Версия для печати
Вернуться к списку

НОВУЮ ЭРУ В БИОТЕХНОЛОГИИ НАЗОВУТ ПРОТЕОМИКОЙ

Еще не стихли овации в честь расшифровки генома, а наука уже стоит на пороге новой эры — эры протеомики. Изучение функций белка произведет переворот в медицине — позволит применить знания о геноме на практике и даст возможность влиять на наследственность.

На знамени геномики написано “ДНК”, но скоро к этой аббревиатуре добавят целое слово — “белок”. О готовящейся революции сегодня знают только биологи. Но в ближайшее время слова “протеин” и “протеом” станут такими же знакомыми, как “ген”, “геном” и “клон”, которыми сегодня пестрят страницы популярных изданий.

Человеческий геном расшифрован, но чтобы воспользоваться плодами нового знания, произвести переворот в медицинской диагностике и терапии, нужны знания о структуре и функциях белков (в русской научной терминологии протеины называются белками). Ведь не будь белков, генетический код никогда бы не заработал. Если гены — душа наследственности, то белки — ее плоть и кровь.

Протеины известны около 200 лет, их название происходит от греческого proteios — “первоначальный”. В русском языке протеины не случайно называются белками. Самый известный белок — яичный альбумин. Когда альбумин сворачивается от высокой температуры, он белеет — реакция, знакомая каждому, кто жарил яичницу. И вот, начав, что называется, “от яйца”, ученые пришли к сложнейшей науке — протеомике. Объем информации, который теперь предстоит обработать, не имеет аналогов в истории. Ведь число протеинов в человеческом теле достигает сотен тысяч, а это в несколько раз больше, чем количество генов.

Предложение нарисовать белковый атлас человека прозвучало еще в 1982 году. Оно исходило от известного американского биолога Лейфа Андерсона. Но в начале 1980-х попытки индексировать белки казались несерьезными, и проект захирел от недофинансирования. Лишь после расшифровки генома протеомика обрела второе дыхание.

В 2001 году международным консорциумом ученых, политиков и бизнесменов была создана организация HUPO (Human Proteom Organization). В ее задачи входит изучение человеческих белков, что позволит со временем нарисовать белковый атлас человека. Но это лишь одна из возможных задач.

Изучение структуры и функций белка позволит диагностировать и предотвращать наследственные заболевания, создавать лекарства нового поколения, а со временем и бороться с неизлечимыми заболеваниями. Проект HUPO еще только складывается и в отличие от предыдущего — HUGO (Human Genome Organization) — не имеет четко обозначенных сроков. Но уже очевидно, что крупные открытия в области протеомики ожидают ученых в самое ближайшее время.

О том, какие перспективы сулят человечеству грядущие открытия в области протеомики и каковы перспективы таких исследований, рассказал Сергей Кочетков, член-корреспондент Российской академии наук, заведующий лабораторией в Институте молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН .

— Сергей Николаевич, чем отличается протеом от генома?

— Геном — это совокупность всех генов организма, протеом — совокупность белков. Набор генов в любой клетке один и тот же, набор белков для каждой клетки индивидуален. Причем разница в содержании различных белков огромна, она достигает девяти порядков — от 1 до 1 миллиарда белков на клетку.

В отличие от генома протеом меняется в соответствии с состоянием клетки — реагирует на все внешние воздействия. У человека около 40 тысяч генов. Они кодируют белки. После расшифровки генома мы знаем эти гены “в лицо”, в основном представляем, какие белки они кодируют, но не знаем, как большая часть белков работает и как осуществляется программа, заложенная в генах.

— Вначале биологи говорили о “постгеномных исследованиях”, а затем появился термин “протеомика”...

— Это не совсем разные вещи. Протеомика — часть постгеномных исследований. Вообще сегодня в биологических науках появляется все больше “омик”: геномика, протеомика, транскриптомика, гликомика и т.п.

— Дату рождения геномики можно приблизительно назвать — это октябрь 1990 года, когда была утверждена программа “Геном человека”. А когда родилась протеомика?

— Исследования отдельных белков ведутся в течение десятилетий. Но сегодня стало ясно, что именно в этой сфере могут быть применены знания о геноме. Публикации об этом начали появляться в 1995 году. Уже тогда было ясно, что как только геном будет расшифрован, перед наукой встанут еще более сложные задачи. К этому стали готовиться. Одновременно появились и приборы нового поколения, которые были способны эти задачи решить. Первая задача — каталогизировать белки. Между прочим, одна современная установка двумерного электрофореза, которая делит, дифференцирует и идентифицирует белки, стоит 600 тысяч долларов.

— До создания белкового атласа человека еще далеко. Но протеомы некоторых простейших уже частично прочитаны. Как выглядит белковая карта?

— Такая карта ни в одну книгу не поместится — только в компьютерную память, да и то не во всякую. Действует она как электронный каталог — выдает весь набор связей белка с белками-соседями. Но это условность. Реально белок постоянно пребывает в динамике.

— Каков практический выход протеомики для медицины, для диагностики?

