ФОРУМ ПО ПРОБЛЕМАМ ХИМИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ
2-8 июля в новосибирском Академгородке работала престижная
международная конференция «Химическая биология», основным
организатором которой выступил Институт химической биологии и
фундаментальной медицины СО РАН.
Л. Юдина, «НВС»
В Сибирь съехались ученые — химики и биологи из-за рубежа
(Франции, США, Японии, Канады, Великобритании) и многих научных
центров России. Семь дней, всю рабочую неделю и два выходных, в
малом зале Дома ученых шла напряженная работа.
Темы и проблемы
Об основной проблематике конференции мы беседуем с членом
оргкомитета к.х.н. Еленой ЧЕРНОЛОВСКОЙ (ИХБиФМ).
— В традициях Института химической биологии и фундаментальной
медицины — проведение научных форумов по наиболее острым,
злободневным проблемам. Прошли конференции, посвященные различным
стратегиям в исследовании РНК. Летом прошлого года со многих
позиций рассматривались вопросы протеомики.
На нынешнюю конференцию собрались ученые, которые занимаются
проблемами направляемого воздействия на генетический материал,
проблемами репарации, изучают супрамолекулярные комплексы.
Тематика конференции была достаточно широкой.
Первые два дня в основном обсуждались результаты и достижения в
области направленного воздействия на нуклеиновые кислоты. В
основном, химические аспекты направленного воздействия, включая
синтез различных реагентов, способных специфически повреждать или
модифицировать нуклеиновые кислоты; синтез аналогов фрагментов
нуклеиновых кислот, которые образуют комплексы с нуклеиновой
кислотой — мишенью с заданной последовательностью.
Состоялась сессия, посвященная биологическим проблемам
направленного воздействия на нуклеиновые кислоты. Речь шла о
различных техниках, направленных либо на регуляцию экспрессии
интересующих исследователя генов, либо на процессы, позволяющие
выявить роль конкретных нуклеиновых кислот, генов, механизмы
функционирования клетки.
Оживленную дискуссию вызвали вопросы, связанные с внеклеточными
нуклеиновыми кислотами. Данное направление привлекает в настоящее
время пристальное внимание исследователей. Изучается корреляция
уровня различных типов нуклеиновых кислот, которые находят в
различных клеточных жидкостях, в крови, молоке женщин с
различными заболеваниями. Эти данные важны для ранней
неинвазивной диагностики раковых и некоторых других заболеваний.
В сообщениях участников тема освещалась с разных позиций — откуда
берутся внеклеточные нуклеиновые кислоты в жидкостях,
механизм их секреции и прочее.
Один день конференции был посвящен обсуждению важнейших проблем
репарации. Ведь генетический материал клетки постоянно находится
под воздействием как химических, так и различных физических
факторов, вызывающих повреждение. А системы репарации
обеспечивают поддержание целостности генетического материала
клетки, его функционирование.
Прозвучали интересные сообщения об исследовании различных
супрамолекулярных комплексов нуклеиновых кислот, в частности,
такого важного элемента клетки, как рибосома.
В рамках конференции «Химическая биология» состоялись две
постерные сессии. Молодые исследователи представили результаты
своих работ в виде стендовых докладов — по направленному
воздействию на нуклеиновые кислоты (химические и биологические
аспекты), по внеклеточным нуклеиновым комплексам, доставке
нуклеиновых кислот в клетки. Было много сообщений, освещающих
проблемы репарации, супрамолекулярные комплексы.
Молодежь показала себя с самой лучшей стороны. Понятно, что
многие из молодых исследователей еще не имеют достаточно
результатов, чтобы представить пленарный доклад, и постерные
сессии — прекрасная возможность продемонстрировать полученные
результаты, выслушать комментарии коллег, мнение известных
ученых. Такие выступления приучают молодых как бы интегрироваться
в научное сообщество, общаться.
Работают химические рибонуклеазы
Доклад д.б.н. Марины ЗЕНКОВОЙ (ИХБиФМ) на конференции был
воспринят «на ура». Коллеги единодушно отмечают, что работа
выполнена на самом острие современной науки.
— Наша лаборатория биохимии нуклеиновых кислот, которую
возглавляет академик В. Власов, в течение почти восьми лет
занимается разработкой химических рибонуклеаз, соединений,
способных расщеплять РНК, — рассказывает М. Зенкова. — Это
низкомолекулярные соединения, которые являются реальными
катализаторами и в той или иной мере имитируют активность
природных ферментов.
