Поиск - новости науки и техники

Синтез под присмотром. Биологи вгляделись в клетку.

Симпатичный пушистый кролик на видном месте в кабинете заведующего лабораторией регуляции синтеза белка НИИ физико-химической биологии им. А.Н.Белозерского МГУ доктора химических наук Ивана Шатского оказался, конечно, не случайно – он напоминает об исследованиях синтеза белков, которым ученый посвятил практически всю жизнь. И это при том, что биологией И.Шатский стал заниматься по собственной инициативе, на свой страх и риск. Он учился на химфаке МГУ, а в начале 1960-х годов прошлого века биологии там не было вовсе. Но в то время к ней и генетике было приковано особое внимание: обе науки возрождались после жестокого разгрома, учиненного в 1948 году. И студенту химфака захотелось соединить химию с биологией: взглянуть на жизнь и изучить ее процессы с точки зрения поведения молекул. Узнать, как происходящее в клетках действо регулирует все живое…

– После долгих поисков на одной из кафедр химфака я нашел молодого сотрудника – Алексея Богданова, ныне академика, как и я интересовавшегося молекулярной биологией, – вспоминает Иван Николаевич. – Вместе мы и познавали новую для нас науку. А на четвертом курсе я попал на стажировку в лабораторию академика Александра Спирина. Он исследовал рибосомы – фактически молекулярные машины, синтезирующие белки. И меня это захватило. Закончив химфак, поступил в аспирантуру и с первого дня работаю в институте, который носит имя А.Белозерского. Расскажу, для непосвященных, о рибосоме, которую стал изу­чать. Эта важнейшая частица клетки, в которую поступает информация о структуре каждого белка, имеет микроскопические размеры – приблизительно 20-30 нанометров. Рассмотреть ее можно лишь с помощью электронного микроскопа. Все белки, а из них состоит любой организм – что бактерия, что человек, образуются (синтезируются) в рибосоме, также частично состоящей из белков и постоянно обновляющейся. Рибосом в клетке очень много. Информацию о каждом белке они получают в виде мРНК, полимерных молекул, которые являются копиями генов. Они “обрабатывают” информацию каждой мРНК, соединяя аминокислоты, и выдают самые разные белковые молекулы. И ни на секунду при этом не останавливаются – так высока потребность в белках. А все потому, что они долго не живут: срок жизни некоторых белков всего 15-20 минут, и только долгожители-рекордсмены дотягивают до суток. И все постепенно распадаются и заменяются новыми. Различных белков и кодирующих их генов в организме человека насчитывается примерно 20-30 тысяч. У бактерий, для сравнения, их несколько тысяч. Это не значит, что все они всегда нужны организму, но многие требуются ему постоянно. И если досконально изучить процессы, происходящие в рибосоме, то это знание, несомненно, вызовет интерес физиков и инженеров.

– Почему именно их, а не биологов и генетиков?

– Потому что, заглянув внутрь рибосомы, мы до самых мелких деталей будем точно знать, как она работает, как совершает очень сложные операции, в частности осуществляет синтез. Возможно, нам удастся имитировать эти процессы, скопировав работу природной живой машины, и попытаться применить в технике.

– Наверное, многие ученые изучают “производственные процессы” рибосомы, и в этой области существует сильная конкуренция?

