«Наука в Сибири» № 35-36 (2471-2472) 10 сентября 2004 г. ХИМИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОТЕОМИКИ Первую конференцию по химико-биологическим аспектам протеомики провел Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН. Минуло почти два месяца, как разъехались ее участники, но до сих пор в адрес председателя Оргкомитета, заместителя директора института, доктора химических наук О. Федоровой продолжают идти благодарственные письма. В них, помимо всего прочего, явно обозначено желание вновь встретиться в новосибирском Академгородке на очередной конференции по проблемам протеомики. Беседуем о прошедшем мероприятии — международном форуме, на который прибыло более ста биологов, химиков, медиков и других специалистов самого высокого ранга. — Ольга Семеновна, термин «протеомика» появился сравнительно недавно, но сегодня употребляется довольно часто. Что такое — протеомика? — Здесь прослеживается аналогия с термином «геномика». Геномика — изучение совокупности генов любого живого организма. Протеомика — анализ всего набора клеточных белков, иными словами — белкового состава клетки. Именно гены ведут к синтезу белков. — Но ведь с белками ученые работают многие годы. Почему только сейчас обратились к протеомике? — Появились методы и аппаратура, позволяющие определять, классифицировать большой набор белков, целые сотни одновременно, а не отдельные белки. Можно сказать, что сама жизнь требовала углубления в данную тематику. Многие ученые в мире занимаются исследованием живых систем в интересах медицины, а белки в них играют важную роль. Потому и протеомике отводится существенное место. — Ваш институт работает с ориентиром на медицину — даже в его названии появилась адресность. Естественен вывод: Институт химической биологии и фундаментальной медицины тоже развернул исследования в обозначенной области? — Исследования в направлении протеомики только развертываются. Но давно ведем работы — с более простыми белковыми системами — занимаемся белками, которые взаимодействуют с нуклеиновыми кислотами. Речь — о ферментах, участвующих в передаче генетической информации, в процессах репликации ДНК, т.е. удвоении спирали ДНК, в трансляции синтеза белка и т.д., а также процесса репарации ДНК. Недавно стали изучать белки, участвующие в переносе внеклеточных нуклеиновых кислот — именно наличие таких нуклеиновых кислот помогает выявлению, например, раковых заболеваний. Мы начинали с изучения единичных белковых систем, сейчас движемся в сторону более сложных. Ибо стало известно, что в тех самых системах функционируют сложные белковые комплексы, и их открывают все больше и больше. — Можно считать, что именно расшифровка генома повлекла за собой цепочку открытий? — Когда был расшифрован геном человека, стало понятно, что он состоит, как минимум, из 30 тысяч генов. Может быть, их и гораздо больше — кто-то предполагает, что генов около 100 тысяч. Один ген может синтезировать не один белок, а, возможно, порядка десяти и более. Это пока точно не известно. Белки находятся в разных состояниях, подвергаются так называемой посттрансляционной модификации, то есть число может увеличиваться еще в несколько раз. Проведя оценку количества белков в человеческой клетке, можно насчитать их несколько сотен тысяч, а может быть, и миллион. И если рассматривать белки с медицинской точки зрения, станет понятно, что они могут служить маркерами определенных болезней. — И много ли маркеров на сегодня известно? — Исследования в этом направлении идут довольно активно, все время называются новые. Но дело-то в том, что одного маркера бывает недостаточно для выяснения заболевания. Каждый организм индивидуален, различны уровни экспрессии генов, и отдельными диагностическими биомаркерами не всегда удается определить, в каком состоянии находится организм. Готовясь к нашей встрече, я специально отобрала через интернет несколько аннотаций статей на заданную тему. Вот, например, ищут белковые маркеры для различных типов онкозаболеваний, и находят набор из 7-10, специфичных для здоровых и нездоровых людей. Вот еще аннотация, еще… Появились методы, позволяющие анализировать одновременно большой набор белков, что дает возможности для более точного диагноза. Для исследования большого количества белков эффективен метод, включающий комбинацию электрофореза, хроматографии, масс-спектрометрии. В прошлом году в институте был установлен дорогостоящий прибор, приобретенный на средства, выделенные Президиумом СО РАН, — время-пролетный масс-спектрометр «Рефлекс III» фирмы Брукер, и мы получили возможность проводить анализ молекул с большой молекулярной массой, и в том числе, белков. Направление активно развивается и обещает интересные выходы. Теперь