ПОДОРОЖ ДО КРАЇНИ МОБ, АБО 900 СЛІВ, ЩО ПЕРЕВЕРНУЛИ СВІТ

Поділитися
Півстоліття тому з 900 слів у квітневому номері часопису Nature світ довідався про структуру основної молекули життя — ДНК — і механізм її реплікації, що лежить в основі спадковості...
Академік Ганна Єльська

Півстоліття тому з 900 слів у квітневому номері часопису Nature світ довідався про структуру основної молекули життя — ДНК — і механізм її реплікації, що лежить в основі спадковості. І хоча вчені давно знали про існування цієї нуклеїнової кислоти, уявляли її роль у мікросвіті і склад, потужний розвиток молекулярної біології розпочався саме з історичного визначення Вотсона та Кріка. Розгадка структури ДНК пояснила, як працює ген, як передається і реалізується закодована в ньому інформація, тим самим відповівши на сакраментальне запитання: що об’єднує всі живі істоти й визначає спадкоємність життя? Тому 1953 рік вважають формальною датою народження молекулярної біології, яка не лише змінила спосіб наукового мислення, а й значною мірою визначила подальший розвиток усього людства.

Світовий ювілей збігся з великою подією в українській науці — 30-річчям створення Інституту молекулярної біології і генетики НАН України. Інститут, поза сумнівом, унікальний. Щоб утвердитися в такій думці, досить здійснити невеличку прогулянку по цьому, так би мовити, повноважному «представництву» країни МОБ (молекулярної біології) і ознайомитися бодай із деякими дослідженнями, які ведуться в його відділах та лабораторіях.

Головною «винуватицею» торжества — ДНК — безпосередньо займається відділ молекулярної біофізики, яким керує професор Дмитро Говорун. Буквально з порога він повідомляє про відкриття:

— Вважається аксіомою, що нуклеотидні основи, з яких складається ДНК, завжди з’єднуються певним чином: аденін із тиміном, а гуанін із цитозином, оскільки вони ідеально доповнюють одне одного. Цей принцип внутрімолекулярної логіки ДНК Вотсон і Крік назвали принципом комплементарності (від латинського «доповнення»). Провівши високоточні квантово-хімічні розрахунки, які 50 років тому були просто-напросто неможливі, ми з’ясували: комплементарність не властива самим структурним «цеглинкам» ДНК. Якщо взяти їх не в складі молекули, то комплементарність зникає! На перший погляд — нонсенс. Але насправді наше, не побоюся цього слова, відкриття проливає світло, з одного боку, на еволюцію нуклеїнових кислот, а з іншого — на те, звідки беруться мутації. Вважається, на ранніх етапах нуклеїнові кислоти складалися лише з двох основ — аденіну та тиміну. А як же туди потрапили гуанін із цитозином? Мабуть, відбулися певні мутації. Але для цього потрібно, щоб родинність аденіну та тиміну до інших нуклеотидних основ була не меншою, ніж до «рідних» комплементарних. Крім того, маючи на «озброєнні» стареньке устаткування і далеко не наймогутніші комп’ютери, ми змогли зробити майже неможливе — виявити в ДНК нові водневі зв’язки, що в сучасній молекулярній біології — неймовірна подія!

Не менш захопливі речі відбуваються в іншому «фундаментальному» відділі — білкової інженерії, де з допомогою сучасних комп’ютерних програм конструюють нові білки зі зміненими й унікальними властивостями. Сьогодні основна тема — пошук препарату проти ВІЛ. Як розповів завідуючий відділом професор Олександр Корнелюк, роботи в цьому напрямі ведуться давно, причому на хорошому світовому рівні. Так, скажімо, саме наші вчені запропонували використовувати ВІЛ-протеазу як мішень, проти якої мають розроблятися ліки: «завдяки» цьому білку вірус дозріває і розмножується. Заблокувавши його, можна зупинити розвиток ВІЛ, спробувати не допустити його постійних мутацій, котрі роблять малоефективними більшість сучасних препаратів. Поки що проведено лише комп’ютерні розрахунки, від яких до пробіркових експериментів — півдороги. При цьому робота має велике практичне значення для створення вітчизняних ліків не лише проти СНІДу, а й проти інших захворювань, де мішенями для терапії можуть бути білки. Приміром, проти вірусу, який викликає атипову пневмонію.

