Наука и технологии |
Физико-химическая биология17.08.06 С 30 июля по 3 августа в Доме ученых новосибирского Академгородка проходила международная конференция «Физико-химическая биология», организованная Институтом химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и посвященная 80-летию академика Д. Кнорре.
На мероприятие съехались гости, в основном, из городов России и ближнего зарубежья. Конференция — юбилейная, и этим все сказано. Букет цветов у трибуны — чуть более праздничный, чем обычно, виновник торжества — в первом ряду, да чуть меньше официальных речей в первый день. Впрочем, 30 июля, на торжественном открытии, официоза не было вообще. Тепло, с искренней признательностью, а порой и с юмором поздравляли Дмитрия Георгиевича коллеги. Первым выступил директор ИХБФМ академик В. Власов. Он совершил своеобразный экскурс в прошлое, который сопровождался показом слайд-программы, посвященной «замечательным страницам истории института». Академик напомнил о том, как все начиналось, рассказал о радостных и трудных моментах, поименно вспомнил людей, причастных к этой истории: Н. Ворожцова, Ю. Овчинникова, Н. Добрецова, В. Шумного и многих других. Мелькали на экране лица, сменялись кадры, а в темноте зала сидели друзья, соратники, ученики Дмитрия Георгиевича, которые принимали активное участие в коллективной работе, открытиях, совместном творчестве и, конечно, вместе с ним ходили в походы, в горы. «Он был для нас учителем и учил нас неустанно, в любых ситуациях, всему», — прокомментировал В. Власов один из кадров хроники. Он поведал о том, как учились они переходить горные речки, как наставлял академик Кнорре его сына, какое значение придавал он не только науке, но и вопросам образования — зал замер, проникнувшись серьезностью момента. А потом, к немалому удовольствию всех присутствующих, о том, как Дмитрий Георгиевич «воспитывал всех подряд, кто попадался под руку», и даже собаку научил плавать. Д. Кнорре и его коллеги всегда генерировали бесконечное количество идей. Не все они реализовывались, но некоторые были «сокрушительно полезными». На определенном этапе шла отбраковка лишнего, и…в результате все получалось.
С поздравлениями от московского Института молекулярной биологии и от себя лично выступил академик Л. Киселев. Он передал Дмитрию Георгиевичу поздравительный адрес и вновь вспомнил об уникальной, не имеющей в мире аналогов, школе, которая интегрировала знания биохимии, биоорганической химии, органической химии и молекулярной биологии в некую единую науку, получившую мощное развитие в Сибири. «Для нашего института контакты со школой Кнорре, с его учениками, сотрудниками всегда были удовольствием и огромным стимулом к действию», — подчеркнул Л. Киселев. Вспомнил он и о первой встрече с Дмитрием Георгиевичем более четырех десятилетий назад, о своем впечатлении от его улыбки, манеры говорить, заметив, что взаимодействие с Д. Кнорре всегда было продуктивным и чрезвычайно интересным. Вручая юбиляру фотоаппарат, академик Киселев отметил, что этот подарок, имеющий чисто утилитарное назначение, позволит наилучшим образом сохранить память о людях и событиях, запечатлеть, так сказать, историю в лицах. И снова в этот вечер звучали слова уважения к Ученому и Учителю, воспоминания о первых шагах и об этапах становления ряда научных направлений, в частности, о комплементарно-адресованной модификации, которая зародилась в Новосибирске. А потом в течение четырех дней шла напряженная работа: пленарные лекции, доклады, постерные сессии по основным научным направлениям — физической химии нуклеиновых кислот, физической химии процессов матричного биокатализа, а также по вирусным патогенам. Во время конференции были сделаны сообщения, посвященные биоорганической химии нуклеиновых кислот, трансляции в прокариотах и эукариотах, белкам и нуклеиновым кислотам в норме и при патологии, физической химии белков и нуклеиновых кислот, белково-нуклеиновым взаимодействиям, медицинским аспектам молекулярной биологии, а также другим важным вопросам. Мы обратились к некоторым участникам конференции с просьбой рассказать о направлении их исследований и о докладах, представленных в ходе заседаний.