у нас есть прекрасная возможность заниматься проблемами протеомики в более широком аспекте. Протеомика имеет два направления — структурная и функциональная. То, чем занимался прежде наш институт — протеомика структурная, суть которой в том, что изучаются все детали механизма определенной биохимической реакции. — А сейчас начинаете активно продвигаться в направлении функциональной протеомики? — Именно. Задача современной науки — изучение динамической взаимосвязи между всеми клеточными процессами. Но для более успешного хода исследований необходима дополнительная аппаратура. Протеомные центры, которые создаются в мире, владеют большим набором различных инструментов, что и обеспечивает их успехи. В России пока только один протеомный центр — в Москве, в Институте биомедицинской химии РАМН, руководит которым академик РАМН А. Арчаков. Центр быстро развивается, в нем уже есть несколько масс-спектрометров, много другого оборудования. У нас для исследований в данной области, по-существу, только масс-спектрометр — с июня прошлого года. В марте начали делать анализы, спрос на которые огромный. — Где располагается масс-спектрометр? — В моей лаборатории исследования модификации биополимеров, бывшей лаборатории академика Д. Кнорре. Собственно, именно Дмитрий Георгиевич, будучи директором института, начал ориентировать коллектив на исследование белков и изучение их поведения в сложных биологических процессах. — Ольга Семеновна, коли вы стали председателем оргкомитета такого представительного форума, можно сделать вывод, что этой тематикой вы занимаетесь особенно активно? Профессор Е. Громова (МГУ) и профессор Ф. Страусс (США). — Я пришла в лабораторию академика Д. Кнорре из Института химической кинетики и горения после защиты кандидатской диссертации, чтобы всерьез заняться биологией, используя приобретенные знания в области кинетики. Защитила докторскую диссертацию по химической модификации нуклеиновых кислот. Благодаря зарубежному гранту мы приобрели современный прибор для изучения динамики конформационных превращений в биополимерах, т.е. исследований быстропротекающих стадий биохимических процессов, узнавания ферментов специфических субстратов. В результате немало сделали в данном направлении. Этими проблемами занимаются не так уж много специалистов в мире. — Результаты обнародовали в ходе конференции? — Выступила с докладом «Исследование динамики конформационных превращений ферментов репарации». Коллеги, наши и зарубежные, подходили, интересовались деталями — понравилось сообщение. — Ваш институт инициировал проведение этой первой международной конференции по протеомике? — В России специалистов в новой области не очень много, этим больше занимаются на Западе. Вот мы и пригласили зарубежных коллег поделиться опытом. В то же время хотели продемонстрировать и наши достижения в структурной протеомике и в ее медицинских приложениях. — И как продемонстрировали? — Считаю, что успешно. На конференцию прибыли человек 30 известных ученых из Москвы и Санкт-Петербурга, 10 именитых иностранцев, специалистов, изучающих процессы репарации ДНК, трансляции, транскрипции. Они высказали в адрес ученых нашего института много лестных отзывов, говорили, что работы, выполняемые сибиряками, просто блестящие, ведутся на самом современном уровне. Многие из именитых иностранных участников конференции, например пленарные докладчики д-р. М. Бакль (Франция), д-р В. Вермеулен (Нидерланды) и другие приехали в Академгородок потому, что уже долгие годы сотрудничают с лабораторией профессора Ольги Лаврик в исследовании комплексов белков, ведущих репарацию и репликацию ДНК. Докладами из этой лаборатории были насыщены первые дни конференции, и сообщения вызвали большой интерес. Профессор О. Лаврик (Новосибирск). Должна заметить, что в лаборатории, руководимой профессором О. Лаврик, были заложены основы изучения сложных ферментных систем в нашем институте. Лаборатория биоорганической химии ферментов была создана по инициативе академика Д. Кнорре при организации института, и в ней интенсивно развивалось изучение ферментных систем аминоацилирования тРНК, репликации и репарации ДНК с помощью оригинальных «сибирских» химических подходов, в том числе методов аффинной модификации. В этом случае используются субстраты и интермедиаты превращений, несущие реакционноспособные группы. Метод находит все более широкое применение в современной протеомике для изучения функциональных ансамблей белков на уровне экстрактов клеток и ядер, а лаборатория является своеобразным мировым центром по применению аффинной модификации для исследования сложных машин репарации и репликации ДНК. Международный авторитет работ настолько велик, что направление называют «Russian