Цікаві розробки інституту проти іншого грізного захворювання — раку. Причому як фундаментальні, так і конкретні, практичні. Спільно з зарубіжними вченими вивчаються гени, відповідальні за лейкози, за розвиток деяких пухлин мозку. Створюються не лише ефективні методи генної діагностики, а й лікувальні препарати — приміром, амітозин та ізатизон. Головна їхня перевага в тому, що розроблені вони на основі натуральних рослин — чистотілу та барбарису, отже, виявляють значно нижчий токсичний ефект на організм онкохворого. Як пояснив завідуючий лабораторією Анатолій Потопальський, молекули цих препаратів «б’ють» у ціль, не вражаючи інших тканин. Першим, ще на початку 60-х років, був отриманий амітозин, який, на відміну від більшості сучасних онкопрепаратів, не лише не пригнічує кровотворення та імунітету, а й, навпаки, посилює їх, мобілізуючи організм на боротьбу. Провели експериментальні й клінічні випробування, результати їх направили до Москви, де вони, м’яко кажучи, загубилися. У незалежній Україні ідею впровадження препарату також не підтримали. Трохи більше поталанило ізатизону, котрий не лише пройшов випробування, а й отримав патент. Препарат універсальний. Окрім лікування інфекційних захворювань у птахів, він допоміг би впоратися з масовими інфекціями й у людей, з такими, як грип, СНІД, енцефаліт, вірусні гепатити А, В і С, гострі захворювання верхніх дихальних шляхів, туберкульоз легень, цілим рядом шкірних, гінекологічних, урологічних захворювань, а також деякими передпухлинними та пухлинними станами — бородавками, папіломами, меланобластомами.

Взагалі дивовижно, які «чудеса» під силу людині, що розшифрувала головну молекулу життя. У тій-таки лабораторії Анатолія Потопальського вирощують небачені рослини: гібриди гарбуза й кавуна, аличі й абрикоси, ромашки й ехінацеї, квасолі й капусти, різноманітних злакових тощо. Нові рослини містять більше вітамінів і мікроелементів, ніж «батьки», мають спазмолітичні, імуномодулюючі й навіть антинікотинові властивості. Чимало гібридів дають високі врожаї на збіднених грунтах без внесення добрив, вони стійко переносять засоленість грунту, посуху, приморозки й деякі хвороби, фатальні для звичайних рослин.

А у відділі генетики клітинних популяцій і взагалі вирішили отримувати відразу корисну біомасу — без самих рослин. Необхідні клітини, тканини та органи рослин вирощуються прямо в пробірках, що дозволяє одержувати екологічно чисту сировину у стислі терміни й у необхідній кількості. За бажання кожну клітину можна знову перетворити на рослину. Немає потреби їздити за рідкісними представниками флори на Алтай, до Китаю чи Індії. Якщо взяти до уваги, що сьогодні половину препаратів для лікування серцево-судинних і онкологічних захворювань одержують із рослин, а всього в медицині використовується близько 300 їх видів, то перспективи відкриваються вражаючі. Взяти хоча б тропічну раувольфію зміїну — джерело природних алкалоїдів, що застосовуються для лікування серцево-судинних захворювань. Отримано клітини, які можуть нагромаджувати в 10—20 разів більше алкалоїдів, ніж природні рослини. Цій розробці немає аналогів — найкращі закордонні зразки відстають за продуктивністю в 30—50 разів. Або взяти культивовані клітини арнебії — джерело природного барвника шиконіну з бактерицидними властивостями. На Заході шиконін широко використовують при виробництві високоякісної косметики, у харчовій і медичній промисловості й навіть для виготовлення деяких видів захисного одягу з бактерицидними властивостями — приміром фартухів для робітників м’ясокомбінатів. Тим часом і ці розробки українських учених лежать «на полиці».