Исследования по обозначенной теме фактически выполняют три
коллектива. Основная нагрузка по изучению названных соединений
лежит на нашей лаборатории. Лаборатория органического синтеза,
которой руководит д.х.н. В. Сильников, ведет разработку структуры
и методов синтеза этих соединений, другими словами, делает всю
химию. Третий участник — лаборатория химии нуклеиновых кислот:
к.х.н. Д. Пышный и к.х.н. Е. Иванова, недавно ушедшая из жизни.
Суть работы — получение очень важных соединений, которые
включают катионную структуру или олигонуклеотид, что обеспечивает
сродство к молекуле РНК, химическую конструкцию, которая
содержит, допустим, остатки имидазола или аминогруппы, способные
расщеплять фосфодиэфирные связи. Соединения интересны тем, что
они низкомолекулярные и по сравнению с природными ферментами
очень дешевы. Также эти соединения очень стабильны. Согласно
нашим данным, они могут работать в широком диапазоне, например, в
современной биотехнологии — для разрушения РНК на различных
стадиях выделения геномной ДНК, подготовки ее для ПЦР-анализа.
Соединения работают в «мягких» условиях, поэтому не требуются
дополнительные стадии очистки ДНК, например, фенольная
экстракция, обычно используемая для удаления белков.
Другая область применения соединений — замещение природных
ферментов в исследовательских работах по изучению структуры РНК в
различных РНК-белковых комплексах.
Недавно я была на конференции по рибонуклеазам в Словакии. Там
мне задали вопрос: не хотим ли мы использовать наши соединения
для исследования структуры РНК in situ в живой клетке. Ранее мы
как-то об этом не задумывались. А сейчас обязательно посмотрим,
можно ли соединения использовать для модификации РНК in situ.
Для исследования структуры РНК in situ существует очень маленькое
количество реагентов — всего один-три. Разработка новых
реагентов — задача весьма актуальная, перспективная. Думаю, что
это один из путей выхода на эффективные биотехнологические
приложения.
Еще любопытный аспект работы. Известно, что большое количество
опасных для человека заболеваний вызываются вирусами. Наиболее
опасные из них — РНК-содержащие вирусы. Мы взяли в качестве
модели вирус гриппа, лабораторный штамм, который не опасен для
человека. И смотрим, можно ли с помощью химических рибонуклеаз
победить вирус: использовать их как лекарство или как средство
инактивации вируса.
Оказалось, что соединения эффективно инактивируют вирус. То есть,
обработка вируса таким соединением оставляет вирусные белки
неповрежденными, но разрушает программу вируса, геном.
Теперь нужно проверить, будут ли работать наши соединения против
других РНК-содержащих вирусов разной этнологии. Если данный факт
подтвердится — это можно будет считать открытием. В ближайшее
время работу завершим. Надеемся на положительный ответ, ибо все
ранее проведенные эксперименты показали, что соединения полностью
инактивируют вирус, и что все функциональные части химической
рибонуклеазы строго необходимы для проявления активности.
— Иными словами, фундаментальная работа будет иметь практический
выход?
— Когда работа начиналась, задача формулировалась следующим
образом: исследовать возможность имитации активных центров
ферментов низкомолекулярными соединениями. На конференции
прозвучал вопрос — являются ли наши соединения РНКазомиметиками,
т.е. имитирующими ферменты. Ответ — да, являются — и по
функциональной активности, и по природе продуктов расщепления.
Продолжая исследования, надеемся найти соединения, которые будут
эффективны и в живом организме, помогут бороться с вирусными
инфекциями и онкологическими заболеваниями.
Диагностика рака на ранней стадии
В Филадельфии есть университет, занимающийся исследованием рака:
его диагностикой, лечением, созданием соответствующих препаратов.
Он называется Университет Томаса Джефферсона. Три года назад туда
под новый проект был приглашен доктор Нариман АМИРХАНОВ, до этого
пятнадцать лет работавший в ИХБиФМ. В Сибирь ученый отправился
сразу после конференции аналогичного содержания, прошедшей в
городе Ньюпорт, неподалеку от Бостона. Только успел
прилететь — а путь неблизкий, через океан — сразу на доклад. По отзывам
коллег, с поставленной задачей справился блестяще — результаты
работы представил в полном объеме.
— Исследования финансировались на средства гранта, выданного
профессору университета Эрику Викстрому Национальным институтом
рака (NIH), известной американской организацией, спонсирующей
научные исследования, — рассказывает Н. Амирханов. — Деньги
достаточно большие — где-то около двух млн. долларов, так что
появилась возможность значительно расширить фронт исследований.