Field», и это определяет большой интерес к сотрудничеству с нашей лабораторией ведущих научных центров США, Франции, Нидерландов, Швейцарии и других стран. Институт химической биологии и фундаментальной медицины в основном биологической направленности, в то же время химическая компонента в нем всегда присутствует. Мирьяна Фогель из Австралии призналась, что просто не ожидала такого высокого класса работ. Особенно ее привлекли (как, впрочем, и многих других участников) исследования каталитических антител, которыми занимается лаборатория репарации доктора химических наук Георгия Невинского. В своем докладе он представил данные по открытию новой функции иммуноглобулинов — их способности катализировать различные химические реакции. Каталитически активные антитела (абзимы) детектируются в крови больных астмой, системной красной волчанкой, полиартритом, аутоиммунным тиреоидитом, рассеянным склерозом; а также гепатитом, лейкемией и ВИЧ, т.е. при заболеваниях, сопровождающихся аутоиммунными процессами. Первым примером абзимов человека в отсутствие каких-либо аутоиммунных заболеваний были антитела молока здоровых рожениц, катализирующие фосфорилирование белков. В настоящее время сотрудниками лаборатории изучаются различные ферментативные активности антител: ДНК- и РНК-гидролизующая, протеазная, амилолитическая, пероксидазная; проводится анализ корреляций величин удельных активностей препаратов абзимов с клиническими и биохимическими показателями. Это абсолютно новое направление. Профессор Г. Голан (Израиль) и профессор Х. Насхойера (Ирландия). Замечательные результаты представила доктор химических наук Галина Карпова. Ее лаборатория занимается изучением процессов трансляции в человеческих рибосомах. Человеческие рибосомы исследуются в единственном месте в мире — в Институте химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения РАН. Знаете, два года назад в Академгородке побывал американский ученый, редактор журнала по кристаллографии Билл Дьюэкс, знакомился с работами наших исследователей. И он совершенно искренне сказал, что многие достойны Нобелевской премии. — Помню, помню, интервьюировала его — очень он восхищался сибиряками, именно так и определил — будущие Нобелевские лауреаты. — А если говорить в общем, то основной итог всех работ — выход на практическую медицину. Исследование механизмов репарации ДНК должно смыкаться с изучением механизмов апоптоза — клеточной смерти, этот механизм — один из ключевых, оберегающих организм от развития канцерогенеза. Исследование систем апоптоза начинает активно развиваться в нашем институте в лаборатории к.б.н В. Рихтера. Это направление было представлено на конференции очень интересными докладами из нескольких российских и зарубежных организаций, из которых я бы хотела отметить доклад Инны Лаврик из МГУ. В сотрудничестве с немецкими коллегами из Гейдельберга ею выполнено всестороннее исследование одного из механизмов апоптоза. — Теперь конференции по протеомике станут регулярными? — Да, приняли такое решение. Причем, участникам хочется, чтобы проводились они в Академгородке. Очень все здесь им понравилось. Прежде всего, малый зал Дома ученых, где проходили заседания: там все располагает к плодотворной работе. Скажу больше — многие просто не ожидали подобного уровня сервиса. Один из гостей-москвичей так прямо заявил — живете, как в Эдеме, все у вас есть! Считаю, что успех конференции во многом обусловлен именно возможностями, созданными Домом ученых, его персоналом. Вот бы еще гостиницу поднять до современного уровня обслуживания. Хотя там сделан ремонт, многое во внешнем виде изменилось, но следует обратить внимание и на уровень обслуживания. Незнание сотрудниками гостиницы английского языка, длительная процедура оформления сильно снижают впечатление от Академгородка. Мне бы хотелось поблагодарить всех членов оргкомитета, сотрудников нашего института, которые внесли решающий вклад в успешное проведение конференции. — Можно сделать заключение, что Институт химической биологии и фундаментальной медицины, который лидирует по многим позициям в научном мире, будет стремиться и в области протеомики взять новые вершины? — Коллектив всегда идет в ногу со временем. Мы уже вступили на этап изучения сложных протеомных ансамблей. Вернее было бы сказать, что основы к тому были уже заложены при создании института — исследование сложных матричных систем с помощью уникальных химических подходов и последующего структурного анализа. В сочетании с новыми техническими возможностями протеомики мы, безусловно, откроем новые горизонты. Помогает развитию новых направлений поддержка Президиума Сибирского отделения. — Удачи вам и успехов! Л. Юдина. Фото Оргкомитета конференции. стр. 6