– Нет, это не так. Начнем с того, что частица эта настолько мелкая и сложная по “конструкции”, что ученые до сих пор окончательно не выяснили, как она работает. Когда я начал ей заниматься, где-то в 1970-х годах, эффективных методов изучения рибосом не было вовсе. И хотя кое-что у нас получилось, причина оказалась веской – и мне пришлось сменить тему исследований. С изучения рибосом переключился на синтез белков у вирусов. Решил выяснить, каким образом некоторые из них образуют свои вирусные белки. Вирусов, заражающих человека и животных, – огромное количество, к тому же они постоянно меняются. Я занялся теми, что проникают в клетку, добираются до цитоплазмы и там размножаются. В основном, это те вирусы, которые в качестве генного материала содержат не ДНК, а РНК. Их РНК одновременно работают и как генный материал, и как мРНК для “считывания” рибосомами. Некоторые представляют особую опасность для человека и животных, например вирусы полиомиелита и ящура. Кстати, вирус Зика, о котором сейчас много говорят, относится к этому типу вирусов. Напомню, чтобы произвести белок, рибосома должна получить информацию о нем в виде мРНК и “вникнуть” в нее. мРНК вирусов, которые мы изучали, программируют рибосомы иначе, нежели мРНК самой клетки, используя свои особые механизмы. Их я и решил изучать, чтобы выяснить, каким образом вирусные мРНК конкурируют с клеточными мРНК. У вируса ведь собственный интерес: он стремится диктовать рибосоме “свою волю”, и белки получались исключительно вирусные, а не клеточные. Но чтобы рибосомы воспринимали именно вирусные мРНК, необходимы особые мощные механизмы. Удалось установить, что в вирусных мРНК есть специ­фические сложные структуры, позволяющие им “захватывать” преимущественно рибосомы. Они помогают вирусам довольно успешно конкурировать с мРНК самой клетки. Опасность для человека состоит в том, что вирусы разрушают клетки. В частности, вирус полиомиелита, зарождаясь в желудке, очень часто проникает в головной мозг и поражает его. Вместе с коллегой Татьяной Пестовой, которая сейчас работает в США, нам удалось изучить процесс образования этих специфических структур в вирусных мРНК и в конце 1990-х годов опубликовать пять статей в ведущих зарубежных журналах. Сегодня количество ссылок на них достигает приблизительно двух тысяч. А на статью, описывающую специ­фическую структуру в мРНК вируса гепатита С человека, приходится уже более 500 ссылок. Эти исследования в 2010 году были удостоены премии имени А.Н.Белозерского РАН.

– Эти работы имеют только фундаментальное значение?

– Не только. Предполагается и их практическое применение. Есть возможность создавать лекарства, действующие непосредственно на упомянутые специ­фические структуры вирусных мРНК и мешающие им работать на полную мощность. Можно также, воспользовавшись биоинженерными методами, с помощью искусственно полученных мутаций слегка изменять эти специфические вирусные структуры, создавая таким образом ослабленные вирусы. Они могут использоваться в качестве “живых” вакцин. 

– Так ли это просто, как вы говорите: там подправить, тут изменить?

– Нет, конечно, эти операции – наисложнейшие. Но их можно производить благодаря современным биоинженерным технологиям. Ведь информационные молекулы, или мРНК, – это полимеры, состоящие из звеньев, соединенных в определенном порядке. Для каждого белка, будь то белок клетки или вирусный белок, есть своя мРНК. В случае вирусной мРНК можно попытаться заменить в ней определенные “детали” или звенья, а затем проверить, совсем она не работает или просто плохо работает. Если вирус с такой измененной мРНК остается достаточно сильным, то для вакцины явно не годится, если же вялым и хилым – может, и подойдет. В таком состоянии ему будет не по силам вызвать столь тяжелую болезнь, как полиомиелит. Поэтому его можно использовать в качестве вакцины против полиомиелита: хотя температура у прививаемого на некоторое время и повысится, но на этом все его неприятности закончатся – болезнь грозить ему уже не будет. Замечу, что сам по себе полиомиелит в России и многих других странах практически побежден, но близкие родственники этого вируса еще существуют в Юго-Восточной Азии. Так, на основании фундаментальных работ появилось новое направление биоинженерии – и мы можем теперь получать ослабленные вирусы или лекарства против них. 

– С момента публикации ваших статей прошли годы. Появились ли за это время новые лекарства?

