Нобелевские премии года 2011 года

      Комментарии к записи Нобелевские премии года 2011 года отключены

Нобелевские премии года 2011 года

По традиции первыми объявляют лауреатов в номинации «физиология либо медицина», на следующий сутки — в номинации «физика», и вдобавок днем позднее — «химия».

Третьего октября Нобелевская ассамблея Каролинского университета сказала о награждении доктора наук Страсбургского университета, бывшего президента Французской академии иностранного члена и наук РАН Жюля Хоффмана, начальника Отделения генетики Брюса Алана и калифорнийского Института Бётлера — «за открытия, касающиеся активации врожденного иммунитета», и доктора наук Рокфеллеровского университета Ральфа Марвина Стейнмана, скончавшегося 30 сентября от рака поджелудочной железы (в последние десятилетия Нобелевские премии не присуждают посмертно, но на протяжении голосования Стейнман еще был жив) — «за открытие дендритных их роли и клеток в купленном иммунитете».

Одна из основных задач иммунологии пребывает в изучении механизмов, при помощи которых организм реагирует на химические сигналы, поступающие из внешней среды. Изучения Хоффмана и Бётлера прояснили, как животные, среди них и человек, выявят липополисахариды — долгие молекулы, складывающиеся из жировых и углеводов остатков. Эти полимеры находятся в клеточных стенках грамотрицательных бактерий, таких как кишечная палочка, возбудитель и сальмонелла чумы.

При попадании в кровь липополисахариды приводят к различным острым реакциям — в частности, быстро повышают температуру и снижают артериальное давление. Исходя из этого их в далеком прошлом причислили к эндотоксинам, одной из разновидностей бактериальных ядов.

Во второй половине 80-х годов американский иммунолог Чарльз Джейнвэй высказал предположение, что организм владеет специальными рецепторами, каковые выявят страшные вещества бактериального происхождения и мобилизуют иммунную совокупность на защиту от этих токсинов. Из этого следовало, что должны существовать рецепторы, реагирующие на липополисахариды. Работы Хоффмана и Бётлера стали причиной открытию этих рецепторов.

его коллеги и Хоффман изучали иммунные реакции мух-дрозофил. На протяжении этих изучений они пользовались мутантными линиями этих насекомых, взятыми в лаборатории большого германского биолога Кристиан Нусслайн-Фольхард, лауреата Нобелевской премии 1995 года. Одна из этих линий несла мутацию гена Toll, вызывающую своеобразные странности эмбрионального развития.

Ученые подозревали, что молекулярные сигналы, управляющие формированием брюшной и спинной стороны эмбриона, сходны с сигналами, запускающими иммунную совокупность. Исходя из этого Хоффман решил проверить, не задействован ли ген Toll в ее работе. Он узнал, что мутантные мухи гибнут от грибка Aspergillus fumigatus, против которого бессильна их иммунная совокупность.

Как выяснилось, ген Toll запускает синтез одноименного белка-рецептора, что находится на внешней мембране клеток дрозофил и вместе с другим протеином участвует в распознавании грибковых клеток и активировании иммунной совокупности. Это открытие во второй половине 90-ых годов XX века было размещено в издании Cell.

В середине 1990-х годов гомологи рецептора Toll нашли и у млекопитающих, их назвали толл-подобными рецепторами (Toll-like receptors, TLR). Но сначала не было человека, кто знал, выявят ли они патогенные микробы. Ответ на данный вопрос был отыскан в лаборатории Бётлера. Его сотрудники в течение нескольких лет изучали развитие септического шока у мышей при заражении грамотрицательными бактериями. Были основания предполагать, что за происхождение шока отвечает рецептор, реагирующий на липополисахариды.

Бётлер и его сотрудники распознали и данный рецептор, и его ген. Он относится к семейству толл-подобных рецепторов, где ему присвоен четвертый номер (TLR-4). Тем самым команда Бётлера подтвердила догадку Джейнвэя и проложила путь к пониманию роли TLR в иммунных реакциях.

К настоящему времени у млекопитающих найдено уже тринадцать толл-подобных рецепторов, причем десять из них — у человека. Они выявят не одни только липополисахариды, но и другие биомолекулы, например, нуклеиновые кислоты бактерий и вирусов.