Ще одна оригінальна розробка інституту — біосенсори. Ці аналітичні системи нового покоління сконструйовані на принципі поєднання живого і неживого. У них білкові молекули, ферменти тісно взаємодіють із напівпровідниками чи електродами, виконуючи спільне завдання — знайти певну речовину в крові чи у воді й подати електричний або оптичний сигнал. Як запевняє заступник директора інституту з науки Ярослав Корпан, розроблювані біосенсори будуть компактними, дешевими та точними. Зануривши мініатюрний датчик, приєднаний до системи реєстрації, у водне середовище, за лічені секунди можна кількісно визначити наявність тих чи тих хімічних елементів, приміром, токсинів або солей важких металів. Практично на будь-яку речовину реально створити сенсорний датчик. Їх можна використовувати в різних галузях життєдіяльності людини — в медицині, екології, контролі за якістю продукції, виробництвом ліків, різноманітними біотехнологічними процесами. Та, на жаль, ці розробки активно впроваджуються за кордоном, а не в Україні.

Якщо за часів СРСР в Україні було зареєстровано 32 відкриття, в НАН України — 20, то в Інституті молекулярної біології та генетики — два. Вчені інституту отримали понад півтора десятка державних і іменних премій, у тому числі за перший штучний синтез гена, за розкриття ряду механізмів клітинного контролю, за успіхи космічної біології тощо. У «скарбничці» київських учених 143 авторських посвідчення, причому перші патенти зареєстровані вже 1974 року, практично відразу після початку роботи інституту.

Це тим більш знаменно, що, за великим рахунком, до початку 70-х молекулярної біології як науки в Україні практично не було. Ідея створення Інституту молекулярної біології та генетики, колосальна робота з її реалізації — заслуга видатного вченого Сергія Михайловича Гершензона, який мав надзвичайну інтуїцію та наукові передбачення.

— В СРСР дослідження з молекулярної біології розпочалися лише на початку 60-х із робіт академіка Білозерського та його учня академіка Олександра Спіріна, — розповідає перший директор Інституту академік Геннадій Мацука. — Та якщо багато московських учених до середини шістдесятих встигли попрацювати в провідних лабораторіях світу, ознайомитися з передовою науковою думкою та методиками, то в республіканських інститутах молекулярної біології практично не було. 1963 року московські колеги, побувавши в Києві, запропонували дирекції Інституту біохімії АН УРСР (де тоді працював єдиний у республіці відділ нуклеїнових кислот) надіслати своїх співробітників до них на стажування за фахом «молекулярна біологія». Мені запропонували поїхати до Москви вчитися, як тоді казали, «випереджати не наздоганяючи». Повернувшись 1965 року до Києва в Інститут біохімії, я став завідувати відділом біохімії нуклеїнових кислот, який у січні 1973 ввійшов до сектора молекулярної біології Інституту мікробіології та вірусології ім. Д.Заболотного, а в липні того самого року був трансформований в Інститут молекулярної біології та генетики АН УРСР.

Тоді він був «наймолодшим» у системі Академії наук УРСР. Таким він залишається й сьогодні, але вже з трохи інших причин: останніми роками знизився середній вік наукових працівників, кандидатів та докторів наук, з’явилося багато молодих перспективних учених.

— Намагаємося в міру сил створювати молодим можливості для розвитку, ознайомлення із сучасними методиками, організовуємо стажування в закордонних інститутах, гранти, спільні аспірантури, — каже директор інституту академік Ганна Єльська. — У нас завжди проводилася дуже розумна кадрова політика, особливо стосовно учених, котрі виїжджають за кордон. Якщо їхня праця за кордоном була пов’язана з тематикою «рідного» відділу інституту (а зазвичай відбувається саме так), то таку людину не звільняли, а ніби відправляли на стажування чи для виконання спільної роботи з закордонними колегами. Практикується і «човниковий метод», коли частину роботи учений виконує «вдома», а частину — у західних інститутах. Це дозволило не лише зберегти науковий потенціал, а й зав’язати тісні стосунки зі світовими науковими центрами.