– Наш институт известен своим направлением исследований, которое в течение продолжительного времени возглавлял Д. Кнорре. Много лет назад Н. Гринева сформулировала новое научное направление, названное комплементарно-адресованным воздействием на нуклеиновые кислоты. Его суть состоит в следующем. ДНК построена из двух спиралей. Можно создать систему, в которой одна из этих цепей очень сильно укорочена. Вот этот укороченный фрагмент и называется олигонуклеотидом. Если в него ввести химическую группировку, способную взаимодействовать с нуклеиновой кислотой, то получается реагент, который за счет олигонуклеотида стремится к оставшейся цепи ДНК. Он адресует данную химическую группировку не всем, а только выбранным нуклеиновым кислотам, потому что последовательность в нем нуклеотидов определяет, куда он будет направлен и где найдет свой сайт связывания. Таким образом, создается реагент высокоспецифического взаимодействия с определенными нуклеиновыми кислотами, например, вирусов (или же он будет стремиться к онкогену, то есть поврежденному гену, с которого начинается онкологическое заболевание). Ученые всего мира пытаются создавать лекарства строго направленного воздействия. Так вот, лекарственные средства, полученные на основе наших научных работ, будут иметь не просто общее назначение. Они могли бы стать очень строго направленными, поскольку в данном случае не задевались бы нуклеиновые кислоты — генетический материал человека, а работала бы специально заданная программа. К сожалению, пока мы только стремимся к этому, потому что in vitro все получается так, как задумано — мы работаем с материалом, повышаем степень воздействия, а в клетке ситуация более сложная. Здесь вмешиваются внутриклеточные явления, и процесс настолько усложняется, что сделать все так, как хотелось бы, пока не получается. Конечно, определенные успехи имеются, но исследования в данной области надо продолжать. Вот в этом направлении мы и работаем на протяжении десятилетий. В лаборатории ак. В.Власова, например, заражали мышей смертельной дозой вируса клещевого энцефалита, а при обработке теми реагентами, которые мы создаем, 70% из них выживало. Но это пока только испытания, эксперименты. Еще одни очень перспективные реагенты — олигонуклеотиды, несущие антибиотики, которые способны деструктурировать ДНК. Это необходимо, например, при попадании в организм какой-либо ДНК-содержащей инфекции: будучи связанной с таким олигонуклеотидом, дезоксирибонуклеиновая кислота теряет свою функцию. Работа с подобными группировками каталитического действия, которые многократно воспроизводятся, дает хорошие результаты. Наши разработки могут найти широкое применение в области медицины. Есть такая стадия — узнавание реагентом своей нуклеиновой кислоты. Данная стадия остается для всех одинаковой, независимо от того, какие там группировки присутствуют, есть они или нет. В ближайшем будущем могут возникнуть лекарственные средства, но без группировок. Сейчас мы работаем над этим — пытаемся определить, как короткие олигонуклеотиды в малых двухцепочечных РНК узнают «свои» участки. Может быть, именно эта их способность окажется ближе всего к практике. Наличие посторонних генов можно выяснять, адресуя туда олигонуклеотиды. На этом основано выявление нуклеиновых кислот вируса клещевого энцефалита, вируса гепатита. Мы разработали очень точную методику генотипирования вируса гепатита С. В Центре новых медицинских технологий есть лаборатория ДНК-диагностики, где уже можно провести такой анализ. Наша диагностика достаточно точна, чувствительна к изменению в структуре нуклеиновой кислоты, хотя бы на одно основание. Это очень принципиально в ряде случаев, например, при генотипировании вирусов, поскольку каждый генотип даже одного и того же вируса требует своего лечения. Первая наша с Н. Гриневой публикация появилась в 1967 году — я тогда была дипломницей. Сейчас из института по этой теме вышло, наверное, около тысячи публикаций. И все это постоянно доводится до совершенства, разрабатывается. Предложенное Н. Гриневой направление всегда поддерживал Дмитрий Георгиевич Кнорре — без него не было бы столь масштабных исследований, которые ему удалось поднять на государственный уровень. Итогом стало получение Ленинской премии, Государственной премии Российской Федерации, признание нас пионерами в этой области. Так оно и есть — ведь следующая работа в этом направлении появилась только через 10 лет в США. И только после того, как американцы опубликовали свою версию, весь мир стал активно этим заниматься. Доклад, который я делала на открытии конференции — «Комплементарно-адресованная модификация» — представляет собой своего рода резюме. Моей задачей было вспомнить, что было сделано в этом направлении, с чего оно начиналось, как развивалось — до определенного момента. А новые данные были изложены уже в докладах моих коллег на последующих заседаниях.
