Непомічене відкриття, яке зробило переворот в імунології

 

Часто трапляється так, що найважливіші наукові відкриття виявляються не поміченими сучасниками. Іноді навіть самі дослідники не можуть передбачити несподівані та доленосні наслідки результатів своєї роботи, тим більше, якщо планувалося просто вдосконалити якийсь локальний процес або інструмент. І лише з часом приходить розуміння, наскільки важливими є отримані результати й для фундаментальної науки, й для прикладних досліджень.

 

Саме так сталося з революційним досягненням у галузі імунології — відкриттям принципу продукції моноклональних антитіл та розробкою техніки їх отримання (гібридомного методу).

 

Прорив в імунології

Цей прорив в імунології зробив у 1974 році молодий німецький вчений Георг (Жорж Жан Франц) Келер (нім. Georges Jean Franz Köhler). Через 10 років у 1984 році він отримав за це відкриття Нобелівську премію з фізіології та медицини, розділивши її зі своїми наставниками Сезаром Мільштейном та Нільсом Йєрне. Георг Келер став наймолодшим лауреатом Нобелівської премії у Німеччині за всю її історію [1].

Гібридомний метод дозволяє отримати суспензію абсолютно однакових по специфічності, так званих моноклональних антитіл, застосування яких в біологічних і медичних дослідженнях виявилось дуже ефективним.

 

Моноклональні антитіла — це антитіла, що виробляються імунними клітинами, які належать до одного клітинного клону, тобто походять з однієї плазматичної клітини-попередниці (на відміну від поліклональних антитіл). Моноклональні антитіла можуть бути вироблені проти майже будь-якого природного антигену (в основному білки та полісахариди), який антитіло специфічно зв’язуватиме. Вони можуть бути використані для виявлення цієї речовини або її очищення.

Розробка методу продукції моноклональних антитіл за словами американського мікробіолога Ганса Вігзеля «зробила переворот у використанні антитіл у охороні здоров’я та науці. Рідкісні антитіла з напрочуд точною відповідністю певній структурі можуть сьогодні вироблятися у великих кількостях. Гібридомні клітини можуть зберігатися в лабораторних ємностях і цілком ідентичні моноклональні антитіла можуть використовуватися в усьому світі, причому джерело їх вічне». [2]

Незважаючи на бурхливий розвиток біотехнологій, відкриття Келера досі актуальне. Моноклональні антитіла використовуються для лікування лейкозів і різних інфекційних захворювань — таких, як гепатит В і стрептококові інфекції. Вони також відіграли важливу роль у виявленні випадків синдрому набутого імунодефіциту (СНІД). До інших можливих областей їх застосування відносяться удосконалення способів типування тканин, лікування алергії та колагенозів (ревматоїдний артрит і системний червоний вовчак). [3]

 

ВІДКРИТТЯ НАЛЕЖИТЬ ЛЮДСТВУ?

Незважаючи на те, що відкриття Георга Келера суттєво вплинуло на медицину, він дуже мало цікавився його комерційним застосуванням. Насамперед їм рухала наукова цікавість. «Я вважаю, що важливіше знати речі, ніж застосовувати їх», — наголошував вчений. Ця заява видається тим більш дивною для людини, яка розробила методику, завдяки якій утворився й існує світовий ринок моноклональних антитіл. Його обсяг зараз становить 75 мільярдів доларів США на рік [4].

 

Келер був далеко не першим, хто спробував отримати моноклональні антитіла, але до нього протягом тривалого часу ніхто не навчився ефективно виробляти їх через складність культивування плазматичних клітин у лабораторних умовах, не кажучи вже про їхнє промислове виробництво. Природа антитіл була одним з основних предметів вивчення імунології з кінця XIX століття. Знадобилося ціле століття, щоб накопичити достатньо знань, знадобилася величезна кількість досліджень, кожне з яких ґрунтувалося на попередніх спостереженнях. Було багато спроб узагальнити отримані матеріали. Але більшість з них виявилися невдалими й навіть вводили дослідників в оману. Методика Келера базувалася на дослідженнях кількох поколінь учених-імунологів, але саме йому вдалося зробити прорив і перевести імунологію на новий рівень.