— Самый прямой. Ведь для медицины и диагностики заболеваний статус белка в клетке — это самое главное. Заболевание может быть инициировано любыми внешними факторами, но его подлинная причина связана с неправильным функционированием белка. И хотя ошибка закодирована в геноме, ее последствия проявляются на уровне белка, а не на уровне самого гена.

— Действительно ли протеомика способна изменить наши представления о лекарственных средствах?

— Белок — это мишень, на которую направлено действие любого лекарства. Сейчас подбор лекарств обычно проводится методом проб и ошибок. Обладая же знаниями в области протеинов, можно создавать препараты точного действия. Если мы знаем, как устроен активный центр фермента — возбудителя болезни, который необходимо подавить, мы можем заранее смоделировать необходимое для этого химическое соединение.

— Насколько лекарства, созданные на основе новых знаний, будут превосходить старые аналоги?

— Они будут более действенны, менее токсичны. В идеале они вообще не должны иметь побочных действий. Ведь любой побочный эффект — признак того, что препарат направлен не точно в цель. Это как точечные ракетные удары по возбудителям заболеваний. А традиционную лекарственную терапию можно сравнить с ковровыми бомбардировками.

— Какие заболевания сегодня пытаются лечить, используя данные протеомики?

— Прежде всего наследственные. Например, фенилкетонурию, приводящую к серьезному нарушению обмена веществ. Уже сейчас, имея весьма скромные знания о функциях белка, ее можно лечить. В ближайшее время могут быть найдены новые подходы к лечению диабета.

— А как можно воздействовать на наследственные заболевания?

— Предположим, в семье распространено наследственное заболевание. Если эта семья хочет иметь детей, то в не столь отдаленном будущем, взяв клетку отца и проведя с ней кое-какие манипуляции, дефект можно будет исправить. Затем этой клеткой производится оплодотворение, и ребенок рождается здоровым. Между прочим, лечить генетические дефекты у неродившегося человека гораздо проще, чем у уже рожденного.

— Каковы перспективы протеомных исследований в онкологии?

— Главная проблема — чтобы лекарство попадало только в раковые клетки. На поверхности раковых клеток есть белки-маркеры, которые на нормальных клетках отсутствуют. Для каждого вида рака они свои. Лекарство должно иметь компонент, который реагирует избирательно на белок-маркер, связывается с ним и через него перебрасывает свой яд в раковую клетку. Лекарства будущего скорее всего будут работать именно по этому принципу — принципу адресной доставки. Если, например, белок альфа-фетопротеин совместить с ядом, яд может действовать на раковые клетки целенаправленно.

— В России ведутся разработки в этом направлении?

— На альфа-фетопротеин возлагаются большие надежды. Вначале вообще считали, что это универсальный белок, связывающийся с любыми раковыми клетками. Его открыл Гарри Израилевич Абелев. Он сейчас работает в московском Онкологическом научном центре Российской академии медицинских наук на Каширке.

Средствами доставки белка занимается также мой учитель — член-корреспондент Академии наук Евгений Сергеевич Северин. Он работает во Всероссийском научном центре молекулярной диагностики и лечения на Симферопольском бульваре. Кудеев Сергей Михайлович из Института биоорганической химии занимается генно-инженерным конструированием антител, которые в числе прочего предназначены для воздействия на раковые клетки.

— А что может дать протеомика для борьбы со СПИДом?

— СПИД — это дело более отдаленного будущего. Пока все только в теории.

— Российская наука переживает не лучшие времена. Как это сказывается на протеомике?

— От недостатка идей наша наука никогда не страдала. Но сегодня науку нельзя делать голыми руками. У нас исследования пока носят локальный характер. Это закономерно.

Даже в Европе имеется всего 3-4 безупречно оснащенных научных центра. В Японии один такой центр. Несколько — в США. К счастью, недавно правительство выделило деньги на один научный центр, соответствующий мировым стандартам. Стоит он 3 миллиона долларов. Руководит

новым центром Александр Иванович Арчаков, директор Института биомедицинской химии РАМН. У нас в институте есть лаборатория, которая занимается идентификацией белков. Правда, пополнять ее новым оборудованием становится все труднее.

— Как организованы исследования по протеомике в развитых странах?

— В большинстве стран они находятся в руках медицинских фирм. Об этом нечасто говорят, но всем хорошо известно, что медицина — это один из самых прибыльных мировых рынков. Новые методы разрабатываются в университетах на государственные средства. А затем ученый создает фирму и начинает развивать свои открытия в прикладном плане — для диагностики, терапии. Потом он продает “дело” со всеми наработками более крупной фирме и зарабатывает на этом большие деньги.

— Кто сейчас держит мировое первенство в протеомике?

— По многим направлением — США. А также Дания. Датчане здесь вообще первопроходцы. Они первыми занялись протеомными исследованиями на деньги Европейского союза. В Дании в 1990-х годах выросла школа масс-спектрометрии. Один из ее создателей, Матиас Манн, до сих пор человек номер один в европейских протеомных исследованиях. Но в будущем знания не будут принадлежать кому-то одному. Без международной интеграции в протеомике не обойтись.