перекуем мечи на орала». Что же, в полной мере заслуженная приз!

Приз в области акустики взяли японские ученые Казутака Курихара из Национального университета передовых промышленных технологии и наук и Кодзи Цукада из Университета Очаномизу в Токио за создание «подавителя речи» SpeechJammer. Это устройство вносит нарушения в звуковую обратную сообщение, снабжая оратора только что сказанными словами с задержкой в пара десятых долей секунды посредством направленного динамиков и микрофона. Данные исследований кажутся многообещающими.

Премия за нейронауки в текущем году досталась американским психологам Крейгу Беннетту и Майклу Миллеру из Калифорнийского универститета в Санта-Барбаре, Абигайль Бэирд из Колледжа Вассар (штат Нью-Йорк) и Джорджу Уолфорду из Дартмутского колледжа (штат Нью-Хэмпшир). В собственной работе «Нейрокорреляции межвидовой точки зрения мертвого атлантического лосося: довод для множественных сравнительных коррекций» они подняли серьёзную проблему: к какому вздору может приводить бездумное применение результатов кроме того весьма современных научных способов изучений. Изучая активность мозга приобретённой в магазине двухкилограммовой тушки атлантического лосося посредством фМРТ (функциональной магнитно-резонансной томографии), ученые показали, как легко впасть в заблуждение, считая, что мертвая рыба может «реагировать» на фотографии людей.

В области химии оргкомитет счел нужным отметить достижение инженера-эколога Йохана Петтерссона из города Андерслев в южной части Швеции за расследование обстоятельств того, из-за чего у нескольких белокурых жителей новых домов в этом городе шевелюры внезапно купили зеленый оттенок. Как выяснилось, обстоятельством тому была не пресная вода (как предполагалось изначально), а медь, попадающая из труб нагревателей в тёплую воду, которой пострадавшие мыли головы.

Литературная премия сейчас досталась Счетной палате США с формулировкой «За публикацию отчета об отчетах об отчетах, что рекомендует подготовить отчет об отчетах об отчетах» за работу «Действия, нужные для оценки результативности упрочнений для оценки затрат на исследования и отчёты». Полный доклад, посвященный возможности экономить средства на бюрократических процедурах минобороны, занимает 32 страницы, но для оценки справедливости премии достаточно ознакомиться с рекомендациями отчета: «Дабы выяснить, оказывают ли упрочнения по оценке затрат желаемый эффект успехи большей прозрачности, понижения либо устранения требования к отчетности и увеличения цены осведомленности, глава МинОбороны обязан принять меры для оценки упрочнений, а также опросить лиц, принимающих ответы, чтобы получить их вывод о том, как это оказало влияние на их решения о создании требований к внешней и внутренней отчетности и имеют ли они неспециализированное познание того, какие конкретно виды затрат включаются в эти отчеты».

Премия по физике присуждена доктору математических наук Стэнфордского университета Джозефу Келлеру (это его второй Игнобель по окончании премии 1999 года) за изучение того, из-за чего хвостики в женской прическе при беге колеблются вправо-влево, не смотря на то, что голова наряду с этим движется лишь вверх-вниз, и Рэймонду Голдстейну из Кембриджского университета, Патрику Уоррену из исследовательского центра компании Unilever и Роберту Боллу из Университета Уорвик за их работу «Форма прически типа «статистическая физика» и конский хвост пучков волос».

Приз за открытие в области жидкостной динамики досталась выпускнику МФТИ, а сейчас доценту инженерного отделения Калифорнийского университета Руслану Кречетникову и его аспиранту Хансу Майеру за работу «Прогулка с кофе: из-за чего он расплескивается».

Премия по медицине досталась французским докторам Эммануэль Бен-Суссан из парижской клиники Clinique de l Alma и Мишелю Антониетти из военного госпиталя в Руане за работу в области надёжной колоноскопии «Взрыв кишечных газов на протяжении терапевтической колоноскопии с электроприжиганием».

Премия за успехи в области анатомии досталась зоопсихологам из Национального центра изучения приматов при Университете Эмори в Атланте Франсу де Ваалю и Дженнифер Покорни за их зады «и работу Лица: половое восприятие шимпанзе», в которой они наглядно продемонстрировали, что эти приматы способны действенно выяснять друг друга не только по лицам, но и по противоположной части тела.

Статья «Три дня в октябре» размещена в издании «Популярная механика» (№122, декабрь 2012).

Названы первые лауреаты Нобелевской премии 2012


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: