Эпоха протеомики

Почему так важно изучить белок-белковые взаимодействия? Дело в том, что большинство белков — это ферменты (биологические катализаторы), которые превращают в клетке одни соединения в другие. Естественно, что так как ферментов великое множество, как и субстратов (веществ, на которые воздействуют ферменты), то для клетки в высшей степени важно координировать работу внутриклеточных ферментов.

Это достигается главным образом через белок-белковые контакты. Например, известно, что данный фермент не работает, если он не присоединил к себе фосфатные группы. Фосфорилирование достигается действием другого фермента, который в свою очередь тоже регулируется через фосфорилирование-дефосфорилирование. В клетке есть сотни киназ и фосфатаз (тяк называемые ферменты, которые соответственно фосфорилируют и дефосфорилируют другие белки), и их действие осуществляется через связывание с другими белками.

Знание структуры всех генов и кодированных ими белков совсем не равнозначно тому, что мы знаем, для чего они нужны клетке. Эпоха геномики будет постепенно сменяться эпохой протеомики, где на первый план выйдет проблема регуляции взаимодействий между целыми группами белков. Когда мы работаем с одним белком в пробирке, то экспериментатор постоянно контролирует ситуацию: он может задать температуру, концентрацию, состав окружающего белок раствора и т.д.

В клетке ситуация несопоставимо сложнее, так как этот же самый белок в зависимости от условий (которые нам крайне трудно учесть или изменить) может вести себя совершенно по-разному. Поэтому интегральное изучение поведения и функций клеточных белков в живой клетке, что и является конечной целью протеомики, оказывается задачей сверхсложной. Она потребует не только новых технологий изучения живых систем, но и огромных информационных и математических достижений, так как ни одна наука еще не оперировала таким объемом разнородной информации.

Это — дело будущего, хотя и достаточно близкого. Но уже сейчас возникает буквально на наших глазах новая наука, которую условно называют фармакогеномикой (или фармакогенетикой). В этих названиях соединены, с одной стороны, гены или геномы, а с другой — наука о лекарствах. Как произошло такое объединение? Сейчас ни для кого уже не секрет, что огромное количество болезней, от которых страдает все живое (люди, животные, растения), имеет генетическую основу. Это означает, что возникновение и развитие этих заболеваний связано с повреждением или изменением функций одного, а чаще нескольких генов.

Наиболее известными и, к сожалению, наиболее тяжелыми из таких болезней являются онкологические. Общепризнано, что рак — это болезнь генома клеток. Возникновение злокачественных опухолей связано с тем, что одни гены, защищающие клетки от превращения в раковые, повреждаются, а другие гены, наоборот, под действием факторов окружающей среды начинают работать более активно. Первые называют антионкогенами (или генами, подавляющими развитие опухолей), а вторые — онкогенами. Известны десятки генов человека, которые относят к этим группам. Очевидно, что не зная строения этих генов и кодируемых ими белковых продуктов, трудно надеяться на то, что будут найдены рациональные пути лечения рака. Поэтому расшифровка строения генома человека — наиболее обоснованный путь к созданию рациональной терапии онкологических заболеваний.

Любое лекарство должно обладать как минимум двумя свойствами: во-первых, действовать на то звено в клетке, которое поражено болезнью, и, во-вторых, не затрагивать других, здоровых сторон жизни клетки. Ученые говорят: лекарство должно быть избирательным (специфичным) и нетоксичным (не причинять вреда). Совместить оба требования крайне сложно, если не знать мишень, на которую нужно действовать. Сейчас геномика дала в руки исследователей способы определить, какая болезнь связана с каким геном. Раньше решение такой задачи считалось выдающимся успехом, об этом сообщали все научные журналы, это было редким событием, сенсацией. Сейчас гены, ответственные за ту или иную болезнь, находят буквально каждую неделю. Как только ген найден и его структура установлена, надо понять, как работает белок, кодированный этим геном. Затем, когда функция белка установлена, вырабатывается стратегия лечения болезни. Можно искать лекарство, которое будет восполнять функцию поврежденного белка или, наоборот, подавлять активность белка, если болезнь связана с его сверхпродукцией. Можно идти и по другому пути: ввести в клетки вместо поврежденного нормальный ген того же самого белка. Этот путь лечения называют генотерапией.

В США к концу 1998 года уже тысячи больных получили генотерапевтическое лечение. Пока прошло еще слишком мало времени, чтобы судить об отдаленных результатах, но медики дружно согласны в том, что для многих неизлечимых болезней генотерапия — единственный путь лечения, несмотря на все возникающие на этом пути трудности. Равная из них — добиться того, чтобы в каждую отдельную клетку попал здоровый ген и там закрепился. Генотерапия прогрессирует столь быстро, на ее развитие ведущие страны выделяют столь значительные средства, что ее успехи наверняка станут одним из главных событий нового века.

