Поиск - новости науки и техники

Фокус – на молекулах. В МФТИ выявляют механизмы старения.

Недавно в Московском физико-техническом институте был создан Центр исследования молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний. В перспективе он сможет предложить пути повышения качества жизни в пожилом возрасте и борьбы с возрастными заболеваниями. А пока здесь ведутся исследования преимущественно в области мембранных белков. Мы попросили исполнительного директора Центра, заместителя руководителя Лаборатории перспективных исследований Валентина Борщевского рассказать, для чего в МФТИ появилось такое научное подразделение, какие достижения у него уже есть и о каких перспективах задумываются его сотрудники.
– Центр состоит из нескольких лабораторий, всех их объединяет тот факт, что они изучают возрастные изменения не с медицинской точки зрения, а с позиций клеточного и молекулярного старения, – говорит Валентин Иванович. – В МФТИ эта работа началась не с нуля. Здесь существует довольно давняя традиция развития биофизики. Я имею в виду физические подходы к исследованию живой природы, примененные в биологии. Развитие этого направления привело к созданию в 2011 году Лаборатории перспективных исследований мембранных белков. Ее руководителем с момента основания является Георг Бюлдт – немецкий ученый, до этого – директор Института комплексных систем (ICS-5) в Исследовательском центре 
г. Юлих (Германия), где под его руководством работали или проходили стажировку несколько поколений наших выпускников. Лаборатория Бюлдта занималась как раз мембранными белками.
– Почему они важны при изучении проблем старения?
– Они во многом определяют молекулярные механизмы старения, поскольку опосредуют взаимодействие между клеткой и окружающей средой, а также между соседними клетками, участвуя в транспорте ионов и питательных веществ, передаче сигналов и преобразовании энергии. Их дисфункции зачастую приводят к развитию таких тяжелых заболеваний, как болезни Альцгеймера, Паркинсона, диабет, рак, инфаркт и многие другие.
Эти белки находятся в мембранах клеток. Любая клетка нашего организма окружена мембраной, которая отделяет содержимое клетки от того, что снаружи. Мембранные белки очень важны, потому что через них клетка взаимодействует с окружающей средой и другими клетками. То есть они передают сигналы, переносят вещества. В частности, если говорить о гормонах, они тоже действуют через мембранные белки. Гормон “садится” снаружи клетки на мембранный белок, это вызывает изменение структуры, и сигнал о том, что гормон пришел в клетку, передает именно мембранный белок. Или если говорить о нейронах головного мозга, то основные события, связанные с передачей сигналов по нейрону, тоже происходят на мембране. 
– Мембранные белки различны у разного типа клеток?
– Конечно, их тип зависит от того, какую работу выполняет клетка. Если она обладает способностью передавать сигнал, как нервная клетка или клетка миокарда, то там есть определенные белки, которые за это отвечают. Если клетка умеет чувствовать приход какого-то гормона, то у нее должен быть определенный рецептор, который на это событие реагирует. Например, почувствовать адреналин позволяет особый мембранный белок – адренорецептор. 
Поскольку множество очень важных событий происходит именно на мембранах, мы и заинтересовались этим направлением. Поэтому и появилась лаборатория Георга Бюлдта, которая первой на Физтехе начала заниматься тематикой перспективных исследований мембранных белков. Позже к ней присоединился Вадим Черезов – ученый из США (тоже выпускник Физтеха), который является одним из руководителей Института Бридж в Университете Южной Калифорнии (Bridge Institute USC). Его научная тематика тоже касается мембранных белков, но она больше смещена в сторону рецепторов. Его Лаборатория структурной биологии рецепторов в МФТИ занимается определенным классом рецепторов, которые называются “рецепторы, сопряженные с G-белком”. Это основной тип рецепторов человека – почти все гормоны, которые есть в нашем организме, действуют через них. Лаборатория Черезова вошла в состав нашего Центра в 2014 году. Еще одно его подразделение – Лаборатория химии и физики липидов профессора Владимира Чупина. Оно очень хорошо дополняет общую работу, потому что большинство ученых Центра – физики, которые что-то делают для биологии, а Владимир Викторович – химик, который занимается мембранами и синтезирует липиды для работы с нашими объектами. 
Совсем недавно мы создали еще одну лабораторию, которая занимается обсчетом полученных результатов методами моделирования и компьютерного анализа. Таково ядро Центра. Одновременно с организацией всех этих лабораторий приходило понимание наших долгосрочных целей. В процессе обсуждений мы увидели, что важнее всего – попытаться понять, как происходит старение, почему многие заболевания, которые сегодня являются бичом человечества, приходят с возрастом.
– Это тема модная, сегодня ее развивают многие научные группы во всем мире.
– Старением действительно ученые интересовались всегда. Но осознанные попытки понять, почему же оно происходит, начались не так давно. Биология до какой-то поры была описательной: мы смотрели, записывали, пытались анализировать то, что увидели. А в последние несколько десятков лет биология перешла на уровень молекулярный и стала не столько описывать, сколько разбираться, какие законы регулируют те или иные процессы, происходящие в человеческом организме. Наука стала более предсказательной, и благодаря тому, что развилось большое количество инструментов, биология может лучше понимать и предсказывать те или иные события. 
