Версия для печати
Вернуться к списку

ПРИНЦИП ГИЛЬОТИНЫ

О новом научном направлении и его перспективах рассказывает советник РАН академик Рэм ПЕТРОВ.

- Рэм Викторович, почему все-таки нонобиотехнология, а не нанобиология?

- Дело не просто в терминах, на самом деле это фундаментальный вопрос. Чтобы ответить на него, придется сделать небольшой экскурс в историю. Биология - одна из самых древних естественных наук, она начиналась с описания, систематики объектов макромира, разделилась на ботанику и зоологию, но все равно оставалась биологией. С изобретением микроскопа исследователям открылся мир, в котором действуют микросущества, - так появилась микробиология. Наука эволюционировала, и потом оказалось, что все живое состоит из клеток, - возникла клеточная биология. Углубились дальше и узнали, что есть молекулы, которые несут и передают информацию обо всем живом, - пришла очередь молекулярной биологии. Последовательность была именно такой: микробиология, клеточная биология, молекулярная биология.

В наши дни мы приступили к исследованию мира на уровне наноструктур. В основе функционирования всех живых систем, будь то вирусы, одноклеточные или многоклеточные организмы, лежит работа наноструктур - информационных единиц ДНК, клеточных рибосом, рецепторов, лиганд и широкого спектра трасмиттеров (интерферонов, цитокинов и других). Фактически вся жизнь протекает на уровне наноструктур! Тем не менее науку не назвали нанобиологией. Почему? Потому что тогда не возникло бы, образно говоря, нового лица, ведь "нано" - это лишь обозначение размера. Назвать нанобиологией изучение биологических наноструктур - значит никак не назвать новый этап науки. Получилось бы, что мы просто занимаемся нормальной молекулярной биологией. Здесь и происходит водораздел между генетическим или молекулярно-биологическим проектом и нанобиотехнологическим.

Основа нанобиотехнологии - наноконструирование из естественных или воспроизведенных синтетических или генно-инженерных наноструктур живых объектов разных биологических типов - от вирусов до млекопитающих и человека. А основные цели биологического наноконструирования - создание наноструктур с искомыми свойствами высшей эффективности. Так что нанобиотехнология - это прежде всего конструирование, вот что отличает ее в первую очередь, именно этот критерий отсекает, как гильотина, то, что к нанобионе относится. Надо четко уяснить, что ученый, увидевший в микроскоп ту или иную наноструктуру, еще не нанобиотехнолог, поскольку он не является конструктором чего-то нового.

- Человек и в самом деле может сконструировать что-то новое, чего не было в природе?

- Вопрос, скорее, философский. Однажды мы беседовали с нобелевским лауреатом Джошуа Ледербергом, речь шла об одном конкретном случае, в котором предлагалось создать некий новый биообъект. И тогда он спросил: "Почему Вы думаете, что это новое? Лучше скажите, что неизвестное для человека. В природе это, скорее всего, есть, просто под руку еще не попало". Действительно, природа неисчерпаема, и тут не место человеческой гордыне. Пока мы только копируем природу - например, созданы генмодифицированные микроорганизмы, растения, животные. Созданы искусственные структуры, подобные вирусам - то есть собраны гены, которые воспроизводят структуру простейшего вируса.

Важное преимущество биологических систем - природное разнообразие. Оно позволяет осуществлять выбор систем, адекватных для разнообразных применений: от создания новых материалов, систем для преобразования энергии до создания бионанороботов. Нанобиотехнология открыла новые широчайшие возможности не только для самой биологии, но и для ее практического применения в медицине, сельском хозяйстве, экологии, а также в информатике, электронике, других отраслях, могущих использовать принципы функционирования живых систем. Фундаментальные исследования, которые ведут академические институты, позволили Комиссии РАН по нанотехнологиям сформировать следующие пять основных стратегических направлений развития нанобиотехнологии.

Нанодиагностика и нанодетекция. Это конструирование биологических узнающих систем. Исследователи разрабатывают наноструктурные системы детекции биоорганических субстанций, бактерий, вирусов для использования в молекулярной биологии, медицине, экологии, криминалистике. Создаются нанобиосенсоры для генодиагностики, наркодиагностики, мониторинга лекарств, нанокомплексы, пригодные для внутривенного введения, состоящие из биосенсоров с наночастицами, которые регистрируются физическими приборами, расположенными вне тела (ядерно-магнитный резонанс, ультразвуковые и другие исследования). В рамках этого направления будут разрабатываться системы гигиенического надзора безопасности нанотехнологического производства и нанопродукции и фактически будет создана отдельная дисциплина - наноэтика.

Второе направление - нанолекарства. Это конструирование новых лечебных препаратов. Создаются лекарства для клеток-мишеней и клеточных наноструктур, включая генотерапию, новые противоопухолевые, кардиотропные и психотропные средства, новые антибиотики, иммуномодуляторы, аллерготропины и наноантитела для лечения иммунодефицитов, аллергии, опухолей и аутоиммунных заболеваний. Ученые работают над адресным преодолением клеточных мембран, различных биологических барьеров для адресной доставки лекарств.

Третье направление - нановакцины. Это конструирование иммуногенов, мини-антител, наноантител. В первую очередь, речь идет о создании вакцин нового типа против туберкулеза, СПИДа, гепатитов, гриппа и других новых и возвращающихся социально значимых инфекций. С помощью нанотехнологий становятся возможными противоопухолевая защита организма, адресное стимулирование или подавление его иммунитета.