– Пока, увы, нет, но работы продолжаются – подтверждением тому служат многочисленные ссылки на наши статьи. Не скажу, что это направление биоинженерии осталось магистральным. К тем вирусам, с которыми мы работали, интерес стал понемногу угасать, во всяком случае, в Европе и Америке. Поэтому сейчас наша лаборатория частично переключилась на новую область исследований: мы пытаемся рассмотреть принципы синтеза белков не по отдельным частям, а в масштабе всей клетки. Совсем недавно появилась возможность следить за синтезом в клетках пусть и не всех, но сразу нескольких тысяч белков. Сложнейшие аппараты иностранного производства проводят анализы, которые стоят, по нашим меркам, безумные деньги. Один прогон прибора обходится в 10 000 долларов. Выход мы все же нашли: стали загружать в установку экспериментальные данные сразу нескольких исследователей. Попросту говоря, “скидываемся” на проведение этих сложнейших анализов. Проводятся они примерно раз в два-три месяца, по мере накопления материалов и, конечно, денег. Такие суперсовременные анализы позволяют увидеть, что происходит в конкретной клетке в данный момент. Затем, действуя на нее неким лекарством, но можно и ядом – это не суть важно, наблюдаем за происходящими изменениями. Каких белков, скажем, в ней стало меньше, а каких больше? Кто из них лучше “работает”, а кто хуже? Какой белок пошел в рост, а какой, наоборот, скукожился? Идем дальше – сравниваем данные двух клеток: здоровой и раковой, чтобы определить, чем они отличаются друг от друга, что в больной происходит не так, как в здоровой, каких белков, например, там не хватает, а каких чрезмерно много. Этот очень перспективный метод был открыт в Америке, однако немногие ученые в мире сумели его освоить. Один из них – сотрудник нашей лаборатории мой ученик Дмитрий Андреев.

– Какие практические результаты могут дать подобные исследования?

– Давно известно, что метод химиотерапии для борьбы с раком, мягко говоря, не идеален и далеко не всегда приводит к полному выздоровлению. Часто остаются неубитые клетки. Хотя их может быть и совсем немного, но, раз им удалось выжить, значит, они стали стойкими к использованным лекарствам и снова могут вызвать метастазы. Устойчивость раковых клеток к лекарствам – главная проблема химиотерапии. Если же мы получим полную картину происходящего в пораженной раковой клетке, то медики точно будут знать, по каким конкретным дополнительным “точкам” им следует бить, какие еще лекарства давать, чтобы полностью поразить раковые клетки, включая и неуязвимые к исходному лекарству. Метод, безусловно, сложный, но может стать очень перспективным. 

– Сотрудники вашей лаборатории с ним справляются?

– Да. Они много чего уже умеют и много чего знают. Они пришли ко мне студентами третьего-четвертого курсов, стали ведущими сотрудниками, защитили диссертации и успешно ведут собственные исследования. Бывает, мы спорим, иногда приходится их корректировать, но это не принципиальные разногласия. И я жду от них прорывных исследований. Правда, помешать этому могут, так сказать, внешние факторы. Я не имею в виду их отъезд за рубеж, хотя едут многие, но в основном аспиранты, а моим квалифицированным ребятам впору возглавлять собственные лаборатории: они вполне могут вести самостоятельные темы и руководить людьми. Но за рубежом сейчас получить лабораторию практически невозможно – и они прекрасно это понимают. Здесь же они пользуются едва ли не полной свободой, я всегда поддерживаю их идеи, если они, конечно, стоящие. Молодые сотрудники печатаются в ведущих иностранных журналах, и на их статьи есть много ссылок – за границей почти всех их уже знают. Но есть одно “узкое место” – это финансирование наших исследований. Без денег в нашей области биологии работать невозможно. И если средств не будет, не знаю, как в дальнейшем сложится судьба моих ребят. В одном я уверен: из науки они не уйдут.

Юрий ДРИЗЕ

Фото предоставлено И.ШАТСКИМ 

Нет комментариев