Цель проекта — создание способов диагностики ранних, именно
ранних стадий раковых опухолей, в частности, рака поджелудочной
железы. Это заболевание по числу всех выявленных раковых
заболеваний стоит на 4-м месте после рака легких, рака молочной
железы и рака простаты. И очень важно обнаружить начальную стадию
процесса, создать специальные препараты. Не менее важно, чтобы
методы диагностики были щадящими, безболезненными. Ведь на
сегодняшний день чаще всего, чтобы обнаружить заболевание,
следует сделать биопсию, т.е. взять на анализ кусочек пораженной
ткани.
В проекте, о котором идет речь, используется другой принцип
диагностики. Суть его в следующем. В организм вводится
специфическое вещество — радиоактивное или контрастное. Через
некоторое время оно аккумулируется в опухолях. Затем делается
снимок (имидж — как говорят американцы). Радиоактивность,
накапливающаяся в определенном месте, на снимке появляется в виде
изображения определенного цвета — обычно это светлое пятно. И
можно диагностировать заболевание. То есть упрощенно процедура
представляется так: делается укол, а затем через некоторое время
(обычно 8-10 часов), — снимок. Быстро, безболезненно и
эффективно.
— Вы сказали, что обычно используется радиоактивная метка. Но
все, что связано с радиацией, вызывает опасение.
— Как раз-таки целью нашего проекта было создание
нерадиоактивных методов диагностики, а именно: диагностики с
использованием метода ЯМР-томографии. А радиоактивную метку мы
использовали для модельных экспериментов.
— Чем в проекте занимались конкретно вы?
— Там была сложная химия. Чтобы поднять чувствительность
препарата для использования в ЯМР-томографии, следовало на одну
молекулу пробы присоединить 10-20 атомов контрастного металла
гадолиния. Поскольку здесь, в Институте химической биологии и
фундаментальной медицины, я занимался конъюгатами биологических
соединений, т.е. созданием биологически активных соединений,
модификацией и включением в них нужных компонентов, то на мне и
лежала эта синтетическая часть исследований.
— Вы отмечали, что разрабатывали не только методы диагностики,
но и лечения. Какие же?
— Наш метод диагностики пригоден и для лечения. Поскольку
принцип здесь такой — сконцентрировать в опухоли определенное
вещество, значит — можно ввести сильный радиоизотоп, обладающий
мощной энергией излучения, но с коротким временем жизни.
Специфически накапливаясь в опухоли, он будет разрушать раковые
клетки. Но если быть более точным, то для диагностики в качестве
мишени используется мРНК, а для лечения, в качестве мишени
необходимо использовать ДНК, так как одна молекула ДНК даёт
примерно пятьсот копий мРНК. Другими словами, «убивая» одну
молекулу ДНК, автоматически мы блокируем пятьсот молекул мРНК.
Проверили выводы в эксперименте на мышах. Искусственно прививали
на одной из лапок мыши клетки рака поджелудочной железы. Через
две недели эти клетки развивались до нормальной опухоли. Тогда
вводили наше вещество, на основе радиоактивного изотопа
индия-111. Смотрели, где накапливается радиоактивность, делали
снимки. Предположения подтвердились — препарат концентрируется
адресно, с большой селективностью в опухолевых клетках. Наши
результаты коллеги восприняли с большим интересом.
Сибирь — Франция
Профессор Александр БУТОРИН уже 13 лет работает во Франции, в
Национальном музее естественной истории. Лаборатория регуляции и
динамики генома, где он трудится в последние годы, занимается
изучением двуспиральной ДНК в составе генома, поиском методов
воздействия на всю систему экспрессии генов в организме.
— Воздействие на ДНК на уровне самого генома, — рассказывает
ученый, — могло бы существенным образом изменить экспрессию
генов и повлиять на развитие клетки, а, следовательно, дать
подходы к лечению генетических и вирусных болезней, рака.
Скажем, существует поврежденная (мутированная) клеточная ДНК или
проникшая в организм вирусная ДНК. Ее требуется инактивировать,
т.е. остановить экспрессию определенных генов, производство
конкретных белков, которые закодированы этой ДНК.
Если воздействовать прямо на белки, конечно, можно подавить их
активность на время. Но затем они снова будут нарабатываться.
Воздействуя на промежуточную стадию передачи информации,
матричную РНК, с которой белки читаются (сама матричная РНК
читается с ДНК), можно остановить появление белков. Но как только
мы прекратим вмешательство, матричная ДНК снова начнет
производиться.
Следовательно, чтобы остановить экспрессию гена, требуется
повлиять на сам источник информации — на ДНК.
Мы стремимся найти такие вещества, которые могли бы узнавать
именно тот ген, который необходимо «выключить» в данный момент, и
с этим геном взаимодействовать. Или хотя бы указать с помощью
химической метки, где этот ген находится — на уровне хромосомы,
на уровне живой клетки.