Эти рецепторы задействованы в работе обоих видов иммунитета: врожденного неспецифического, которым владеют все животные, и своеобразного, что имеется только у позвоночных (таковой иммунитет, что кроме этого именуют адаптивным, приобретается и закрепляется в следствии контакта организма с окружающей средой). изучение и Открытие функций TLR заметно ускорило прогресс иммунологии.

Ральф Стейнман нашёл малоизвестную ранее разновидность клеток, причастных к формированию адаптивного иммунитета. Таких клеток уже открыто очень много, не смотря на то, что, по всей видимости, не все. Именуются они иммунокомпетентными клетками, либо иммуноцитами.

Функции иммуноцитов разнообразны: одни нейтрализуют либо уничтожают интервентов, вторгающихся в организм, вторые им в этом оказывают помощь, третьи хранят данные о непрошеных гостях и снабжают организм иммунологической памятью. Имеется кроме этого клетки, каковые перерабатывают чужеродные вещества-антигены и воображают их фрагменты для распознавания вторым иммуноцитам (эти клетки кроме этого секретируют биологически активные молекулы, активирующие их партнеров по иммунной защите, Т-лимфоциты и В-лимфоциты).

Стейнман В первую очередь 1970-х искал такие вспомогательные клетки (accessory cells). В первой половине 70-ых годов XX века он и Занвил Кон сказали, что нашли в селезенке мышей ранее малоизвестные клетки этого типа, имеющие на внешних мембранах бессчётные выросты, похожие на древесные сучья. Вследствие этого сходства он назвал их дендритными. Стейнман экспериментально доказал, что дендритные клетки запрограммированы на выработку цитокинов, сигнальных веществ, активирующих Т-лимфоциты.

на данный момент как мы знаем, что дендритные клетки охраняют в органах и тканях млекопитающих и отслеживают показавшиеся антигены. Имеется у них и иные иммунологические функции, так что это клетки-многостаночники. направляться подчернуть, что стратегия поведения, выбираемая дендритными клетками, зависит и от химических сигналов, взятых посредством толл-подобных рецепторов.

Изучения Стейнмана, Хоффмана и Бётлера изначально проходили по ведомству фундаментальной науки, но со временем они стали причиной разработке нескольких экспериментальных вакцин, среди них и противораковых. Результаты опытов на животных разрешают сохранять надежду, что на базе этих открытий будут созданы новые способы лечения аутоиммунных подавления и заболеваний воспалительных процессов. В общем, это изучение — золотое дно, сокровища которого еще далеко не исчерпаны.

Нобелевскую премию в области физики Королевская академия наук Швеции присудила астрофизику из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли Солу Перлмуттеру, доктору наук Университета Джонса Хопкинса Адаму профессору и Риссу Национального университета Австралии Брайану Шмидту «за открытие ускоряющегося расширения Вселенной, осуществленное на протяжении наблюдения далеких сверхновых».

Со второй половины 1960-х годов в науке господствует концепция тёплого рождения Вселенной в следствии Громадного взрыва, дополненная в 1980-х теорией космологической инфляции. С этого времени мало кто сомневался, что Вселенная эволюционирует в соответствии с математическими моделями, выстроенными в 1920—1930-х годах на базе неспециализированной теории относительности. В соответствии с этим моделям, пространство возможно или плоским, евклидовым, или иметь кривизну (отрицательную либо хорошую).

В первом и втором случаях Вселенная обречена на охлаждение и вечное расширение, в третьем — на последующее сжатие к начальному сверхгорячему состоянию. Выбор конкретного сценария зависит от величины средней плотности космической материи, которую возможно взять лишь из наблюдений.

Тут-то и появилась неприятность. Со временем астрологи все больше убеждались, что мы живем в плоской Вселенной. Такое мироздание оптимальнее обрисовывает космологическая модель, которую в первой половине 30-ых годов двадцатого века совместно выстроили Альберт голландский астроном и Эйнштейн Виллем де Ситтер. В соответствии с данной модели и итогам измерений постоянной Хаббла, возраст Вселенной получался около 10 млрд лет, а это заведомо меньше возраста старейших звездных скоплений.

