Страница 12 из 42
Протеомика – наука о совокупности всех белков клетки, изучение протесма (от слова «протеин» – белок). В клетке гены всегда одни и те же, а вот белки, наоборот, всегда меняются в зависимости от стадии развития клетки; возраста организма, предназначения клетки и множества других обстоятельств. Иными словами, протеом – понятие динамическое, а геном, напротив, статическое. Клетка устроена таким образом, что можно из одного гена «снять информацию» для синтеза нескольких белков, поэтому общее максимальное число белков в одной клетке в несколько раз больше числа генов. Однако в каждый данный момент времени в клетке присутствует только часть этих белков, в некоторых клетках, вероятно, не более 10% от их максимально возможного количества.
Транскриптом – это совокупность всех РНК, считанных с генов, это промежуточное звено между генами и белками. Это продукт работы генов. Соответственно, транскриптом изучает транекриптомика. Почему такое название? Транскрипция – это переписывание; а при этом процессе ДНК действительно переписывается в РНК, которые часто называют транскриптами.
Функциональная геномика, куда сейчас сместился центр тяжести геномной программы, это фактически транскриптомика + протеомика.
Год назад, в феврале 2001 года, с дикой помпой было объявлено, что геном человека расшифрован. Здесь явно присутствовали элементы рекламы и оправдания перед налогоплательщиками. Однако, на самом деле, геном не расшифрован до конца. Те работы, которые мы проводили вместе со шведами, и многие другие исследования показали, что количество ошибок там чрезвычайно велико. Поэтому то, что было опубликовано в феврале 2001 года в двух ведущих научных журналах «Nature» и «Science», – это черновик, в котором очень много слов необходимо переставить.
Тем не менее нельзя отрицать, что это – феерическое достижение. Говоря, что ошибок много, не следует отрицать тот факт, что более 90 процентов геномной структуры расшифровано.
Программа «Геном человека» двух- или даже трехэтапная. Глобальная идея Уотсона заключалась в том, что нужно раскрыть структуру, последовательность нуклеотидов, для того чтобы заняться функцией, понять, как геном работает. Но когда эту программу начали воплощать в жизнь, стало ясно, что невозможно заниматься структурой и функцией одновременно. Это потребовало бы затрат уже не миллиардов, а десятков миллиардов долларов, чего не могла себе позволить ни одна страна мира. Поэтому первый этап должен был заключаться в раскрытии структуры, но постепенно в устах и ученых и журналистов первый этап – структурные исследования – стал восприниматься как цель геномной программы. Но ни Уотсон, ни другие основатели никогда этого не говорили! Они говорили, что это только фундамент для исследования функции генома.
ДНК – словно лента в магнитофоне. Если не нажать на кнопку, вы ничего не услышите. Первичная структура – это сама запись на магнитной ленте, а при нажатии на кнопку возникает звук – это функция ДНК. Сама же лента молчит и ни о чем не говорит, несмотря на то, что на ней уже есть запись. Только сейчас начали понимать, что открытие структуры ДНК – только первая часть, исходная позиция для всей программы. Как только о завершении этой части работ было объявлено, мгновенно вспомнили, что это только промежуточный этап. И появились термины «протеомика», «транекриптомика», для попытки описания дальнейших исследований. Теперь ясно, что деньги и внимание смешаются в область, называющуюся «функциональная геномика». Закончившаяся первая фаза, продолжавшаяся 12 лет – с 1989 по 2001 год, относится к структурной геномике, являющейся для функциональной геномики химической и физической основой.
К чему мы пришли? Развеялись многие мифы. Например, еще три года назад практически все ученые на основании различных косвенных данных считали, что в геноме человека содержится около 80 тысяч генов. После расшифровки структуры оказалось, что их намного меньше: около 35 тысяч. То есть ошибка оказалась более, чем вдвое. Это первый зримый результат.