Келер, як справжній учений, вважав, що здобуті знання належать всьому людству. Він публікував свої відкриття, практично не переймаючись патентуванням своєї методики, як це було прийнято на той час в академічних колах. В результаті він та його відкриття у 1978 році опинилися в центрі патентного скандалу, коли американські імунологи Хіларі Копровські та Карло Кроче подали заявку на патентування гібридомного методу для лікування раку. Цей скандал ознаменував собою період радикальних змін у взаєминах між академічними та комерційними біомедичними науками. До цього періоду академічні біомедичні дослідження рідко призводили до появи продуктів, що становлять комерційний інтерес. [5]

Разом з тим деякі «лихі язики» стверджують, що насправді Келер і Мільштейн не були ідеалістами та альтруїстами, що вони подали патентну заявку, але спроба запатентувати їхню методику не мала успіху. [5]

 

Особисте життя

Келер старанно уникав публічності, хоча після нагородження Нобелівською премією робити це йому було досить складно. Німецькі вчені не надто часто ставали нобелівськими лауреатами. Крім того, Георг Келер виявився наймолодшим нобелівським лауреатом у Німеччині, йому було 38 років, а на момент публікації результатів його революційного відкриття вченому виповнилося лише 28 років.

У своїх інтерв’ю він говорив лише про наукові проблеми та свою роботу й відмовлявся відповідати на питання про особисте життя. Після смерті Келера його вдова та діти також відмовлялися розповідати про нього. Про життя Георга Келера можна дізнатися лише з його офіційної біографії та спогадів колег та друзів.

Майбутній нобелівський лауреат народився 1946 року в Мюнхені. Його батько був німець, мати — француженка. Коли Георгу виповнилося 10 років, сім’я переїхала в невелике містечко Кель, розташоване біля самого кордону з Францією.

У дитинстві Георг Келер не цікавився біологією. Він взагалі не цікавився жодним зі шкільних предметів, окрім спорту, що може бути дещо дивним для майбутнього нобелівського лауреата. У школі він виконував лише необхідний мінімум, щоб не залишитися на другий рік.

У 1965 році Георг Келер закінчив школу в Келі зі ступенем бакалавра й вступив у тому ж році до Університету Альберта-Людвіга в сусідньому Фрайбург-ім-Брайсгау. Що змусило його вибрати саме біологію як основний предмет, невідомо, але, ймовірно, вже в процесі навчання в університеті у нього справді з’явився інтерес до цієї галузі знань. Мало того, крім обов’язкових для студентів-біологів предметів, він серйозно займався вищою математикою, натурфілософією, теорією пізнання природничих наук.

Якоїсь миті Георг Келер вагався, який шлях вибрати: вчителя середньої школи чи вченого-дослідника. Він навіть взяв участь у серії семінарів для студентів-біологів, які бажають присвятити себе викладанню в середній школі.

На щастя, Георг таки вирішив отримати диплом, що дає йому право на академічну чи професійну кар’єру. Свою експериментальну роботу він виконував в Інституті мікробіології, де написав дипломну роботу з мутантних штамів кишкової палички. Експерименти включали індукцію мутації під дією ультрафіолетового світла з подальшим виділенням мутантів шляхом клонування поодиноких клітин. Хоча дипломна робота не дала жодних разючих результатів, ця тема, можливо, була важливою для Георга Келера, оскільки мутації клітин залишалися в центрі його інтересів протягом більшої частини всієї наукової кар’єри.

У ході цієї роботи у Келера також з’явився особливий інтерес до використання комп’ютерної техніки в наукових дослідженнях, і він набув деяких досить рідкісних на той час навичок у використанні комп’ютерів. Разом з одним зі своїх керівників Келер опублікував статтю про використання комп’ютерів для опрацювання результатів наукових досліджень.

 

Одруження та матеріальні труднощі

У 1968 році, ще навчаючись в університеті, Георг Келер одружився з Клаудією Рейнтьес, яка на той час працювала асистентом лікаря. У Георга та Клаудії у 1969 році народилася перша донька Катаріна. Щоб прогодувати сім’ю, Келеру довелося ночами працювати водієм таксі. 1972 року у пари народилася ще одна донька Люсія, а потім син — Фабіан. [2]

 

 

Початок дослідницької діяльності

Келер отримав диплом (еквівалент ступеня магістра) у березні 1971 року. Після цього він розпочав роботу над дисертацією для здобуття докторського ступеня під керівництвом Фріца Мельчерса, який працював у Фрайберзькому університеті та співпрацював з Базельським інститутом імунології у Швейцарії. З самого початку в Келера склалися непрості стосунки зі своїм керівником. Мельчерс вважав, що у Келера відсутні амбіції, що йому бракує старанності, Мельчерса дратувало те, що Келер мало часу проводить у лабораторії.