– И все же, какова конечная цель этих исследований? Можно будет снизить риск заболеваний, отсрочить их наступление?
– Обычно говорят об активном долголетии – таков желаемый результат. То есть в идеале всех интересует долгая и здоровая старость.
– В чем коренное отличие ваших исследований и, например, тех, что ведутся в лаборатории академика Скулачева, которая занимается изучением процессов старения достаточно давно?
– Мы поддерживаем очень тесные отношения с лабораторией Владимира Скулачева, многие его студенты и аспиранты работают у нас. Сотрудники Скулачева больше сфокусированы на митохондриальной теории старения, у нас же свои акценты, связанные с биологическими мембранами. Наши исследования дополняют друг друга.
– Центр ваш все же достаточно молодой. Как и благодаря чему происходит его работа?
– Пожалуй, все это стало возможным после запуска ряда правительственных программ поддержки университетов, в том числе Проекта 5-100. Он как раз позволяет приглашать ведущих зарубежных ученых, открывать новые лаборатории под их руководством. Нам помогают также недавно полученные гранты Российского научного фонда, ФЦП ИР и, конечно, РФФИ.
– На днях в МФТИ открывается международная конференция “БИОМЕМБРАНЫ 2016: механизмы старения и возрастных заболеваний”. На ней пойдет речь о работе вашего Центра?
– Задача конференции – не в том, чтобы обсудить то, что сделано нами, – она гораздо шире. Первая подобная конференция, которая состоялась в 2010 году, была обзорной, мы рассказывали сотрудникам и студентам Физтеха о нашей области исследований. Вторая прошла в 2014 году, и там мы говорили о том, что такое мембранные белки, как они устроены, каковы их функции. Сейчас мы хотим показать, почему эти белки играют важную роль в процессе старения. Цель – в том, чтобы обсудить эту тему с учеными мирового уровня. Среди приглашенных, как минимум, три человека имеют работы, достойные Нобелевской премии. Двое из них, кстати, члены Наблюдательного совета нашего Центра. Это Рэймонд Стивенс, который занимается изучением рецепторов, сопряженных с G-белками, и Эрнст Бамберг – один из основателей оптогенетики. Последнее – очень важное научное направление, которое дает уникальные инструменты для исследований мозга, позволяет приблизиться к лечению некоторых нейродегенеративных заболеваний, восстанавливать слух, зрение. Это направление очень активно развивается в последние годы. Еще один выдающийся ученый, который будет участвовать в конференции, – это немецкий профессор Вернер Кюльбрандт, считающийся одним из основных разработчиков метода криоэлектронной микроскопии. Не могу не назвать также Валерия Фокина, который работает в МФТИ в области клик-химии, он тоже один из вероятных претендентов на крупные международные награды. Хочу отметить, что интерес к этому мероприятию очень большой – в качестве участников зарегистрировались уже более 400 человек.
– Ученые мирового уровня, прежде чем принять решение о посещении того или иного мероприятия, должны удостовериться в том, что их приглашают авторитетные ученые с определенными достижениями в выбранной для обсуждения области. Какими-то своими работами вы можете похвастаться?
– Прежде всего хочу отметить, что научный руководитель Центра профессор Валентин Горделий, который создает его идеологию и направляет нашу работу, – одновременно председатель программного комитета конференции и именно на его приглашение откликнулись те люди, о которых я говорил.
Что же касается наших достижений, то мы регулярно публикуем результаты исследований, в том числе в топовых международных журналах. Недавно в одном из журналов группы Nature вышла наша статья, в которой мы впервые показали, как устроена так называемая натриевая помпа – это мембранный белок, который поглощает квант света и после этого переносит ион натрия с одной стороны мембраны на другую. Подобные механизмы очень важны для оптогенетики, которая изучает способы управления клетками или органеллами при помощи света. Самый простой пример применения оптогенетики – управление нейронами. У некоторых бактерий или водорослей есть так называемый канальный родопсин – мембранный белок, который при поглощении света открывает поры. Если этот канальный родопсин вставить в нейрон, а потом на нейрон воздействовать светом, то на мембране откроется “дырка”. Произойдет сбрасывание потенциала, и в конечном счете нейрон начнет передавать сигнал.
– Для чего важна такая принудительная передача сигнала?
– Она позволяет очень точно определить, за что отвечает конкретный нейрон. С другой стороны, у методики есть множество потенциальных применений. Например, в кардиологии она может использоваться в водителях сердечного ритма. Воздействие в виде вспышки света легко переносится и достаточно эффективно. Кроме этого, есть потенциальные области применения, связанные с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезни Альцгеймера, Паркинсона. Сейчас уже показано, что мышам удается восстанавливать зрение при помощи этого метода. Есть разработки по восстановлению слуха, там даже созданы устройства-прототипы. Если говорить, почему важна наша работа, то канальный родопсин, который просто открывает пору – это узкое место в оптогенетике. Таких каналов, которые что-то делают под воздействием света, пока еще очень мало. А надо научиться переносить ионы кальция, натрия, калия, водорода или какие-то еще. Надо уметь создавать селективные каналы, которые будут не просто открывать “дырку” в клетку, но и пропускать через нее ионы определенного типа. 
Беседовала 
Светлана БЕЛЯЕВА
Фото автора

Нет комментариев