– Лаборатория, которая работает под моим руководством, появилась одновременно с Институтом биоорганической химии. Ее основные направления были сформулированы при активном участии Дмитрия Георгиевича Кнорре, стоявшего у истоков как института, так и лаборатории. Всего здесь трудится 20 человек, среди которых есть опытные ученые, способные молодые специалисты и аспиранты. Основное направление работ лаборатории в настоящее время — исследование механизмов репликации и репарации ДНК. Эти процессы очень важны для обеспечения стабильности клеточного генома. Нарушение репликации или репарации ДНК у человека приводит к серьезным заболеваниям: например, накопление мутаций в ДНК вызывает канцерогенез. Различные нейродегенеративные состояния также являются следствием нарушений процессов репарации. Поэтому изучение механизмов этих процессов — одна из горячих проблем современной молекулярной биологии. Понимание механизмов репарации ДНК позволяет найти новые пути предупреждения опасных заболеваний человека либо предсказать наиболее эффективные пути их лечения. Когда в 1984 году была создана наша лаборатория, главным объектом исследований стали аминоацил-тРНК-синтетазы — ключевые ферменты биосинтеза белка. Уже на примере изучения этой системы мы поняли, что разрабатываемые нами химические подходы для исследования сложных ферментных систем очень перспективны. Поэтому и в настоящее время для изучения комплексов репарации и репликации ДНК мы применяем оригинальные подходы, развитые в нашем институте, а именно — метод аффинной модификации, который оказался особенно информативным для изучения ансамблей белков, взаимодействующих с ДНК. Здесь следует отметить, что процессы репликации и репарации дезоксирибонуклеиновой кислоты осуществляются ансамблями белков, работа которых в клетке эффективно координируется. Для изучения взаимодействия белков с ДНК мы создаем ее фотореакционноспособные производные, которые имитируют структуры ДНК, возникающие на различных этапах. Применение таких структур для фотоаффинной модификации белков, осуществляющих репликацию и репарацию ДНК, позволяет понять детали механизма этих процессов и открыть новые пути их регуляции. Именно развитию этих подходов для изучения сложных ферментных систем посвящен мой доклад, который называется «Аффинная модификация в исследовании машин репликации и репарации ДНК». В докладе я уделяю внимание истории развития первых идей в области применения этих подходов в нашем институте, вспоминаю вклад моих коллег, которые участвовали в развитии и становлении основных направлений в применении методов аффинной модификации, а также оцениваю будущие перспективы, которые появляются при применении этих подходов. Методы, которые традиционно развивались в нашем институте — перспективные и многообещающие. Наши работы нашли широкое признание во всем мире. Многие лаборатории из разных стран (США, Франции, Италии, Нидерландов) сотрудничают с нами и используют наши реагенты для изучения репликации и репарации ДНК. Приятно, что наша лаборатория является лидером в данной области исследований. На данном этапе нашей работы мы изучаем системы, выделенные из клетки. В будущем предполагается трансформировать фотоактивные метки в живые клетки и изучать процессы уже на этом уровне. Это международный проект, развивать который мы планируем совместно с голландской лабораторией в Медицинском центре Эразмуса в Роттердаме. Проводимые нами исследования безусловно могут найти применение в медицине. Мы разрабатываем фотореакционноспособные производные ДНК, которые могут быть использованы для идентификации белков на уровне клеток и тканей. Благодаря нашим методам, есть возможность идентифицировать с помощью масс-спектроскопии белки — маркеры различных заболеваний, которые присутствуют в канцерогенных клетках в больших количествах по сравнению с нормальными клетками. Подобные подходы могут служить своеобразным тестом на состояние клетки и организма в целом. Еще раз, оглядываясь назад, хочу отметить, что выбор направления исследований был правильным. Удалось угадать дальнюю перспективу современной энзимологии — изучение сложнейших ансамблей белков, ответственных за воспроизведение и сохранность структуры ДНК, а, следовательно, за стабильность генома человека. Не случайно в решение этих задач в институте вовлечено уже несколько лабораторий. Безусловно, вклад Дмитрия Георгиевича Кнорре в постановку этих работ был определяющим.
