Страница 16 из 43
Затем, что мы болеем. Снова прибегну к сравнению. Геном — это русло реки, проложенное поколениями потоков, проносившихся по нему. Протеом — это бурление и плеск миллиона капель, мчащихся по реке в данную секунду. Мы можем описать идеальный поток, соответствующий этому руслу, а по сиюминутной фотографии, сравнив ее с эталоном, поймем, что сейчас — половодье или сушь, или на Энском горнообогатительном комбинате в очередной раз прорвало очистные сооружения. Точно так же, сравнив состояние человека с идеальным протеомом, можно понять, какими недугами он страдает. Ведь многие наши болезни вызваны нарушениями синтеза протеинов — их перепроизводством или дефицитом.
* Так, при болезнях, вызванных неправильным обменом веществ, в организме наблюдается недостаток белковых молекул или они бездействуют.
* Если белков слишком много или они проявляют повышенную активность, человек может заболеть раком.
* Некоторые болезни, например, «коровье бешенство», вызваны появлением в организме дефектного белка — приона (от английского выражения protein infectious, «инфекционный протеин»). Как только в организм человека попадет этот «белок-убийца», начинается его копирование, что приводит к гибели жертвы.
Анализ протеома — это путь к создан ию новых лекарств. Особенно важно сравнение протеомов здоровых и больных людей. Это позволит понять, какие белковые молекулы играют ключевую роль в развитии тех или иных заболеваний. Работы впереди — непочатый край. Все предстоит открыть и понять заново. Как вырождаются клетки, когда человек болен раком желудка? Как стареют клетки сердечной мышцы? Что происходит при воспалении хряша? Как меняются ткани тела под воздействием гормонов? Выявив эти изменения, можно улучшить диагностику заболеваний и проводить целенаправленное лечение.
* Так, сотрудники Боннского университета определили характерный состав белков при той или иной форме рака простаты.
* Американские исследователи Ланс Лиотта и Эмануэль Петрикоин разработали тест, позволяющий выявить рак яичников на ранней стадии. В основе теста — использование протеинового чипа.
* По прогнозам специалистов, в ближайшем будущем появится аналогичный тест для выявления рака поджелудочной железы.
* Особый интерес вызывает плазма крови. Предположительно, в ней содержатся все виды протеинов, выработанных организмом человека. А значит, любая болезнь, перенесенная нами, оставляет мету в крови — в этом архиве, хранящемся в наших жилах. Недавно под эгидой HUPO стартовал проект по исследованию плазмы крови.
Со временем все эти разрозненные данные о дефектах белковых молекул будут собраны воедино — в образе особой виртуальной клетки. Если ввести в эту модель новое лекарство, то экран тут же покажет, насколько оно эффективно и каковы побочные последствия применения данного лекарства.
Но неужели можно схематизировать организм человека? «Вы думаете, климат Земли — менее сложная и хаотическая система, чем человеческий организм, — парирует исследователь из Гейдельберга Пер Борк, — тем не менее местные прогнозы погоды на ближайшие день-два не так уж и неточны».
Осуществлять перевозки! Один из важнейших белков в организме человека — гемоглобин. Он доставляет кислород из легких ко всем органам тела и забирает оттуда углекислоту. В среднем в организме человека — более полукилограмма гемоглобина. Именно в гемоглобине содержится 80 процентов всего железа, имеющегося в нашем организме. Роль гемоглобина так велика, что природа от добра добра не ищет: структура гемоглобина человека и шимпанзе практически одинакова.
Генетически измененные грибы можно использовать для выращивания в биореакторах человеческих белков, а значит, для изготовления новых лекарств. Подобный опыт удался группе американских исследователей во главе сТилманом Гернгроссом.
В сотрудничестве с фирмой «Glyco-Fi» они так модифицировали гриб Pichia pastoria, что процесс «глюкозирования», то есть «подвешивания» к белковым молекулам определенных фрагментов сахаров, протекал у грибов так же, как у человека. Грибы стали вырабатывать белки, снабженные типично человеческими фрагментами сахаров.