Например, в Институте химической биологии и фундаментальной
медицины мои коллеги синтезируют вещества, которые называются
лигандами малой бороздки ДНК. Эти вещества узнают ДНК очень
избирательно. Мы во Франции используем их для комбинации с
другими веществами, например, с флюоресцентными метками, которые
могут показывать, где находится ДНК (они светятся в клетке), или
с активными веществами, которые модифицируют ДНК химически.
Испытываем либо в пробирке, на выделенной ДНК, либо прямо в живой
клетке.
Москва — Гейдельберг
Для к.х.н. Инны ЛАВРИК участие в конференции — это еще и
возможность побывать в дорогих сердцу местах. В свое время,
окончив 130-ю школу в новосибирском Академгородке, она уехала
учиться в Москву, в МГУ. Выбрала в качестве специализации химию
природных соединений. В МГУ же закончила аспирантуру и защитила
диссертацию по исследованию структуры и функции рибосом.
Тема ее исследований чрезвычайно актуальна — апоптоз (умирание
клеток) и тесно связанные с этим процессом проблемы онкологии. По
данной проблематике МГУ активно сотрудничает с немецким раковым
центром в г. Гейдельберге, лабораторией профессора Питера
Крамера.
— Важно понять, какие молекулы определяют судьбу клетки, ее
жизнь или смерть, — объясняет исследовательница. — Эту проблему
изучают разными способами. Данная конференция в основном
посвящена нуклеиновым кислотам, их роли в жизненно важных
процессах. В настоящее время нуклеиновые кислоты широко
используются в качестве системы, блокирующей экспрессию
определенных белков. Блокирование действия того или иного белка
на уровне его продукции может радикально решить проблему -
насколько данная молекула важна в жизни клетки и может ли клетка
без нее существовать. Безусловно, таким образом можно
регулировать развитие либо умирание клетки.
Знание фундаментальных процессов дает самый надежный и
эффективный выход к практическим задачам — иначе такие задачи
просто не решаются.
По программам МНТЦ
Традиционно многие крупные научные форумы сопровождаются сессиями
МНТЦ. Не отступили от традиции и на нынешней конференции. О
работе по программам МНТЦ рассказал д.б.н. Сергей ЩЕЛКУНОВ (ГНЦ
ВБ «Вектор»).
— На сессии обсуждались проекты МНТЦ, которые реализуются в
Новосибирске, Бердске, Кольцово в сотрудничестве с институтами
Академии наук и американскими коллабораторами, достигнутые
результаты.
Всего было представлено 9 проектов. Они охватывают широкий круг
вопросов: от чисто фундаментальных работ — до исследований,
связанных с разработкой противовирусных, противораковых
препаратов, тест-систем. Например, один из проектов посвящен
микрочипам — современным технологиям экспресс-идентификации
вирусных инфекций: натуральной оспы, оспы обезьян, оспы коров,
герпеса и ветряной оспы. Это уже современная тест-система.
Есть проекты, где внимание исследователей сконцентрировано на
испытании белков — вирусов индивидуальной оспы, индивидуальных
белков в качестве лечебных препаратов.
Один из доложенных проектов касался препарата ридостин, над
которым много лет работают в ГНЦ ВБ «Вектор». Он предназначается
для использования в качестве противовирусного препарата на
различных моделях.
Сообщалось о работах по филогенетическому анализу вирусов
конго-крымской геморрогической лихорадки.
По одному из проектов, который уже завершен, были представлены
следующие данные: индивидуальный белок, который связывает факторы
некроза опухоли из такого особого патогенного вируса, как вирус
натуральной оспы, потенциально может использоваться для лечения
септического шока. Пока это показано на лабораторной модели, но в
дальнейшем, при определенных условиях (прежде всего — надлежащем
финансировании), можно довести работу и до клинических испытаний.
Следует подчеркнуть, что именно благодаря фонду МНТЦ удается при
довольно скудном финансировании российских исследователей
поддерживать значимые и интересные работы, осуществлять контакты
с зарубежными коллегами и получать данные не только для
фундаментальной науки, но и для практики, в частности, для нашей
медицины.
До новых встреч!
Участники конференции работали очень активно. Несмотря на то, что
стояла прекрасная солнечная погода, манило теплое море Обское, от
основной задачи не отвлекались: сообщения коллег выслушивались с
большим вниманием, дискуссии были острыми и плодотворными.
Когда встречаются ученые, работающие в смежных областях, эффект
особо ощутим. Каждая из сторон узнает для себя много нового и
неожиданного в плане методик, получает доступ к данным, которые в
печати появятся где-то в лучшем случае через год. А ведь истинный
исследователь жаден до свежих научных фактов, где бы и кем бы ни
были они получены.
Фото Владимира Новикова
стр. 4-5
| 
