Белки в профиль: за Россией закреплена 18-я хромосома

Белки в профиль: за Россией закреплена 18-я хромосома

«Протеом человека» — международный проект, по задачам еще более крупный, чем «Геном человека», стоимость которого в свое время превысила три миллиарда долларов. В идеале предполагается составить опись всех белков человеческого организма и всех вариантов этих белков. По предварительным оценкам, их должно быть несколько миллионов. Россия за первый год проанализировала белки для 219 генов.

Проектов подобного рода в науке биологии всего два: «Геном человека» и нынешний «Протеом» (от международного «протеин», по-русски — белок). Организация здесь сетевая: сначала совместно выработали общие правила, а затем любая страна, любой институт и даже лаборатория «берут» себе кусок хромосомы, закупают оборудование, и вперед — искать белки, запрограммированные в этой хромосоме.

Результаты, конечно, сохраняют в общей базе, есть и международная организация со штаб-квартирой в Квебеке, формально координирующая проект. Но нет жесткой иерархии и разделения полномочий, как, например, при эксплуатации мегасооружений в физике вроде Большого адронного коллайдера.

— Такая политика была продекларирована в Сиднее в 2010 году при старте этого проекта, — рассказывает член-корреспондент Российской академии медицинских наук Андрей Лисица. — Распределение хромосом между странами — каждая обязуется расшифровать протеом, то есть всю совокупность белков, относящуюся к одной из хромосом. За Россией закреплена 18-я хромосома. Финансировать может любой желающий. У нас профинансировало Минобрнауки, а в консорциум вошли восемь ведущих институтов. Это довольно необычно для нашей страны.

Мы беседуем в здании Института биомедицинской химии им. В.Н.Ореховича РАМН. Этажом выше в этот момент идут эксперименты, работают анализаторы — масс-спектро­метры. На вид это большие железные ящики не самого оригинального дизайна. Однако начинка каждого ящика стоит от двухсот до миллиона евро и позволяет по массе и заряду молекул определить состав любой химической смеси.

— Раньше белки секвенировали, химически «откусывая» аминокислоту за кислотой. Жуткий труд! — восклицает Лисица. — А после расшифровки генома произошел прорыв: стали известны все потенциальные белки, то есть мы теперь уже знаем, что искать. И заработал другой метод анализа — масс-спектрометрия. Как это делается? Мы берем пробу, например кровь. Добавляем фермент, который «режет» все белки. Получается каша из десятков, а то и сотен тысяч фрагментов. Эту кашу мы отправляем на масс-спектрометр, а он точно определяет массу каждого фрагмента. И тут включается вычислительная техника — она сопоставляет эти кусочки с уже известными генами. Ответ-то известен!

В результате за 2011 год в России успели сделать первичный анализ уже 219 из 285 генов 18-й хромосомы. То есть определили, какие белки связаны с каждым из этих генов.

Здесь нужно пояснить, каким образом белки связаны с генами. Поэтому сейчас я расскажу, как работает наш организм с точки зрения биохимии. Это просто: любой ген на хромосоме хранит информацию о молекуле какого-нибудь белка. Сами белки — это молекулярные рабочие машинки, их работа и есть наша жизнь. Одни белки — пища, другие — строительный материал, третьи — сигналы и так далее.

Чтобы создать белковую молекулу, клетка сначала копирует ген на молекулу РНК, а затем уже на этой молекуле, как на матрице, штампует из аминокислот белки. В 20-е годы прошлого века умные головы, занимавшиеся биохимией, сформулировали основную догму молекулярной биологии в четырех словах: «Один ген — один белок».

И вот после расшифровки генома человека выяснилось, что генов у человека 22 тысячи, а белков находят намного больше — несколько миллионов видов. К этому времени уже было известно, что с одного и того же гена путем различных манипуляций клетка умудряется создать несколько в чем-то похожих, но разных видов белка. Однако масштаб такого производства удивил самих ученых. К тому же выяснилась противоположная вещь: есть 20–30% генов, белков которых никто никогда не видел. Не найдены, и все. Тогда и появилась идея систематизировать этот белково-генный хаос.

— Суть первой фазы проекта «Протеом человека» — «привязать» к каждому гену по меньшей мере один белок, — говорит Андрей Лисица. — Современные методы таковы, что можно очень точно сказать: вот этот белок принадлежит этому гену, а этот — этому. Но это только начало. Ведь существует примерно 150 типов тканей. И задача «Протеома человека» — составить атлас, по которому любой сможет посмотреть, в каком органе какие белки встречаются и в каких модификациях.

Сейчас вся молекулярная биология ориентирована на персонализированную диагностику и поиск мишеней для лекарств. Например, у этого человека столько такого-то белка в крови, у этого — столько. Один больной, другой здоровый. Маркеры воспаления давно уже находят в обычном анализе крови, правда, они показывают только, есть воспаление или нет, но не где оно. Или актуальный для мужчин белок PSA — в половине случаев, когда его уровень повышен, есть рак простаты.