Все только начинается

XXI век будет не только веком новой биологии, но и веком новой медицины, построенной не на эмпирической или полуэмпирической основе, а на основе точных знаний об организме человека, его генах и белках. Уже возникла область, которая называется молекулярной медициной. В ней объединяются достижения геномики, молекулярной биологии, биохимии, знания о механизмах болезней на молекулярном уровне. Новая медицина не только увеличит продолжительность жизни людей (она уже сейчас в цивилизованных странах достигла очень большой длительности), но, что, вероятно, еще важнее, избавит родителей от детей с врожденными наследственными болезнями. Беззусловно, уже в начале века будет побежден СПИД — бич века уходящего, станут излечимы многие формы рака.

Поэтому государства, развивающие геномные исследования сейчас, закладывают основы здоровья нации в грядущем веке. Это дальновидная политика, от которой выиграют не только отдельные страны, но и все человечество в целом.

Самое интересное в биологии только начинается. Расшифровка структуры геномов бактерий, дрожжей, нематоды и в близком будущем человека — триумф индустриальной и коллективной науки. Только высочайшая степень индустриализации (крупные центры, автоматы, роботы, массовые стандартные процедуры) в сочетании с разделением труда в масштабах всего мира и привлечением многих сотен исполнителей сделали эти достижения возможными. Однако дальнейшее развитие геномики, ее постепенное превращение в «протеомику» (функциональную геномику) не может быть достигнуто теми же методами и подходами. Этот новый этап потребует перехода от индустриальной науки к науке интеллектуальной, где интеллект и талант одного исследователя станут играть гораздо большую роль, чем сейчас. Поэтому те, кто придет в биологию в начале будущего века, окажутся в лучшем положении, чем современные биологи, которые слишком сильно зависят от индустриально-финансовой стороны. Оригинальное мышление, нестандартный подход, умение интегрировать разнородную информацию (всего этого пока лишены даже самые совершенные компьютеры) станут движущей силой будущей биологии, что не может не быть привлекательным для молодежи.

Биолог в будущем будет, вероятно, значительную часть своего времени проводить за компьютером и письменным столом, а меньшую часть — за столом лабораторным, потому что поиск идеи опыта будет требовать больших усилий и времени, чем сам опыт. Конечно, талантливые экспериментаторы всегда были и будут в биологии людьми высшего сорта, однако роль теоретиков, несомненно, возрастет.

Для России, где интеллектуальное начало в науке всегда преобладало над массово-индустриальным, этот прогноз благоприятен. Российские традиции для новой будущей биологии, безусловно, будут очень ценны. Однако, конечно, самое важное состоит не в праздных размышлениях о возможных будущих успехах, а в том, чтобы не потерять тот научный потенциал, который сейчас тает на глазах из-за бедственного финансового положения как науки, так и ее творцов-ученых. Уход молодежи из науки (в коммерцию, за границу и т.д.) принял катастрофические масштабы, и если его не остановить, будущая биология будет развиваться без россиян, что было бы крайне опасно для страны и несправедливо по отношению к российским биологическим школам.

Другие записи

10.06.2016. Семена для третьего тысячелетия
На вопросы журнала отвечает академик Российской академии сельскохозяйственных наук, Национальной академии наук Украины и Украинской академии аграрных наук, профессор А. СОЗИНОВ, директор Института агроэкологии…
10.06.2016. Разведение овец путем пересадки клеточных ядер
Перевод с английского Nature, 1996, V. 380, N 6569, p. 24-25ОвцыУченые давно стараются понять, как осуществляется генетический контроль за эмбриональным развитием у млекопитающих. Было проведено множество…
10.06.2016. Расшифрована 21 хромосома
Цепочка ДНКУченые сделали огромный шаг на пути к пониманию механизмов возникновения и лечения таких заболеваний, как синдром Дауна, эпилепсия, болезни Герига и Альцгеймера. Этим шагом явилась расшифровка…
10.06.2016. Найден ген старения
Старение обусловлено не одним, а многими сложными процессами, протекающими в организме. Поэтому найти один-единственный ген, от которого зависит старение, вряд ли удастся — скорее это будет несколько генов.…
10.06.2016. Микробы и растения: молекулярный диалог в андеграунде
Мы многое не умеем или не можем делать в одиночку – достаточно вспомнить пустой холодильник или гору белья во время отсутствия жены, чтобы понять, что одинокое существование не дает возможности полностью…