Иначе, в соответствии с тогдашним данным, во Вселенной очевидно недоставало материи, дабы обеспечить ей плоскую геометрию. Что-то было не так, но что именно — неясно.

Нобелевские премии 2011 года именно и увенчали успехи двух коллективов, определявших расстояния до сверхновых звезд типа Ia, владеющих практически стабильной пиковой светимостью. Это изучение давало слово уточнить как значение постоянной Хаббла, так и среднюю плотность космической материи. Первая несколько, Supernova Cosmology Project, которую управлял Перлмуттер, приступила к работе во второй половине 80-ых годов двадцатого века. Вторая команда под управлением Шмидта, High-z Supernova Search Team, была собрана шестью годами позднее.

Эта несколько измерила видимую красное и яркость смещение шестнадцати сверхновых, причем главную работу по анализу взятых данных выполнил Рисс. Несколько Перлмуттера обработала подобную данные по сорока двум сверхновым. Статья коллаборации High-z Supernova Search Team показалась в печати в сентябре 1998 года, статья команды Перлмуттера — в июне 1999-го.

Обе группы заключили, что от весьма дальних сверхновых к нам приходит меньше света, нежели предписано моделью Эйнштейна — де Ситтера. Из этого следует, что Вселенная расширяется стремительнее, чем разрешает эта модель (а также стремительнее, чем если бы в космосе по большому счету не было гравитирующей материи!). Адам Рисс первым осознал, что появившийся парадокс возможно растолковать, предположив, что в космическом пространстве действует не только тяготение, но и антигравитация.

Эту возможность в свое время разглядывали классики космологии Эйнштейн, де Ситтер, Фридман и Леметр, но позже о ней благополучно забыли.

Американский физик Майкл Тернер внес предложение назвать источник космической антигравитации чёрной энергией. В последующие годы результаты измерений спектра реликтового излучения разрешили узнать, что ее плотность практически в три раза превосходит неспециализированную плотность простой и чёрной материи и электромагнитного излучения, причем сумма всех этих плотностей дает как раз столько, сколько необходимо для плоской Вселенной.

По окончании Громадного взрыва гравитирующая материя еще долго превалировала над чёрной энергией, и Вселенная расширялась с замедлением скорости. Но плотность материи наряду с этим уменьшалась, и приблизительно 5−6 млрд лет назад антигравитация победила. Так что изучения новых нобелевских лауреатов устранили возрастную аномалию Вселенной и обосновали ее евклидову геометрию.

В номинации «химия» шведская Академия наук в 2011 году назвала всего одного лауреата — доктора наук Технологического университета Израиля Дэна Шехтмана «за открытие квазикристаллов», сделанное 8 апреля 1982 года в лаборатории американского Национального университета стандартов (NIST). В тот важный сутки Шехтман проводил электронное просвечивание затвердевшего при стремительном охлаждении расплава 86% алюминия с 14% марганца.

Полученные результаты так противоречили азам науки о кристаллах, что сначала им фактически никто не поверил, а Шехтмана из NIST. Ему и троим его сотрудникам, помогавшим ему с интерпретацией данных, удалось опубликовать собственные выводы только в ноябре 1984 года.

Сплав, которым занимался Шехтман, смотрелся необычно, но основной сюрприз принесла электронная микроскопия, продемонстрировавшая группы из десяти ярких точек, лежащих на концентрических окружностях на равных угловых расстояниях друг от друга. Такая дифракционная картина разрешала высказать предположение, что ядерная решетка сплава не изменяется при повороте на 36 градусов. Но в тогдашних книжках по кристаллографии писали, что кристаллических структур с таковой вращательной симметрией не бывает.

В то время думали, что любой кристалл складывается из однообразных элементарных ячеек, каковые переходят приятель в приятеля при дискретных параллельных сдвигах на протяжении трех пространственных осей (не обязательно взаимно перпендикулярных). Еще в конце XIX века было продемонстрировано, что подобные решетки воспроизводят себя только при повороте на углы, кратные 180, 120, 90 и 60 градусам, и ни на какие конкретно иные. Шехтман замечал и другие необычные дифракционные картины, не укладывавшиеся в привычные рамки.