– Наша лаборатория занимается биокатализаторами, то есть молекулами белка, которые образуют активный центр — таким образом, что эти молекулы могут осуществлять разные каталитические реакции. Мое направление в течение примерно двадцати лет связано с созданием искусственных катализаторов на основе антител при патологических состояниях организма человека. Они называются каталитическими антителами или абзимами. В Академгородок я приезжаю уже в пятый раз. У нас очень большие перспективы в области сотрудничества и, если будет возможно, в плане поддержки молодых ученых. Здесь, на конференции я вижу молодые лица — это очень радует, потому что в Москве некоторые академические институты стали стареть, а у вас, видимо, проблема частично решается. Я очень давно знаю Дмитрия Георгиевича Кнорре. В Институте химической биологии и фундаментальной медицины есть прекрасная лаборатория, руководимая его учеником профессором Г. Невинским, который занимается похожими проблемами, так что в мировом плане мы дополняем друг друга. Недавно я вернулся из Японии, где проходил международный конгресс, на котором мной были представлены новые данные. Эти же проблемы я изложил здесь моим коллегам, в том числе и по работам в области рассеянного склероза. Нам удалось определить, какие антитела возникают при этом и других заболеваниях. Наши исследования могут найти свое практическое применение в области медицины: для лечения болезней, связанных с аутоиммунными поражениями, таких как СПИД, системная красная волчанка, ревматоидный артрит. На основе имеющихся технологий можно создать искусственный каталитический ответ и сделать каталитические вакцины, т.е. антитела, которые будут обладать этой самой каталитической функцией. Мой доклад называется «Каталитические антитела к биополимерам», то есть к ДНК и белку. В докладе, во-первых, представлена информация о том, как можно из искусственной библиотеки генов иммуноглобулина «вытащить» на некую химическую молекулу клон-ген иммуноглобулина, который в результате экспрессии даст антитело, способное обладать каталитической функцией. Мы делали это также для поглощения, уничтожения отравляющих веществ: искусственно, на основе антител, получили в организме антителоподобный фермент ацетилхолинэстеразу, который является мишенью для таких боевых ОВ, как зарин и зоман. Это нами рассматривается как один из подходов для производства антидотов. Третья часть — это получение каталитических антител у аутоиммунных животных индукцией, подстегиванием иммунного ответа. Нам удалось in vitro показать разрезание поверхностной молекулы белка, участвующего в развитии СПИДа. И еще одна часть посвящена собственно рассеянному склерозу. Мы показали, что основной белок миелина может специфически разрушаться аутоантителами в ходе развития заболевания. Не утверждая, что это единственная причина, мы продолжаем исследования в этом направлении. Ю. Александрова Фото И. Глотова Источник: «Наука в Сибири» |
Термин «физико-химическая биология» широко употребляется с конца семидесятых годов ХХ века и охватывает практически все сферы биологии, связанные с применением в ней физических и химических понятий. Это комплексная наука о физико-химических основах жизнедеятельности организмов. В начале девяностых Дмитрий Георгиевич Кнорре стоял во главе отделения физико-химической биологии в Академии наук и активно занимался данным направлением.
Ольга Лаврик, доктор химических наук, зав. лабораторией биоорганической химии ферментов (Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, г. Новосибирск):
Александр Габибов, член-корреспондент РАН, зав. лабораторией биокатализа (Институт биоорганической химии Российской Академии наук, г. Москва):
