Цивилизация
Нобелевскую премию по химии в 2003 году Питер Эгр получил за открытие аквапорина. Как, собственно, следует из его названия, аквапорин образует поры для воды — водные каналы в мембране клетки. Вода составляет 70% нашей массы, подчеркнул ученый, вода – это жизнь. Но она не распределена в организме равномерно, вода движется в разных направлениях и на своем пути пересекает барьеры клеточной мембраны.
Довольно давно исследователям стало ясно, что вода не может преодолевать клеточную мембрану только путем диффузии. Это очень медленный способ передвижения, и, вероятно, для быстрого транспорта воды существуют специальные мембранные каналы. «Но молекулы, составляющие эти каналы, долгое время не удавалось выделить, — рассказывает Питер Эгр. — Только благодаря счастливому случаю нам удалось это сделать». Ученые открыли сначала один белок – аквапорин-1 (AQP-1), образующий трансмембранный канал для активного транспорта воды.
«Здесь проходит вода, и только вода», — подчеркнул Питер Эгр. То, что водные поры непроницаемы для ионов — заряженных частиц, позволяет сохранять электрохимический мембранный потенциал.
Методом рентгеновской кристаллографии исследователи определили структуру молекулы аквапорина-1. Это молекула-тетрамер, состоящий из четырех мономеров с трансмембранными участками.
Вслед за первой молекулой были открыты другие белки семейства аквапоринов: AQP-2, AQP-3, AQP-4 и т. д., сейчас у млекопитающих описано 13 аквапоринов, и предполагается, что это еще не все. Найдены и клонированы гены аквапоринов. А затем началось самое интересное — выяснение их физиологической роли в организме.
Прежде всего локализацию аквапорина изучили в почках, так как в функциональной единице почки — нефроне — фильтруется кровь, образуя мочу, а затем путем обратного всасывания воды моча концентрируется.
В почках работают шесть разных аквапоринов. Мутация одного из них приводит к заболеванию — несахарному диабету. У таких больных моча в почках не концентрируется, в результате их организм выводит очень много жидкости, обезвоживается, и они постоянно испытывают жажду.
Аквапорин-4 присутствует в клетках роговицы глаза и клетках мозга. Аквапорин-5 — в клетках секреторных желез, производящих слезы, пот, слюну. Аквапорин-3 работает в клетках эпителия и защищает кожу от обезвоживания, в связи с чем его работой заинтересовались производители косметических кремов. Он же работает в эритроцитах. Питер Эгр, который одно время возглавлял Институт изучения малярии Джонса Хопкинса, и его коллеги большое внимание уделяли роли аквапоринов в эритроцитах и в мозге при заболевании малярией, когда эритроциты лопаются, а мозг раздувается от отека. Аквапорины-7 и -9, относящиеся к классу глицероаквапоринов, присутствуют в клетках жировой ткани, они участвуют в обмене жиров и активируются при голодании. Анвапорин 9 работает в печени, где он принимает участие в детоксикации.
Аквапорины вездесущи, есть они и у насекомых, и у бактерий, и у растений, которым абсолютно необходимы, так как растения зависимы от наличия воды и не могут перемещаться в ее поисках.
Что же касается их значения для клинической медицины, то Питер Эгр перечислил группы совершенно разных заболеваний, природа которых связана с аквапоринами: болезни почек, нарушения зрения, повреждения и отеки мозга, ожирение, гипертермия, малярия, интоксикация.
А есть ли сегодня лекарственные препараты, для которых аквапорины служат мишенью?
Отвечая на вопрос корреспондента «Газеты.Ru», Питер Эгр подчеркнул, что аквапорины — это мишени для фармакологических препаратов будущего. Однако сегодня есть лекарства, которые действуют на вазопрессин и глюкокортикоиды – гормоны, регулирующие уровень аквапоринов.
«Наука сближает людей», — подчеркнул Питер Эгр, рассказав, что в России впервые побывал 47 лет назад еще студентом и получил незабываемые впечатления от людей и русской души. «Всегда относитесь к научной деятельности как к приключению, и тогда вы сможете получать от нее настоящее удовольствие», — его пожелание студентам и молодым ученым.