Для тех, кто судит о научно-техническом прогрессе по инициативам государства, станет сюрпризом, что в мире почти половина инвестиций в научные исследования – это вложения не в нанотехнологии или ИТ, приоритетные в России. Половина трат на науку идет на развитие так называемых биотехнологий. Как и нано, это тоже междисциплинарная область – некое семейство наук, использующих достижения физики, химии, биологии. В их основе – достижения генетики, молекулярной биологии и, конечно, мощное развитие приборной базы, сделавшее возможными систематические исследования.

О том, что обещает миру этот мейнстрим и как России удается встроиться в общий тренд, «Эксперту С-З» рассказал руководитель лаборатории молекулярной эндокринологии Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН доктор биологических наук Александр Шпаков.

Таргетированное воздействие

– Почему в мире столь популярны биотехнологии?

– Наверное, следует начать с геномики – науки о генах. Геномику не надо путать с генетикой: генетика изучает сами гены, по большей части их классифицирует, а геномика – более обширное понятие. Самое значимое научное открытие последних десяти лет – расшифровка «мусорной ДНК». Известно, что вся ДНК – это 3 млрд нуклеотидов, при этом кодируют информацию только гены, составляющие чуть меньше 5%, а 95% – по большому счету, непонятно что, поэтому их называют «мусорными ДНК». Это, кстати, касается не только человека: и у обезьяны, и у мухи дрозофилы 90-95% ДНК – «мусорные». Так вот, величайшее достижение – это как раз анализ всей ДНК в целом, включая и некодирующую ее часть. И стало понятно: ген – это как файл на компьютере, который не будет работать, если нет некой операционной системы. А «мусорная ДНК» и есть та самая система. Мы стоим на пороге полного понимания того, как она работает. И понятно, что это дает: поняв до конца, как функционирует система, люди смогут ею управлять. Например, включать те гены, которые необходимо.

Есть другие, не менее важные области биотехнологий – протеомика и липидомика, науки о белках и жирах. В чем суть, например, протеомики. Гены хранят информацию, но сами не воздействуют на организм. Ген кодирует белок, определяющий функционирование всех процессов в организме. При этом по каждому процессу белок имеет различную трансформацию. Например, фермент аденилатциклаза. В организме она сначала синтезируется в неактивной форме, и только после многоступенчатой модификации превращается в активную, которая и выполняет всю ту работу, которую ей положено. Если в процессе ее модификации возникли ошибки, это приведет к различным заболеваниям.

Ученые суммировали все знания о белках, составили многомерную карту, чтобы посмотреть, как они себя ведут при различных заболеваниях (труд, конечно, колоссальный: белков в общей сложности 20-25 тыс.). Взяли тысячу здоровых людей, чтобы оценить, как эти белки выглядят, когда все в порядке. Потом исследовали больных диабетом, посмотрели, как у них меняются белки, взяли страдающих болезнью Альцгеймера и т.д. В итоге обнаружили, что при разных заболеваниях существуют вполне конкретные специфические состояния белков и даже на каждой стадии болезни набор разный.

Это дает фантастическую диагностику. Человек сдает каплю крови, и по этой капле создается карта белков, по которой можно определить, чем болеет человек в данный момент (причем это может быть не одно заболевание), а также чем он болел раньше и даже чем скоро заболеет. Геномика дает понимание, какие возможности есть у того или иного биологического вида, в том числе человека, а протеомика – знания, как они реализуются. Вместе геномика и протеомика – очень мощный инструмент, поэтому все крупные инвесторы и перебрасывают деньги в данные направления.

– То есть проекты популярны и даже приносят прибыль, потому что обещают изменить лечение человека?

– Конечно, современная фармакология – главный двигатель того, что называют биотехнологиями. С развитием геномики и протеомики она оказалась на пороге настоящей революции. Сейчас меняется тактика фармакологии. Потому что появилась возможность четко выявить все ключевые этапы болезни и создать препараты, ориентированные на них. Что более важно, есть возможность создавать препараты, которые будут воздействовать максимально адресно, или, как говорят, таргетированно.

Когда мы принимаем лекарства, то зачастую берем их в дозах, в 10 и 20 тыс. раз превышающих уровень, необходимый, чтобы запустить некий процесс. Потому что не можем доставить лекарство четко по адресу. Классическая ситуация: человек заболел мигренью – бежит и покупает специализированное лекарство, действующее на тот тип рецепторов, которые позволяют мигрень убрать, и его вводит. Но в малых концентрациях это вещество неэффективно, поскольку распространяется на весь организм, а в больших – оказывает влияние и на другие типы рецепторов. Мигрень проходит, но у человека возникает тахикардия и масса других побочных эффектов. То есть лекарство само по себе неплохое, но из-за того, что потребляется в огромных количествах, не только лечит, но и вредит.