— Дослідницька діяльність інституту охоплює практично всі напрями сучасної молекулярної біології. Які з них ви вважаєте найперспективнішими?

— Насамперед біомедицина, під чим на Заході розуміють злиття молекулярної біології, геноміки, генної та клітинної терапії із сучасною медициною. Відкриття принципу роботи генів стало основою розвитку генної інженерії, генної терапії, отримання трансгенних тварин, клонування як окремих генів, так і цілих організмів. Цю, без перебільшення, революцію в біології продовжили два інших надзвичайних відкриття вже останніх років — повне розшифрування геному людини та відкриття ембріональних стовбурових клітин. З’явилися нові напрями, такі як геноміка і протеоміка, які в поєднанні з сучасними біотехнологіями, особливо з використанням стовбурових клітин, змінюють у принципі сучасну медицину. Якщо раніше ми говорили «медична генетика», то нині йдеться про генну медицину. Медицина майбутнього буде побудована на знанні генома пацієнта: від лікування хвороби взагалі ми перейдемо до лікування захворювання в конкретної людини, з урахуванням її генетичної карти, сильних і слабких сторін. Сьогодні ми одержуємо потужне знаряддя для профілактики того ж таки раку, діабету, серцево-судинних захворювань. Тому що від самого народження, а точніше — ще до нього, лікарі й батьки знатимуть, до яких недуг схильна їхня дитина і як їх перемогти. Ми позбудемося спадкової фатальності, принаймні стосовно здоров’я, інтелекту й навіть соціальної поведінки людей.

Наш інститут почав розвивати геноміку ще кілька років тому, організувавши єдиний в Україні відділ геноміки людини. У ньому під керівництвом професора Людмили Лівшиць уже кілька років вивчаються особливості мутацій генів, які призводять до спадкових захворювань саме жителів нашої країни. Розвиток біоінформатики, комбінаторної хімії біологічно активних з’єднань, комп’ютерний пошук лікарських засобів — другий перспективний напрям.

І, звісно ж, дуже важливі сучасні аналітичні біотехнології — біосенсорика та генна діагностика. Ми розробляємо й упроваджуємо в практику методи ДНК-діагностики (включно з пренатальною) і повторної профілактики таких тяжких спадкових захворювань, як муковісцидоз, фенілкетонурія, спинальна м’язова атрофія, гемофілія, дистрофія роговиці тощо. Незабаром людина з допомогою сенсорних систем зможе сама себе протестувати, побачити на дисплеї, чи хвора вона, перебіг захворювання і що при цьому слід робити. Те ж саме щодо забруднення довкілля та продуктів.

Наступний перспективний напрям — отримання трансгенних тварин і рослин, накопичення корисних речовин у культурах рослин. І, звичайно, ми не забуваємо про фундаментальні дослідження, без яких немає руху вперед і які приводять зрештою до серйозних практичних результатів. До речі, саме київські вчені в колишньому СРСР стали ініціаторами робіт із генної терапії — методу, побудованого на введенні в клітини організму генних конструкцій. Нині в Інституті під керівництвом академіка Віталія Кордюма розробляються підходи до генної терапії таких тяжких захворювань, як інсулінзалежний цукровий діабет і атеросклероз.

— Попри величезну кількість робіт із генної терапії, цей метод поки що не ввійшов у широку практику: вчені ще не навчилися вбудовувати генетичний комплекс у потрібне місце. Понад те, складно навіть вгадати, в яке саме місце генома ця конструкція вбудується.