Пока такая диагностика еще довольно грубая. Если бы медики научились «ловить» на уровне биохимии предраковое состояние, то, может быть, и медикаментозное вмешательство не требовалось бы.

— До сих пор мы могли исследовать лишь отдельные показатели. Это, как если искать ключи под фонарем, не потому, что там потерял, а потому, что там светло, — поясняет Андрей. — В лаборатории вы обнаружили, что с такими-то показателями у больного рак яичника, а в клинике у вас статистика разваливается. Потому что вы работали со случайной выборкой. «Протеом человека» как раз позволит выработать точный набор методик. Поначалу это, конечно, не будут масс-спектро­метры, мы просто сделаем наборы антител… Впрочем, знаете, в Европе уже в 400 клиниках используют масс-спектрометры для бактериальных тестов на антибиотики — это намного быстрее обычных способов.

— А если для каких-то генов вы так и не найдете ни одного белка, что будете делать? — спрашиваю.

— Вообще-то такие уже есть. Если клетка, например, трансформируется в раковую, у нее могут появиться молекулы, которых нет у здоровой клетки. Но пока опухоль не выросла, этих белков в крови будет очень мало. Беря кровь из пальца, мы можем вообще их не заметить.

— А для чего нужны гены, которые производят белки так редко, что их можно не заметить?

— Окончательного ответа на этот вопрос в биологии нет. Пока есть представление о том, что в клетке должны быть тысячи или десятки тысяч молекул какого-то белка, чтобы они выполняли биологическую функцию. С другой стороны, молекулы РНК, например, уже иногда встречаются в количестве одной копии на тысячу клеток. Что это? Вдруг именно в этой клетке уже начался процесс трансформации?

Этот вопрос не такой умозрительный, как кажется. Когда проект обсуждался в Минобр­науки, онкологи спрашивали: «А зачем нам ловить одну молекулу в литре крови? Мы все равно с ней ничего сделать не сможем. Нужно, чтобы мы разрезали человека и увидели опухоль». Биохимики им отвечали: «Ну давайте сначала научимся это делать, а затем уже будем решать, нужно нам это или нет. Надо уметь искать не только под фонарем».

Профиль белков в клетке, то есть все виды и их количество, зависит от времени суток, от состояния организма, от ткани. Он все время меняется. Задача — увидеть, когда эти колебания выйдут за пределы индивидуальной нормы. Определить причины этого в каждом конкретном случае даже персонализированная медицина, скорее всего, не сможет. Она просто будет предлагать способ, как привести организм в норму.

— Если на каждый анализ крови уходит неделя, это не будет работать, — уверен Лисица. — Понимаете, сейчас биология нацелена уже не просто на механическое накопление знаний, а на их правильное представление. Если вы получили замечательные данные, но за десять лет их скачали только два аспиранта, то ценность этой информации стремится к нулю. А вот если вы сделали такой интерфейс, что любой, кто вашим белком заинтересовался, может проверить свою гипотезу за час, это и есть настоящая ценность для науки и медицины. Вот представьте: у каждого человека есть мобильный анализатор, который, допустим, каждые два часа сверяет показатели с базой данных. И сразу отслеживает патологию. Но это в будущем…

