Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2006 № 01
Когда пять лет назад руководители проекта «Геном человека» начали публиковать результаты своих исследований, многие думали, что не сегодня так завтра, ознакомившись с содержанием «Книги жизни», мы сможем творить чудеса: победим все болезни, увеличим продолжительность жизни лет до 100, а может, и вообще обретем бессмертие.
А кончилось все итогом, который можно назвать оскорбительным для человечества. Согласно результатам расшифровки генома оказалось, что мы мало чем отличаемся от полевой мыши или лабораторной мухи дрозофилы. Все, впрочем, не так просто.
Генов в человеческом организме оказалось в несколько раз меньше, чем предполагалось ранее. Вместо 120–140 их насчитали не более 35 тысяч. И генетические отличия человека от кротов, мышей и мушек действительно оказались ничтожны — менее одного процента.
Ранее биологи полагали, что каждый ген отвечает за какой-то определенный признак в организме. Скажем, если поменять один ген на другой, то у будущего ребенка будут не карие глаза, а, к примеру, голубые.
После расшифровки генома стало ясно, что генный механизм не просто пишущая машинка, нажав одну клавишу которой получаешь букву «а», а с помощью другой — букву «б».
Вспомним, яйцо превращается в петуха или курицу. Гусеница — в куколку, а затем во взрослую бабочку. Разительно непохожие друг на друга внешне, они, тем не менее, представляют собой разные стадии одного и того же организма, содержа в каждой своей клетке набор одних и тех же генов. Всеми же жизненными процессами в организме, превращениями из одной стадии в другую командуют наборы белков-протеинов, а гены этими белками руководят.
К пониманию этого ученые пришли не сразу. Более того, сегодня они весьма приблизительно представляют себе, каким образом одни и те же гены в разных случаях могут выдавать различные команды. В первом приближении это может выглядеть, наверное, так, рассуждают исследователи. Даже в обычном языке одно и то же слово может означать совершенно разные вещи. Возьмите хотя бы слово «коса». Им обозначают и разновидность женской прически, и сельскохозяйственное орудие для кошения травы, и отмель реки.
О чем идет речь в каждом конкретном случае, определяет уже не само слово, а контекст — другие слова, фразы. То есть в каждом конкретном случае природа активизирует из всего набора генов лишь некоторые. И они, взаимодействуя в определенном порядке, выстраиваясь, словно слова в предложении, Армируют тот или иной приказ для действия протеинам.
Но как они «узнают», что в данном «предложении» необходимо именно это «слово»? Как расставляются эти «слова» в определенном порядке, от которого тоже в немалой степени зависит смысл «фразы»?.. Этого пока-никто не знает. Исследователи полагают, что именно в распознавании правил построения «фраз», то есть общих законов управления жизнью, будет заключаться третий, возможно, заключительный этап их исследований удивительной «пишущей» машинки, с которой сравнили некогда генотип. Пока же ученые сосредоточили свои усилия на изучении белков.
Вообще-то, протеины известны уже около 200 лет, их название происходит от греческого proteios — «первоначальный».
В русском языке протеины не случайно очень часто называют белками. Самый известный белок — яичный альбумин. Именно он белеет на горячей сковороде, когда вы жарите яичницу.
И вот «от яйца» ученые пришли к созданию целой науки — протеомики. Объем информации, который теперь им предстоит обработать, не имеет аналогов в истории. Ведь протеинов в человеческом теле в несколько раз больше, чем генов.
Первое предложение создать белковый атлас человека прозвучало еще в 1982 году. Оно исходило от известного американского биолога Лейфа Андерсона. Но тогда проект не получил развития из-за отсутствия финансирования — все средства были пущены на расшифровку генома. Многие полагали, что и этого будет достаточно для прочтения «Книги жизни».
Теперь же, когда выяснилось, что расшифровка генома мало что дала, протеомика обрела второе дыхание.
В 2001 году международный консорциум ученых, политиков и бизнесменов создал организацию HUPO (Human Proteom Organization). В ее задачи входит изучение человеческих белков, что позволит со временем, будем надеяться, «нарисовать» белковый атлас человека.