— Чимало цих проблем вирішиться саме завдяки встановленню структури генома, розвитку функціональної геноміки та біології стовбурових клітин. Генна терапія містить у собі й терапію лікарськими препаратами, отриманими генно-інженерним шляхом. Наші співробітники вже вийшли на одержання корисних, потрібних білків, які можуть вироблятися в мікроорганізмах чи в спеціальних безклітинних системах з інших організмів. Під керівництвом академіка Віталія Кордюма розроблено і впроваджено промисловий метод отримання людського інтерферону в мікроорганізмах. Ним уже кілька років лікуються наші співвітчизники, зокрема під час епідемій грипу.

— Ви згадали біоінформатику. Чула, ізраїльські вчені побудували нанокомп’ютер, що складається з біомолекул. Замість цифр і формул, якими оперують сучасні ПК, механізми цього мікрокомп’ютера представлені молекулами ДНК, які бережуть і переробляють закодовану генетичну інформацію в клітинах живих організмів. Звичайно, цей комп’ютер, за словами творців, ще не може виконувати всіх функцій електронних «побратимів», але цілком здатний стати основою для ДНК-комп’ютерів майбутнього, котрі, можливо, вживлятимуться в людські клітини як датчики, спроможні не лише виявляти в організмі хвороботворні процеси, а й синтезувати ліки для їх нейтралізації. Чи не плануєте зайнятися схожими розробками?

— У широкому плані біоінформатика включає і дослідження з розробки біокомп’ютерів. Зокрема відділ молекулярної біофізики нині готує патент на розроблений ними спосіб нанесення і видалення плівок нуклеїнових кислот із поверхні твердого тіла.

Проте «розумні клітини» отримуються вже тепер. Так, у США вдалося генно-інженерним шляхом отримати нейтральні стовбурові клітини, які продукують речовину, смертельну для пухлин головного мозку. Такі «запрограмовані» клітини при введенні в мозок рухаються на досить велику відстань, знаходять і вбивають клітини пухлини, причому навіть відокремлені від неї. Хіба це не та ж таки передача інформації? Ще один приклад — використання дорослих стовбурових клітин із кісткового мозку для доставки в очі речовин, які перешкоджають ненормальному утворенню нових судин при дуже тяжкому захворюванні — макулярній дистрофії. У результаті таких маніпуляцій біологічна інформація доставляється в потрібне місце й за необхідності реалізується. Як переносники генів стовбурові клітини набагато перспективніші за використовувані нині віруси. Виникла потенційна можливість вживлення і досить небезпечних генів, продукти яких, приміром, під впливом певних радіохвиль або іншого фізичного впливу, порушуватимуть, скажімо, функції мислення або якимсь іншим чином впливатимуть на мозок людини, різні системи організму. Це лише один приклад, і не надто вже фантастичний. Принципово для таких робіт шлях уже відкритий.

— А до створення штучних мікроорганізмів? Адже, приміром, усесвітньо відомі генетики Крейг Вентер і Гамільтон Сміт планують сконструювати такий — із мінімальною кількістю генетичного матеріалу, достатнього лише для самостійної життєдіяльності. Деякі фахівці стверджують, мовляв, маніпуляцій, що їх сучасні біотехнологи проводять із ДНК, вистачає для створення першої штучної хромосоми, а може, й цілого організму.