Источник: expert.ru

Похожие новости:
Создана первая синтетическая дрожжевая хромосома
Генетики из Нью-Йорка сообщили о завершении своего нового проекта. Им удалось воссоздать и реконструировать синтетическую хромосому для дрожжей вида Saccharomyces cerevisiae. Данный организм является эукариотом и имеет более сложный геном, в отличие от предыдущих экспериментов, но данная хромосома лишена нескольких ..
2014-04-01 1199 0 Научные открытия
0
Ученые изучили на бессмертие раковые клетки
Бессмертность раковых клеток объясняется их способностью обманывать естественные защитные механизмы, назначение которых заключается в способности пресекать полиферацию. Как правило раковые клетки используют фермент теломеразу для того, воздействовать на механизм преодоления, прогрессирующего укорочения хромосом после каждого ..
2012-07-29 2386 0 Научные открытия
0
Японские ученые научились перепрограммировать клетки
Японские ученые сделали научное открытие, предвещающее новую эру персонализированной медицины. Исследователи показали, что появление стволовых клеток можно ускорить путем погружения клеток крови в кислоту. Стволовые клетки могут превращаться в любую ткань, и они уже были использованы для лечения глаз, сердца ..
2014-02-03 1989 0 Научные открытия
0
Биологи исследовали самоконтроль у животных
Международная команда исследователей из Университета Дьюка, Калифорнийского университета в Беркли, Стенфордского университета и более двух десятков других научных учреждений в серии экспериментов показала, что наибольшим самоконтролем обладают животные с большими абсолютными размерами головного мозга. Свою работу ..
2014-04-22 1800 0 Научные открытия
0
Биологи разглядели работу нейронов в мозге малька
Биологи научились видеть работу нейронов в мозге свободно движущихся животных и проследили затем, о чем думает малёк данио-рерио во время охоты на инфузорию. Работа опубликована в журнале Current Biology группы Cell, а ее краткое содержание пересказывает ScienceNow. Метод основан на использовании ..
2013-02-2 1673 0 Научные открытия
0
Нобелевку по химии вручили за исследования рецепторов-ГТФаз
Нобелевскую премию 2012 года по химии вручили "за исследования рецепторов-ГТФаз". Эти белки участвуют в передаче сигналов между клетками. Лауреатами стали американские биохимики Роберт Лефковиц и Брайан Кобилка. Торжественная церемония награждения пройдет в Стокгольме 10 декабря. Рецепторы-ГТФазы, или, как их еще называют, ..
2012-10-10 1289 0 Научные открытия
0
Ученые обнаружили новую систему очистки мозга
Американские ученые обнаружили новую систему, при помощи которой производится очистка тканей головного мозга от продуктов жизнедеятельности. Они назвали открытую ими систему глимфатической, сообщает Medical Xpress. Результаты работы группы неврологов, проведенной под руководством доктора медицинских наук ..
2012-08-17 1729 0 Научные открытия
0
Защитники мозга оказались его врагами
Ученые из Института Солка обнаружили белки, которые помогают держать головной мозг «в чистоте», убирая из него мертвые нейроны. Ими оказались рецепторы специальных иммунных клеток, которые при некоторых нейродегенеративных заболеваниях, наоборот, начинают ускорять разрушение мозга. Исследование ..
2016-04-08 2157 0 Научные открытия
2
В МГУ открыли ранее неизвестный способ регуляции клеточной подвижности
Ученые из МГУ имени М.В. Ломоносова выяснили, что протеинкиназа LOSK регулирует внутриклеточное распределение динактина – сложного белка, необходимого в том числе для транспортировки веществ внутри клетки. Свое исследование они опубликовали в журнале Cytoskeleton.Клеточная подвижность определяет множество процессов, жизненно важных ..
2016-03-19 1206 0 Научные открытия
2
Включателем памяти оказались всего несколько нейронов
Исследователи из Массачусетского технологического института показали, что для вызывания отдельных воспоминаний достаточно активации всего нескольких специфичных нейронов. Работа будет опубликованав журнале Nature, с кратким пересказом можно ознакомиться на сайте института. Исследователям было известно, какой белок синтезируются ..
2012-03-23 1337 0 Научные открытия
0
Белки Альцгеймера могут привести к нейронным пробкам
Ученые знали, что белок под названием пресенилин играет важную роль в болезни Альцгеймера. Новое же исследование раскрывает один интригующий способ, как все это происходит.8 октября в своей статье, опубликованной в журнале Human Molecular Genetics, исследователи из Университета штата Нью-Йорк в Буффало ..
2013-10-29 1223 0 Научные открытия
0
Биологи научились "редактировать" ДНК
Учёные из исследовательского института Скриппса (The Scripps Research Institute) нашли способ "редактировать" ДНК с рекордной эффективностью. Прорыв связан с набором ДНК-связывающих белков TALE, которые биологи всё чаще используют, чтобы включить, выключить, удалить, добавить или даже переписать специфические ..
2013-08-29 1682 0 Научные открытия
0
Объяснено происхождение сложных форм жизни
Ученые Витватерсрандского университета в Йоханнесбурге расшифровали геном одной из простейших многоклеточных форм жизни — зеленой водоросли Tetrabaena socialis, состоящей из четырех клеток. Это позволило определить генетические механизмы, которые способствовали возникновению многоклеточности. Статья биологов опубликована в журнале ..
2018-02-05 4921 0 Научные открытия
-1
Микробиологи обнаружили у вирусов иммунную систему
Совсем недавно журнал Nature сообщил, что микробиологи из США  нашли у одного из вирусов аналог иммунной системы. Вирус имеет белок, который подавляет защиту бактерий, заражаемых этим вирусом. Как пояснили ученые,  этот участок является своеобразной иммунной ..
2013-03-2 1417 0 Научные открытия
-1
В МГУ нашли способ победить рак
Биологи МГУ открыли «молекулярный таймер» — особый механизм регуляции синтеза белка, который предотвращает образование аномальных молекул с помощью застревания рибосом. По мнению ученых, открытие поможет созданию терапевтических методов для борьбы с раковыми опухолями. Об этом сообщается в пресс-релизе, ..
2018-02-05 5586 0 Научные открытия
0