Второе. Выяснилось, что гены составляют ничтожную долю всего генома, около двух-трех процентов. В любом случае генов, то есть тех участков ДНК, на которых записана информация о структуре либо РНК, либо белков, – того, что звучит на магнитофонной ленте, – меньше пяти процентов. Остальное абсолютно непонятно, что это такое! Мы знаем структуру, но мы смотрим на нее, как на некий арабский текст, не зная арабского языка. Этот результат был предвиден, но не в таких масштабах. Предполагали, что это может быть две трети, пусть даже четыре пятых, но оказалось, что в геноме минимум 95 процентов неизвестной и непонятной информации!
У бактерий этого нет. У бактерий весь геном значим, состоит только из генов. Получается, что эволюция от бактерий к человеку идет в сторону накапливания некоей «бессмыслицы». Однако вряд ли это бессмыслица – мы просто не понимаем пока, что это такое. Структурная геномика сейчас на распутье. Одна дорога – изучение генов с известной структурой с целью установления их функции. Эта задача крайне важна для медицины. Другой путь – изучение тех 95 процентов ДНК, которые Крик когда-то неосторожно назвал «мусорной ДНК». Он, мне кажется, ошибался. Это, конечно, не мусор, эволюция сумела бы избавиться от балласта.
Сейчас можно попытаться ответить на вопрос: не зря ли потрачены деньги? Ведь работа по структуре стоила больше шести миллиардов долларов. Это был глобальный проект, продолжавшийся больше десяти лет, в котором участвовали тысячи исследователей. Хромосомы были разделены между разными группами, каждая исследовала свою хромосому, а потом все стыковали. Использовали все достижения вычислительной техники, компьютерные программы, математическое обеспечение, суперкомпьютеры. Результат стал достижением как биологии, так и в той же мере информатики. Без компьютеров это было бы невозможно: представьте только, что мы рукой бы выписывали больше трех миллиардов нуклеотидных пар! А это и есть размер генома человека!
Если бы меня попросили сформулировать лозунг сегодняшнего дня в геномике, я бы сказал: «От знания – к пониманию». Многие не понимают разницу между знанием и пониманием. Можно прекрасно знать, что написано, но совершенно не понимать, что из этого следует. Мы в такой ситуации. Раньше биологию называли наукой, бедной фактами, в отличие от, например, физики, где очень много фактов. Теперь же биология – это наука, сверхбогатая фактами, если под фактами иметь в виду структурную информацию. Но теперь она стала наукой, не понимающей своего собственного богатства. Мы сидим на горе золота, но как превратить это золото в полезные для нас предметы, мы не знаем. Структура расшифрована, но не познана.
Медицина, в идеале, становится теперь областью приложений геномных знаний. Это, например, конструирование лекарств. За весь прошлый век человечество изобрело примерно пятьсот разных типов лекарств. А за ближайшее десятилетие, я не боюсь это предсказывать, будет создано примерно столько же новых. И только это уже с лихвой окупит все затраты, так как производство лекарств – это миллиардные доходы, многие десятки миллиардов инвестиций. И это, конечно, кратчайший путь. Если вы знаете новые гены – значит, вы знаете новые белки. Зная новые белки, вы можете установить их функцию. А зная функцию белка, вы можете узнать. как эта функция нарушается при той или иной болезни, а значит, направленно ее исправить, воздействуя на данный белок.
П. Клее. Американо-японское, 1918
Так действуют сейчас фармакологи – дизайнеры лекарств. В отличие от дизайнеров одежды они рисуют не мини-юбки, а те лекарства, которые должны направленно, точечно, как луч лазера, бить в определенный белок. Либо усиливая его функцию, чтобы он работал лучше, либо, наоборот, если он вреден, блокируя его работу. Это – новая фармакология, которая построена не на эмпирике, а на точном знании. Вся фармакология прошлого века – это цепь счастливых находок, и только к концу века она встала на рациональную основу. Вы можете на экране компьютера создавать лекарство, а потом химики его вам синтезируют.