Нанотрансгенез, или трансгенное наноконструирование. Это трансгенез бактерий, вирусов, создание различных векторных наноконструктов. Трансгенез растений позволяет создавать новые эффективные гормоны и вакцины, трансгенез животных - новые породы, новые биологические материалы.

Наконец, нанобионика. Создание нанокомпонентов для новых кровезаменителей, наногубок и нанотрубок для депонирования в тканях биоактивных субстанций, безаллергенных биоматериалов, энерготрасформирующих наносистем и нанороботов. Здесь же создание модельных живых клеток и искусственных вирусов.

И, обратите внимание, каждое из этих направлений связано именно с конструированием - тем, что отличает нанобиотехнологию от молекулярной биологии, клеточной инженерии, других ответвлений науки. Эту своеобразную "гильотину" легко продемонстрировать на примере эволюции гриппозных вакцин.

Первый этап - так называемая цельновирионная вакцина (см. рисунок на с. 12). Для ее создания из зараженного организма взяли вирус - некое тело, на его поверхности есть структуры, которыми вирус живет и благодаря которым является патогенным. Для создания иммунитета именно они являются самыми главными. Вирус инактивируют - то есть убивают его или ослабляют путем нагрева или иным способом и получают таким образом вакцину. Она далека от совершенства - токсична, реактогенна, иммунитет от нее слабый.

Лет двадцать назад возникли так называемые субъединичные вакцины, которые стали делать уже не из всего вируса, а только из структур на его поверхности - субъединиц. Вакцина стала менее токсична, но для усиления иммуногенности при ее изготовлении требуется повышенное количество поверхностных структур. Молекулы гемаглютенина и нейроминидазы (так называются эти структуры) уже являются наночастицами, но это еще не нанобиотехнология, поскольку для приготовления вакцины из вируса извлекают его собственные готовые структуры.

Наконец, последняя генерация вакцины - ее назвали полимер-субъединичной. Это уже нановакцина, потому что построена как раз по принципу конструирования. Из вируса взяты субъединицы, а для того чтобы усилить их иммунную эффективность, они присоединены еще к одной наноструктуре - полимерной молекуле, сконструированной специально для того, чтобы усиливать иммуногенность молекул гемаглютенина и нейроминидазы. Вот эти комплексы, которые являются сконструированными наночастицами, стали основой отечественной вакцины - гриппола. Она высокоэффективна, нетоксична, доза вирусного материала в ней троекратно снижена. В 2006 году ею было привито 24 миллиона человек, а в минувшем - 26 миллионов.

На трех этапах создания гриппозных вакцин хорошо видно, где проходит граница между клеточной, молекулярной биологией и бионанотехнологией.

- Вакцину против птичьего гриппа тоже можно создать с помощью нанобиотехнологии?

- Вообще будущее вакцинологии - это нановакцины, то есть сконструированные под определенную задачу. Яркий пример - уже существующая вакцина против рака шейки матки. Это вакцина - церварикс - построена на основе самоорганизации поверхностных вирусных субъединиц. Создание человеческой вакцины от гриппа, вызванного вирусом птичьего гриппа, - это тоже нанотехнологическая задача, поскольку лучшие вакцины такого типа - субъединичные, да еще и со встроенными в них стимулирующими наноструктурами.

- Когда нанобиотехнология занимается конструированием биологических объектов - это понятно, но сочетание "живые системы и наноэлектроника" очень непривычно...

- Вообще нанобиотехнология - это, я бы сказал, союз молекулярной биологии и биоинформатики. Живые системы обладают уникальной способностью к самоорганизации и могут помочь запустить процесс построения некой сети в электронных устройствах. Тимирязев однажды выразился очень образно о том, что когда луч солнца где-то впервые упал на землю, то упал он не напрасно - он попал на зеленый лист, и в результате длинной цепочки переноса энергии в листе возник крахмал, он перешел в зерна, которые попали в наш хлеб, который в конце цепочки превращений стал нашими мышцами, нервами... А ведь вся электроника построена на переносе энергии. Спираль ДНК фактически является "проводом", она может, грубо говоря, проводить электричество. В живом организме есть вещества, которые способны трансформировать световую энергию, их надо использовать для того, чтобы сделать электронику более точной, минимизировать ее. Конечно, пока нет компьютеров, работающих на биологических структурах, но есть стремление к этому. А нанобиотехнология - этот как раз создание того, к чему стремишься!

- Но не всегда достижения науки идут на пользу людям, уже есть серьезные претензии и к нанотехнологиям....

- В рамках общегосударственной программы по нанобиотехнологии будет развиваться направление наноэтики. Конечно, мы должны четко представлять себе последствия того или иного шага в нанобиоконструировании. Например, биоэтика уже широко охватывает процессы нашего понимания сути жизни, значения человека. Знаете, какой главный этический тезис ООНовской декларации "Геном человека и права человека"? Интересы индивидуума выше интересов человечества! Если действительно относиться к индивидууму именно так, то никогда его права не будут нарушены. Иногда исследователю кажется, что ничего особенного не произойдет, если он возьмет для эксперимента капельку крови человека или его клетку, ведь опыт ставится не над самим человеком. Биоэтика диктует совершенно другой подход. Я должен знать, для чего у меня взяли клетку - может быть, вы хотите соединить ее с клеткой динозавра и получить монстра, или она станет основой для создания биологического оружия.Поэтому все работы, которые касаются нанобиотехнологии, должны проходить жесткий отбор. Сейчас перед нами стоит важная задача выбора научных критериев для дальнейшего продвижения, поэтому я и считаю, что должна быть еще одна "гильотина" - биоэтическая и гигиеническая, которая будет отсекать то, что наносит вред здоровью человека и окружающей среде.