Практически сразу после публикации работы Шехтмана и его соавторов показалась статья физиков-теоретиков из Пенсильванского университета Дона Левина и Пола Стейнхардта, в которой эти картины взяли теоретическое объяснение. Оно было в том, что решетка шехтмановского сплава складывается не из одной, а из двух либо нескольких разных элементарных ячеек, размеры которых соотносятся как иррациональные числа.

Исходя из этого параллельные переносы решетки обрисовывают не периодические, а квазипериодические функции. Эта догадка была только плодотворной для понимания особенностей аналогичных решеток, каковые Левин и Стейнхардт назвали квазикристаллическими. Одно из ее следствий содержится в том, что простые кристаллы — частный случай квазикристаллов.

Она растолковывает и наличие дальнего порядка в квазикристаллах, и их нестандартные вращательные симметрии.

Доктор наук Принстонского университета Пол Стейнхардт, узнаваемый и собственными трудами по космологии, поведал «ПМ», что в первой половине 80-ых годов XX века заинтересовался переохлажденными жидкостями. Оказалось, что их молекулы на маленьких расстояниях друг от друга выстраиваются в структуры с необыкновенными вращательными симметриями. Стейнхардт высказал предположение, что такие структуры в принципе смогут распространяться и на куда громадные расстояния, другими словами вырабатывать не ближний, а дальний порядок.

К 1984 году он и Дон Левин на базе данной идеи пришли к концепции трехмерных квазикристаллов и теоретически вычислили их дифракционные особенности. Заметив только что размещённую статью Шехтмана, они осознали, что обрисованные в том месте дифракционные картины похожи на их модель. Они написали статью Quasicrystals: A New Class of Ordered Structures, которая скоро показалась в том же издании Physical Review Letters, что и работа Шехтмана.

Физические обстоятельства появления квазикристаллических структур до сих пор не узнаны, не смотря на то, что моделей хватает, и иногда очень экзотических (к примеру, квазикристалл возможно математически представить как трехмерное сечение обычного кристалла, существующего в шестимерном пространстве!). Известны много стабильных и метастабильных квазикристаллических сплавов (на базе алюминия, никеля, меди, ряда и титана вторых металлов) с разными внутренними симметриями, но обстоятельства их устойчивости либо неустойчивости также до тех пор пока малоизвестны. Необходимо подчеркнуть, что электронные спектры квазикристаллов отличаются от спектров простых металлов, диэлектриков и полупроводников, благодаря чего эти сплавы имеют очень своеобразные электрические и термические особенности.

Примечательно, что квазикристаллы смогут формироваться ив ходе геологических процессов: в 2008 году Стейнхардт и его сотрудники нашли в Музее естественной истории Университета Флоренции обнаруженный юго-востоке Чукотки пример минерала хатыркита с квазикристаллическими вкраплениями. Изучения квазикристаллов очень сильно обогатили физику жёсткого тела, но мало что дали разработки — до тех пор пока их применяют только для непригорающих ножей электробритв и покрытий сковородок. Но, стоит запастись терпением.

Не только на мухах

Несколько Бётлера опубликовала результаты собственной работы во второй половине 90-ых годов двадцатого века в издании Science. В списке авторов данной статьи первым указан петербургский химик Александр Полторак, что сейчас командует лабораториями в бостонском Университете Тафтса и в Петрозаводском университете.

Александр Полторак поведал «Популярной механике», что еще перед тем, как их несколько приступила к изучениям, было как мы знаем, что ген, что запускает синтез искомого рецептора, у мышей локализован на четвертой хромосоме. Была кроме этого взята линия мышей, у которых инъекции громадных доз липополисахаридов не вызывали воспалительных реакций, ведущих ксептическому шоку. Таковой итог было конечно растолковать мутацией гена, приводящей к поломке рецептора.

Бётлер и его сотрудники совершили тщательное картирование интересующего их участка четвертой хромосомы мышей-мутантов и так идентифицировали искомый ген. Предстоящее было делом техники, причем очень изощренной.

Статья «Три дня Нобеля» размещена в издании «Популярная механика» (№111, январь 2012).

Нобелевские лауреаты из России и СССР


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: