Знание-сила, 1999 № 04

Параллельно с расшифровкой генома человека будет раскрыто устройство геномов еще многих десятков бактерий, что позволит не только понять, как возникли бактерии, как они эволюционировали, но и создать новые направления в фармакологии (науке о лекарствах) и в биотехнологии, которая использует микробы как живые фабрики по производству многих важнейших биопродуктов (антибиотики, аминокислоты, витамины, гормоны и многое другое).

Знание всей структуры генома неизбежно сместит интересы исследователей к изучению роли разных генов в жизни клетки, а значит, к изучению белков – основных продуктов, информация о структуре которых записана в геноме. Поэтому на смену геномике структурной постепенно придет геномика функциональная, в которой главное место будут занимать белки, их каталитическая активность, регуляция их функций, взаимодействие с другими белками.

Если сейчас на знамени геномики написаны три буквы – ДНК, то уже через несколько лет к ним обязательно добавится новое ключевое слово «белок», так как общее число разных белков в клетках лишь немногим меньше, чем число генов.

Характерно, что те группы исследователей (их было несколько десятков коллективов в разных странах мира, в основном в Европе), которые сумели раскрыть структуру генома дрожжей, сейчас предложили идею нового международного проекта, который коротко называется «протеом» от слова «протеин» (белок) по созвучию со словом «геном». Протеомный проект, который сейчас обсуждается, ставит своей конечной целью установить все белок-белковые взаимодействия, которые существуют в живой дрожжевой клетке. Это совершенно грандиозная задача, если учесть, что в клетке дрожжей одновременно присутствуют несколько тысяч белков, причем каждый из них может вступать во взаимодействие еще с несколькими другими белками. Уже создан поразительный метод, который позволяет расшифровать контакты любых белков внутри дрожжевых клеток. При этом можно изучать как дрожжевые белки, так и любые другие, например белки, выделенные из клеток человека.

Геном человека: 200 томов по 1000 страниц

Почему так важно изучить белок-бел ко вые взаимодействия? Дело в том, что большинство белков – это ферменты (биологические катализаторы), которые превращают в клетке одни соединения в другие. Естественно, что так как ферментов великое множество, как и субстратов (веществ, на которые воздействуют ферменты), то для клетки в высшей степени важно координировать работу внутриклеточных ферментов.

Это достигается главным образом через белок-белковые контакты. Например, известно, что данный фермент не работает, если он не присоединил к себе фосфатные группы. Фосфорилирование достигается действием другого фермента, который в свою очередь тоже регулируется через фосфорилирование-дефосфорилирование. В клетке есть сотни киназ и фосфатаз (так называемые ферменты, которые соответственно фосфорилируют и дефосфорилируют другие белки), и их действие осуществляется через связывание с другими белками.

Знание структуры всех генов и кодированных ими белков совсем не равнозначно тому, что мы знаем, для чего они нужны клетке. Эпоха геномики будет постепенно сменяться эпохой протеомики, где на первый план выйдет проблема регуляции взаимодействий между целыми группами белков. Когда мы работаем с одним белком в пробирке, то экспериментатор постоянно контролирует ситуацию: он может задать температуру, концентрацию, состав окружающего белок раствора и т.д.

В клетке ситуация несопоставимо сложнее, так как этот же самый белок в зависимости от условий (которые нам крайне трудно учесть или изменить) может вести себя совершенно по-разному. Поэтому интегральное изучение поведения и функций клеточных белков в живой клетке, что и является конечной целью протеомики, оказывается задачей сверхсложной. Она потребует не только новых технологий изучения живых систем, но и огромных информационных и математических достижений, так как ни одна наука еще не оперировала таким объемом разнородной информации.

Это – дело будущего* хотя и достаточно близкого. Но уже сейчас возникает буквально на наших глазах новая наука, которую условно называют фармакогеномикой (или фармакогенетикой). В этих названиях соединены, с одной стороны, гены или геномы, ас другой – наука о лекарствах. Как произошло такое объединение? Сейчас ни для кого уже не секрет, что огромное количество болезней, от которых страдает все живое (люди, животные, растения), имеет генетическую основу. Это означает, что возникновение и развитие этих заболеваний связано с повреждением или изменением функций одного, а чаще нескольких генов.