— Тут уже людство має вирішувати, що йому потрібно. Як і з клонуванням. Я, до речі, не прибічник «копіювання» людей або тварин. Ось тканини та органи, потрібні для пересадки або заміни хворих і ушкоджених, — інша річ. Приміром, отримання печінки чи підшлункової залози з клітин самого пацієнта. Дуже інтенсивні роботи такого плану ведуться в США, Німеччині, Великобританії, розпочато в Росії. Привабливі результати опублікував американський професор Х’юберман зі співробітниками в березні нинішнього року про отримання з однієї і тієї самої групи стовбурових клітин крові нейронів, клітин печінки, судинної стінки та імунних клітин. Припускають, що ця група клітин крові є в організмі своєрідною ремонтною бригадою. Потрапляючи в ушкоджений або хворий орган, «ремонтники» перетворюються в нормальні тканини цього хворого органа і ліквідовують ушкодження, відновлюють його нормальну роботу. У такому випадку не потрібна донорська печінка, немає проблеми несумісності, відторгнення чужого органа. Хоча вітчизняні трансплантологи до таких перспектив у нашій країні ставляться з великим скепсисом, у світі в цьому плані вже досягнуто величезних успіхів. Проводиться пересадка чи «вирощування» у самому організмі шкіри, м’язів, серцевого м’яза «власного виробництва». Вже сьогодні людині з інфарктом замінюють ушкоджену ділянку справжнім серцевим м’язом. Та в нас навіть звичайна трансплантологія не отримала належного розвитку. Що вже казати про органи, вирощені в пробірці. Хоча за належного фінансування налагодити вирощування тканин та їх наступної трансплантації можна за п’ять-шість років.

— А як у вас нині справи з фінансуванням наукових досліджень?

— Деякі програми прикладного плану, відібрані на конкурсній основі з перспективою впровадження найближчим часом, фінансуються Міністерством освіти і науки. Ідея хороша, але на всі програми виділено суму, на яку практично нічого не можна зробити. А нині великі гроші потрібні на устаткування. Адже наука рушила вперед: сіквенатори ДНК, білків, синтезатори за годину можуть упоратися з завданнями, на вирішення яких вручну був потрібен рік. Від держави ж за останні десять років на все це ми заледве чи отримали 50 тис. грн. Те невеличке сучасне устаткування, що є в інституті, куплене за міжнародні гранти чи одержане по лінії гуманітарної допомоги. Або ж доводиться отримувати препарат і їхати з ним за кордон. Іноземці охоче на це пристають, оскільки відпадає потреба в продукуванні ідеї, отриманні препарату, а залишається лише завершити експерименти на сучасному устаткуванні. Тому багато наших робіт, у тому числі й захищені закордонними патентами, спільні.

— За оцінками експертів, у найближчі двадцять років біотехнології спроможні давати до 100% прибутку щорічно. У Росії нинішнього року за кошти федерального бюджету планується інвестувати кілька проектів у галузі біотехнології. Вартість кожного з них перевищує 30 млн. дол.

— У Росії справді дуже потужно працює Фонд фундаментальних досліджень. У нас теж є такий — при МОН, але, знову-таки, грошей він не отримує. В Росії створена й активно працює Міжвідомча рада з біотехнології. Вона досить вагома, оскільки до неї входять не лише вчені, а й представники владних структур, підприємці, тобто ті, хто конкретно вирішує питання фінансування. Попри те, що біотехнологія визнана в нас (у тому числі й парламентом) пріоритетним напрямом вітчизняної науки, на всі програми МОН з біотехнологічних розробок виділяється лише близько 250 тис. грн. щорічно. Україні конче потрібен орган, який би об’єднав науку, інвестиції та виробництво, і тоді всі ті розробки, про які говорили наші вчені (а чимало їх сьогодні практично повністю готові до виходу у виробництво), не залишалися б на «полиці».

Поділитися
Помітили помилку?

Будь ласка, виділіть її мишкою та натисніть Ctrl+Enter або Надіслати помилку

Додати коментар
Всього коментарів: 0
Текст містить неприпустимі символи
Залишилось символів: 2000
Будь ласка, виберіть один або кілька пунктів (до 3 шт.), які на Вашу думку визначає цей коментар.
Будь ласка, виберіть один або більше пунктів
Нецензурна лексика, лайка Флуд Порушення дійсного законодвства України Образа учасників дискусії Реклама Розпалювання ворожнечі Ознаки троллінгу й провокації Інша причина Відміна Надіслати скаргу ОК
Залишайтесь в курсі останніх подій!
Підписуйтесь на наш канал у Telegram
Стежити у Телеграмі