Робота Келера була присвячена імунологічному дослідженню ферменту бета-галактозидази. Під час досліджень Келер вводив бета-галактозидазу декільком видам лабораторних тварин, зокрема, кроликам, мишам і щурам, а потім аналізував антитіла, що містяться в їх сироватці. Важливо, що його робота продемонструвала, що тварини можуть генерувати безліч різних типів антитіл проти однієї ділянки чужорідного білка. Келер здобув докторський ступінь у квітні 1974 року.

Цього ж року Келер вступив на роботу до Medical Research Council (MRC) у лабораторію молекулярної біології відомого імунолога Сезара Мільштейна в Кембриджі.

Мільштейн та Келер вперше зустрілися у 1973 році під час візиту Мільштейна до Базельського інституту імунології. Вони одразу сподобалися один одному. У Кембриджі їхня особиста симпатія переросла в дружбу. Розслаблене ставлення Келера до роботи, яке дратувало Мельчерса, не було проблемою для Мільштейна, воно відповідало його принципу: «Лінь — мати доброї науки. Творче осяяння відбувається у ті миті, коли ти нічого не робиш».

Разом з тим серед співробітників (MRC) було заведено ставитись до дослідницької роботи з великим ентузіазмом: виходити на роботу у вихідні дні, не брати відпусток. Коли Келер узяв відпустку на 4 тижні й вирушив у подорож Англією, його поведінка викликала подив у колег. Проте, взагалі у Келера склалися нормальні та навіть дружні стосунки з більшістю співробітників лабораторії Мільштейна та суміжних лабораторій.[ 6]

 

Щаслива ідея

У Кембриджському університеті Келер працював над проблемою злиття лімфоцитів. За короткий проміжок часу йому вдалося розробити нову технологію зі злиття плазматичної клітини, що виробляє антитіла, з клітиною мієломи (методика гібридом). Отримані гібридні імморталізовані клітини продовжували продукувати антитіла й одночасно могли необмежено розмножуватися. Це дозволило отримувати моноклональні антитіла практично у необмежених кількостях. [7]

Ідея роботи Келера полягала в тому, щоб злити мутантну лінію клітин мишачої мієломи (рака плазматичних клітин) з клітинами селезінки миші, імунізованими еритроцитами вівці, і інкубувати їх у спеціальному середовищі, в якому могли вижити тільки злиті клітини. Тим самим він мав намір створити гібридому, що володіє безсмертям пухлинної клітини та специфічною здатністю виробляти антитіла проти еритроцитів вівці. І Келер, і Мільштейн скептично ставилися до перспектив успіху, але вирішили спробувати поекспериментувати. [7]

До грудня 1974 року перші результати експерименту Келера були вже готові. Навколо лунок злитих клітин мали з’явитися ореоли, якщо вони виробляли антитіла. Келер дуже хвилювався й попросив свою дружину Клаудію супроводжувати його, щоб переглянути ці перші результати.

«Ми спустилися в підвал інституту, в якому немає вікон, — згадував він через роки. — Я подивився на перші дві пластини. Я побачив ці ореоли. Це було фантастично. Я кричав від радості. Я поцілував дружину, я був щасливий. Це був найкращий результат, про який я міг думати». [4]

Результати досліджень були опубліковані у статті Келера та Мільштейна у серпні 1975 року в журналі Nature, але впродовж кількох років після публікації наукова громадськість практично не звернула уваги на це відкриття. Вчені-імунологи оцінили його значення тільки через кілька років. [8]

 

Знову в Базель

Георг Келер повернувся до Базелю і почав свою роботу в Базельському інституті імунології у квітні 1976 року. Келер вважався ще дуже молодим ученим. Пізніше він неодноразово згадував свій головний страх на той час: «Я не хотів ставати виробником моноклональних антитіл». Тобто Келер побоювався, що колеги й, можливо, керівництво змусять його генерувати моноклональні антитіла проти антигенів, що їх цікавлять, — завдання, яке зробило б його науковим співробітником для безлічі проектів, які не становлять для нього безпосереднього інтересу.

Келеру вдалося продовжити свої дослідження. Він намагався виявити механізм диверсифікації генів імуноглобулінів і, як винахідник гібридом, вважав, що в нього під рукою набагато кращі інструменти, ніж у його конкурентів. Він вважав, що гібридоми, що виростають у культурі тканин, пройшовши через багато поколінь клітинного поділу, мутували б гени антитіл, що кодують поліпептидні ланцюги. Виділивши таких мутантів, він сподівався, що зможе визначити частоти мутацій і, проаналізувавши гени, які він сподівався ідентифікувати, визначити типи соматичних мутацій, які урізноманітнюють антитіла.