Как раз сейчас начинает активно развиваться очень интересное направление, которое можно назвать молекулярной фармакологией. Создаются специальные конструкции, позволяющие веществу попасть в конкретный орган, ткань или даже в определенный тип клеток. При этом концентрация лекарства может быть в тысячи раз меньше и успех гарантирован. Есть и другой путь. Можно вообще сделать лекарство встроенным: взять кусочек гена, встроить в геном клетки (это уже известная технология), и лекарство будет вырабатываться в самой клетке.

Работа вопреки

– Как быстро растет число исследований в данной области?

– Есть такой очень мощный ресурс – Национальный центр биотехнологической информации (NCBI). Все значимые публикации, затрагивающие темы биотехнологии, там выложены (статьи из физических, химических, биологических и даже математических журналов) – более 20 млн статей. Десять лет назад их было меньше 7 млн. То есть в год выходит более 1 млн статей, затрагивающих проблемы биотехнологии, и это только в рецензируемых журналах. Есть также огромное количество журналов, статьи из которых в NCBI не попадают, потому что не соответствуют его высоким критериям.

Если взять информацию о свойствах того, что изучают биотехнологии, получится еще более впечатляющая картина. Те же десять лет назад структур генов и белков в Генетическом банке было менее 50 тыс., сейчас – несколько миллионов. Таким образом, знания о белках и генах растут в геометрической прогрессии.

– Каков вклад России в развитие биотехнологий?

– Наш вклад посмотреть просто. В каталоге NCBI почти 79 тыс. статей, написанных учеными из России. Это за все время, а, например, в 2009 году у нас 13 тыс. публикаций. Для сравнения можно посмотреть вклад Китая – страны, которая догоняет лидеров в сфере исследований в области биотехнологий. Китай за 2009 год пополнил базу NCBI на 109 тыс. публикаций. Вот такое соотношение.

– С чем связано такое отставание?

– Развитие биотехнологий требует серьезных вложений, в первую очередь – в оборудование. Чтобы оснастить одну лабораторию, нужен электронный микроскоп (300 тыс. долларов), хороший масс-спектрометр (150 тыс. долларов), как минимум три хроматографа (по 50 тыс. долларов), секвенаторы, анализаторы и т.д., в том числе реагенты. То есть нормальной лаборатории необходимо финансирование 2-2,5 млн долларов в год. Сомневаюсь, что хотя бы один институт в России получает такое большое финансирование.

Чтобы был понятен масштаб проблемы, могу привести пару конкретных примеров. В 1989 году, когда я пришел в наш институт, в нем было 17 центрифуг, сейчас – две. В Институте высокомолекулярных соединений РАН в начале 1990-х годов работало порядка полусотни хроматографов, сейчас – десять. Допустим, нет денег на новые приборы. Но у нас нет и возможности достать старые. У немцев и шведов очень жесткие требования по срокам эксплуатации оборудования: пять лет прошло – прибор надо заменить, а он в рабочем состоянии. Вот поляки этим пользуются: пригоняют гигантские паромы в Швецию и все старое, но еще работающее оборудование вывозят. А нам так не сделать: таможня не пустит или пошлины такие, что не потянуть.

Фантастическая гибкость

– Как же вы работаете, совершаете открытия? Ведь я знаю, что у вас есть публикации в рецензируемых журналах…

– Так и работаем. В том же Институте высокомолекулярных соединений нашлись Кулибины, собрали из бутылочек и трубок необходимый пептидный синтезатор. Но это не решение проблемы. Поэтому в результате мы работаем по максимально широкому спектру исследований и готовы быстро переключиться с одного направления на другое.

Вот у меня в лаборатории нет радиоактивных изотопов, их только к лету доставят, поэтому занимаемся диабетическими моделями (это медицинские эксперименты). Потом изотопы появятся – оставим крыс (к тому времени мы должны закончить с ними). Осенью приходят антитела. Периодически бывает, кто-то что-то достает, привозит. Если это случается, сразу меняем направление исследований. У нас фантастическая гибкость, и это иногда позволяет делать интересные и значимые открытия. Несколько лет назад мы разработали так называемую пептидную стратегию, и она уже получила признание в мире. Но провести узкое исследование, создать конкретный препарат, когда так работаешь, очень сложно, на это уходит непозволительно много времени.

– Наверное, поэтому ученые уезжают: и денег нет, и работать не на чем?

– Нет, уезжают не поэтому. Это неправда, что уезжают в первую очередь из-за того, что там больше платят. И не потому, что там легче работать, есть все необходимое оборудование и реагенты. Уезжают потому, что понимают: никому они здесь не нужны. С этого можно начинать и этим можно заканчивать любое обсуждение проблем российской науки. Полная невостребованность научного знания. Любое исследование требует многолетних усилий со стороны государства, научного учреждения. Этого нет, мы годами сидим без средств. Зато вдруг приходят со словами: «Мы готовы вам выделить деньги, но результат нужен через год». Все отказываются: за год-два невозможно провести серьезное исследование и дать результат. И звучат ответные реплики: мол, все наши ученые – лентяи, им дают деньги, а они ничего не могут.   

Санкт-Петербург