Изучение белков выдвинулось на первый план

Прошло чуть больше года с тех пор, как учёные, стоящие во главе двух конкурирующих между собой научных групп – Фрэнсис Коллинз (Francis Collins), руководитель финансируемого рядом государств многонационального проекта HUGO, и Крэг Вентер (Craig Venter), шеф частной американской фирмы Celera Genomics, – объявили о том, что начинают публиковать результаты своих многолетних исследований, направленных на прочтение генома человека.

Известие о расшифровке генома человека вызвало поистине массовую эйфорию как в научных кругах, так и среди широкой общественности. Газеты, радио и телевидение не поскупились на громкие слова, возвестив о «прочтении Книги жизни», о «наступлении новой эры в биологии и медицине» и даже о «приближении полной и окончательной победы человечества над болезнями».

Сегодня учёные оценивают успехи, достигнутые геномикой, более трезво. Дело в том, что инвентаризация всех генов дала совершенно неожиданный и поистине сенсационный результат: генов в человеческом организме оказалось в несколько раз меньше, чем предсказывали специалисты. Учёные исходили из цифры в 120 или даже в 140 тысяч, в действительности же количество генов не превышает 30-35 тысяч.

Это заставило биологов кардинально пересмотреть свои представления о том, как функционирует организм на внутриклеточном уровне. Ранее они полагали, что каждый из генов отвечает за синтез одного белка, который, в свою очередь, обеспечивает ту или иную функцию в организме человека. Теперь же стало ясно, что каждый ген кодирует множество разных белков и что именно сложнейшим взаимодействием белков и определяются все функции организма.

Это привело к смене приоритетов в науке: несколько потеснив геномику, изучающую гены, на первый план выдвинулась протеомика, изучающая белки. По аналогии с HUGO (Human Genome Organisation) – международным проектом по картированию генома – уже создан консорциум HUPO (Human Proteome Organisation), задача которого – инвентаризация всех белков и картирование протеома, то есть полного набора протеинов в организме человека.

Все жизненные процессы в организме диктуются набором белков

Профессор Йенс Шнайдер-Мергенер (Jens Schneider-Mergener), научный руководитель берлинской биотехнологической фирмы Jerini Bio Tools GmbH, поясняет:

- В нашем организме существует значительно больше 100 тысяч различных протеинов, и все эти протеины выполняют отведённую им природой функцию посредством взаимодействия между собой. Иными словами, они коммуницируют друг с другом, как бы общаются на своём особом языке: соприкасаются, перемещаются, трансформируются и благодаря этому осуществляют невероятное количество самых разных функций. Выявить эти взаимосвязи – вот в чём состоит задача, и решить её призвана протеомика.

Профессор Ангелика Гёрг (Angelika Görg), руководительница рабочей группы «Протеомика» в Техническом университете Мюнхена, называет ещё более впечатляющие цифры:

- Нужно иметь в виду, что геном человека состоит примерно из 30-ти или 35-ти тысяч генов, и каждый из них, по нашим сегодняшним представлениям, кодирует в среднем 10 разных протеинов. Таким образом, мы легко выходим на цифру в 300 тысяч протеинов. Конечно, они никогда не присутствуют в одной клетке все одновременно. Напротив, набор белков, скажем, в клетке печени весьма существенно отличается от набора белков в клетке почки или в нервной

клетке. Отсюда следует, что изучение протеома – задача несравненно более сложная, чем просто анализ генома. Зато её решение сулит гораздо больше прикладных применений.

Следует отметить, что ряд учёных вообще сомневаются в возможности создания полной карты протеома человека – уж слишком необозрима задача. Профессор Шнайдер-Мергенер, несмотря на весь свой оптимизм, быстрых успехов тоже не ждёт:

- На расшифровку генома человека ушло около 10-ти лет, и при этом применялись относительно простые технологии. Собственно говоря, это была одна единственная технология – так называемое секвенирование. Для того чтобы расшифровать весь спектр невероятно сложных взаимодействий протеинов между собой, потребуется использование множества различных технологий и методик. Совершенно очевидно, что такая работа займёт гораздо больше времени, чем картирование генома.

Наглядным примером, иллюстрирующим особую роль белков в организме, могут служить гусеница, куколка и взрослая бабочка. Разительно непохожие друг на друга, они представляют собой, однако, различные стадии развития одного и того же организма и, следовательно, содержат в каждой своей клетке совершенно идентичный набор генов. А все жизненные процессы в организме и его превращения диктуются набором белков.

Таким образом, активная жизнь клеток определяется протеинами, а гены содержат лишь план этой активности. Поэтому нет ничего удивительного в том, что сегодня более 95-ти процентов всех имеющихся на рынке лекарственных препаратов воздействуют именно на белки. Биохимики фармацевтических концернов надеются, что протеомика даст им возможность на систематической основе выявлять новые целевые протеины и тем самым поспособствует созданию новых медикаментов и диагностических методик.

Генетический паспорт для каждого пациента

Ещё один медицинский аспект протеомики, уже сегодня вышедший из сферы фундаментальных исследований и занимающий практиков-клиницистов, касается различной восприимчивости людей к лекарственным препаратам. Скажем, одну и ту же противораковую химиотерапию одни пациенты переносят легко, у других она вызывает тяжелейшие побочные реакции.

Решающую роль тут играют наследственные факторы. Так, например, по данным профессора Юргена Брокмёллера (Jürgen Brockmoeller), возглавляющего отделение клинической фармакологии университетской клиники в Гёттингене, у 8-ми процентов населения Германии в силу тех или иных генетических дефектов не вырабатывается в печени фермент с труднопроизносимым названием дебризоквингидроксилаза. Он относится к системе цитохром Р450 и носит обозначение 2D6. Основная функция этого фермента – катализ биохимических реакций, в ходе которых происходит расщепление ядовитых веществ.

Иными словами, у этих больных расщепление содержащихся в медикаментах биологически активных веществ происходит столь медленно, что уже самые незначительные дозы лекарств вызывают тяжёлые интоксикации. Это касается, прежде всего, психосоматических препаратов и средств, понижающих кровяное давление. Гёттингенские исследователи надеются, что количество отравлений медикаментами удастся резко сократить с помощью специальных генетических тестов.

Однако встречаются в медицинской практике и прямо противоположные случаи. Дело в том, что примерно у трех процентов жителей Германии слишком высокая концентрация цитохрома 2D6 в печени. Это приводит к тому, что лекарственные препараты разлагаются и выводятся из организма слишком быстро. Таким пациентам врачи вынуждены назначать повышенные дозировки медикаментов, иначе они просто не действуют. По мнению учёных, за индивидуальные реакции на лекарственные препараты ответственны многие гены и – соответственно – многие белки. Помимо ферментов, это, прежде всего, мембранные протеины, то есть белки, выполняющие функцию рецепторов на поверхности оболочки клетки. Профессор Брокмёллер полагает, уже через десять лет у каждого пациента будет генетический паспорт, отражающий его индивидуальные особенности.

Такая паспортизация пойдёт на пользу не только пациентам, но и системе здравоохранения: во-первых, отпадёт необходимость терапии тяжёлых побочных реакций, во-вторых, окажется ненужным приём многих дорогих препаратов. Правда, прилагаемые к лекарствам памятки-инструкции с показаниями и противопоказаниями станут ещё длиннее и сложнее.