На початку 1980-х років він розпочав роботу з розробки трансгенних мишей, які могли б генерувати аутореактивні антитіла. Це він зробив за допомогою Сандро Русконі. Метою дослідження було генетично модифікувати мишей для використання в якості моделі для вивчення автотолерантності.

Через дев’ять років Колер був призначений директором Інституту імунобіології Макса Планка та став членом Товариства Макса Планка з розвитку науки. Ця посада відвернула його від безпосередньої лабораторної роботи, але він продовжував виявляти живий інтерес до експериментальних результатів своїх співробітників. [9]

 

Всесвітнє визнання

Коли поступово стало очевидним значення гібридомного методу, Мільштейн почав отримувати за це престижні нагороди, такі, наприклад, як премія Слоана. Келер не заздрив своєму наставнику. У 1981 році він м’яко і з вдячністю нагадав про свою роль у винаході моноклональних антитіл: «Я вважаю, що я був рушійною силою цього процесу, але вірно також і те, що я не подумав би про це. Про це не подумали б ніде, крім лабораторії Сезара Мільштейна, і ніхто інший, окрім Сезара Мільштейна, не порадив би провести цей експеримент».

У квітні 1984 року Келер прийняв пропозицію стати членом Товариства сприяння розвитку науки Макса Планка (MPG), пов’язаного з посадою директора Інституту імунобіології Макса Планка (MPIIB) у Фрайбурзі. MPG — це дослідницька організація, унікальна для Німеччини, і її важко порівнювати з науковими структурами, що діють в інших країнах. Директорство в MPG означає не тільки щедрі ресурси на все професійне життя, що залишилося, а й визнання того, що вчений увійшов до кола еліти німецької науки. [9]

 

 

Про Нобелівську премію Келеру, Мільштейну та Йєрне було оголошено першого понеділка жовтня 1984 року. Вона кардинально змінила життя Келера. [10]

Премія стала несподіванкою для багатьох імунологів. Навіть той факт, що Келер був включений до номінантів, здивував його колег. Багато хто передбачав, що гібридомна технологія зрештою буде відзначена Нобелівською премією, але мало хто чекав, що це відбудеться так швидко. Дослідницькі організації завжди бурхливо реагують, якщо один із їхніх співробітників нагороджується Нобелівською премією. Що стосується Келера, то дві такі організації могли претендувати на цю роль, оскільки Келер одночасно працював й у Базельському інституті імунології, й в Інституті імунобіології Макса Планка. Це навіть призвело до деякої напруженості у відносинах між цими двома поважними науковими установами.

В очах громадськості Келер став новим генієм біомедичної науки Німеччини. Журналісти називали відкриття Келера «чарівною пігулкою».

Келер прожив яскраве та плідне життя, на жаль, недовге. Він помер у 1995 році від серцевого нападу у віці 48 років. Незважаючи на те, що з моменту відкриття Келлером методу продукції моноклональних антитіл минуло вже п’ятдесят років, його наукова спадщина залишається значущою й досі, його внесок у розвиток медицини продовжує надихати вчених у всьому світі до нових відкриттів у галузі імунології. [11]

 

Література:

1. Klaus Eichmann Köhler’s Invention (Birkhäuser Verlag, Basel, 2005) University of Freiburg Faculty of Biology. рр. 58-60.
2. https://www.whatisbiotechnology.org/index.php/people/summary/Kohler
3. https://www.aai.org/About/History/Notable-Members/Nobel-Laureates/GeorgesJFKohler#gsc.tab=0
4. https://mediatheque.lindau-nobel.org/recordings/37558/1990-
   transgene-mice-in-immunology
5. Klaus Eichmann The patent disaster (Birkhäuser Verlag, Basel, 2005) University of Freiburg Faculty of Biology. рр. 90-92.
6. https://www.whatisbiotechnology.org/index.php/exhibitions/milstein/monoclonals/The-making-of-monoclonal-antibodies
7. Köhler G., Milstein C. Continuous cultures of fused cells secreting antibody of predefined specificity (англ.) // Nature : journal. — 1975.
8. Danon, Y L (1996). «[Monoclonal antibodies: George Kohler]». Harefuah. Vol. 130, no. 2 (published 15 January 1996). pp. 108–109.
9. István Hargittai (2006). «Köhler’s Invention». Journal Structural Chemistry. 17 (1): 161–162.
10. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1984/kohler/facts/
11. Melchers, F (1995). «Georges Köhler (1946–95)». Nature. Vol. 374, no. 6522 (published 6 April 1995). p. 498.