Проект HUPO еще только складывается и, в отличие от предыдущего — HUGO (Human Genome Organization), не имеет четко обозначенных сроков: слишком уж велика и сложна поставленная задача. Так, профессор Вернер Шнайдер-Мергенер, один из участников этого международного проекта, полагает, что в человеческом организме существуют сотни тысяч различных протеинов, которые выполняют назначенные им природой функции, взаимодействуя между собой в различных комбинациях.
Подсчеты других исследователей таковы. Каждый из 30–35 тысяч генов человеческого генома кодирует не менее десятка протеинов, полагают они. Таким образом, в нашем организме взаимодействуют не менее 300 000 протеинов. И далее в тельце крошечной мушки дрозофилы их может действовать не менее 100 000… (Согласитесь, по количеству белков в клетке человек все же заметно превосходит муху.)
К счастью для ученых, все эти соединения никогда не присутствуют в одной клетке одновременно. Напротив, набор белков в печени, например, весьма отличается от набора белков в клетке почки или в нервной клетке. Таким образом, белковая «фраза» в одном органе должна значительно отличаться от «фразы» в другом. И это должно облегчить расшифровку языка протеинов. Но все равно, повторим еще раз, изучение протеома — задача несравненно более сложная, чем анализ генома. Зато ее решение и сулит гораздо большую практическую пользу. Уже очевидно, что крупные открытия в области протеомики ожидают ученых в самое ближайшее время.
Скажем, создание полной базы данных по протеинам позволит совершить революционный прорыв в создании новых лекарственных препаратов. Именно это заставило сменить ориентиры и компанию «Селера дженомикс» — одного из лидеров в расшифровке генома. Вице-президент компании Самуэль Броудер сказал, что только знание всех тонкостей взаимодействия протеинов позволит создать по-настоящему эффективные препараты нового поколения. «Конечно, при этом мы будем активно привлекать данные, полученные при расшифровке генома человека», — подчеркнул вице-президент.
Тем не менее, никто уже не полагает, что составлением белкового атласа все и закончится. Скорее всего, это будет лишь означать, что, осилив азбуку и прочтя первые фразы из букваря, ученые по-настоящему только приступят к прочтению самой «Книги жизни».
С. НИКОЛАЕВ
Подробности для любознательных
ШИФР СЛОЖНЕЕ ШИФРА
Многие ученые сегодня пока сомневаются в возможности создания полной карты протеома человека — уж слишком грандиозна задача. Но вспомните, многие не верили и в возможность расшифровки генома человека.
На сей раз, правда, быстрых успехов никто не ждет. Если на расшифровку генома человека ушло 10 лет, хотя применялась в сущности одна-единственная технология — секвенирование, то есть разбивка генома на отрезки, то для изучения всего множества протеинов потребуются куда более сложные технологии и методики. И такая работа может продлиться, по крайней мере, лет 20–25.
Впрочем, некоторые подходы к ней просматриваются уже сегодня. Исследователи делят протеины на пептиды — фрагменты белков, удобные для анализа, — и впрыскивают в камеру масс-спектрометра. Таким путем определяется аминокислотный состав белков. А, выявив последовательность аминокислот, уже можно более-менее точно соотнести их с геномом и высказать предположение, какими генами те или иные белки кодируются.
Попятно, что это лишь весьма упрощенное описание методики. Кроме того, последовательность чередования аминокислот в пептидных цепях определяет лишь так называемую первичную структуру белка. Между тем ничуть не менее важную роль играют вторичная и третичная структуры, описывающие пространственную форму белковой молекулы.
Но и это еще далеко не все. Помимо аминокислотного состава и пространственной структуры белка ученым важно знать, когда он синтезируется, где и при каких условиях активен, насколько он активен и как взаимодействует с другими белками.
ЕСТЬ ПРОРОКИ И В НАШЕМ ОТЕЧЕСТВЕ…
Приятно отметить, что, несмотря на бедственное положение отечественной науки, нашли, что сказать по поводу протеомики, и российские исследователи. Так, по мнению члена-корреспондента РАН, заведующего лабораторией в Институте молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта Сергея Николаевича Кочеткова, создать каталог белков — задача хотя и сложная, но вполне осуществимая. Причем расшифровка уже первых протеомов показала, что белковая карта ни в одну книгу не поместится — только в компьютерную память, да и то не во всякую.