Адреса в Интернете
Протеины: www.schoolsrience.co.uk/content/5/chemistry/proteins/index.html
Исследование протеинов в Цюрихском университете: www.mol.biol.ethz.ch/
Важное место в планах ученых занимает исследование головного мозга человека. Мозг изобилует белком. В любой его клетке содержится более 10 тысяч различных белковых молекул — больше, чем в любой другой клетке человеческого тела. Их деятельность составляет биологическую основу нашего мышления. Разнообразные гормональные реакции — и даже простое чувство голода — непоправимо вторгаются в ход наших мыслей.
Все эти белковые молекулы постоянно взаимодействуют. Их количество, как и внешний вид, меняется: там к белковой цепочке прилепился кусочек сахара, там — фосфатная группа. Добавьте к этому, что головной мозг удивительно многолик. Любая ею клетка не похожа на другую. Все они ведут себя по-разному: одна реагирует на серотонин, другая — на дофамин, третья...
Все происходящее вокруг нас ежесекундно отражается на «содержимом» головного мозга. Переживания, впечатления, воспоминания и идеи оставляют свой — подчас неизгладимый — след в клетках мозга, «перезаписывают» их, как магнитофон — вставленную в него кассету. Как все это прикажете исследовать, измерить, исчислить?
Возьмем, например, такой процесс, как образование синапсов, то есть соединений между отдельными нервными клетками. Что происходит при этом? Чем больше ученые исследуют данный процесс, тем более сложным он кажется.
Под микроскопом видно, как у нервной клетки появляются выросты, как они превращаются в этакие ручки, которыми нейрон шарит вокруг себя. На ручках то вырастают, то исчезают пальчики. Ручки движутся бесцельно, но вот, что-то заметив, один из пальчиков замирает, и тут же в этом направлении вытягивается рука — вытягивается, чтобы схватить руку другой клетки.
В этом хаотичном процессе есть своя закономерность. «И на поверхности нервных клеток, и в разделяющем их пространстве имеется множество сигнальных молекул, -- говорит немецкий нейробиолог Мелитта Шахнер. — Уже сейчас мы можем назвать около сотни подобных молекул, но, на самом деле, их, наверное, раза в два больше».
Эти сигнальные молекулы, мельтешащие в ткани мозга, образуют бессчетные улицы, трассы, колеи, трубопроводы — гигантскую сеть дорог и коммуникаций, живущую особой жизнью. Сто миллиардов нервных клеток, заключенных в узилище черепа, могут образовывать до ста триллионов синапсов. Тут уж не килограмм мясистой массы — туг настоящий небосвод, испещренный звездами: галактика, вспыхивающая в голове человека в день его появления на свет.
Особенно интенсивно синапсы образуются в раннем детстве. Впрочем, эта способность не утрачивается и в глубокой старости. Мозг человека до последних мгновений жизни готов отражать и воспринимать окружающий его мир. По словам Шахнер, «перед тем как образовать новые синапсы, старые клетки омолаживаются, возвращаясь на ту стадию своего существования. когда они еще способны были образовывать синапсы».
Подтверждает эту гипотезу и тот факт, что одни и те же молекулярные процессы зачастую нарушают развитие мозга человеческого эмбриона и мешают взрослым усваивать новое. Вот, например, белковая молекула LI — сигнальная молекула, играющая важную роль в головном мозге. Известны четыре наследственных заболевания, обусловленных дефектом гена, который отвечает за ее выработку. Все эти болезни ведут к резкому ухудшению умственных способностей человека. Отмечено, что подобный дефект наблюдается, например, у детей, чьи матери злоупотребляли алкогольными напитками. Неумеренное потребление алкоголя также нарушает выработку белковой молекулы L1.