Знание-сила, 2000 №10

Метилирование, а также другие способы, которыми природа меняет активность генов, меняя лежащие рядом с ними регулировочные участки, стали предметом изучения новой «постгеномной» дисциплины – эпигенетики (от греческого «эпи» – рядом, около). Ее развитие тоже будет одним из основных направлений биологического поиска в ближайшие десятилетия. Об этом говорит хотя бы тот факт, что в декабре 1999 года большая группа ведущих европейских научных центров объединила свои усилия для создания Европейского эпигенетического консорциума, задачей которого будет выявление четырехсот тысяч участков генома, подвергающихся метилированию, и анализ различных его вариаций.

Однако многие сторонники «постгеномного» подхода в сегодняшней биологии считают, что выяснение функций различных генов должно идти не по пути изучения эпигенетики, снипсов и тому подобного, а по линии так называемой протеомики, то есть изучения белков (протеинов), производимых этими генами. Ведь в конечном счете именно белки, а не гены, говорят эти биологи, ответственны за все процессы, идущие в организме. Белки намного меньше по размеру и проще по составу, и их автоматизированное исследование уже разработано до такой степени, что сегодня можно идентифицировать до сотни различных белков в течение какой-нибудь одной недели. Тем не менее для амбициозных целей «протеомистов» этого далеко не достаточно. По их убеждению, необходимо развернуть намного более скоростное и массовое выявление, отождествление и изучение белков, но для этого необходимо радикально усовершенствовать устаревшие (20-летней давности) методы электрофореза. Сегодня, например, эти методы не позволяют выловить из клеточной протоплазмы гидрофобные (отталкивающие воду) белки. Но гидрофобными белками являются, в частности, все белки-реиепторы, пронизывающие мембрану клетки, а между тем именно эти рецепторы – самые важные мишени при разработке лекарств.

Однако на пути протеомики существуют и принципиальные трудности. Работа белков, как и работа генов, тоже зависит от многих факторов, и прежде всего от их пространственной структуры, а эта структура намного сложнее пространственной структуры генов: как пишет американский биолог Роберг Поллак, «гены – это линейный текст, а белки – трехмерная скульптура». Вдобавок в живой клетке форма белков может динамически меняться, что превращает их в подобие еще более сложной, «кинетической» скульптуры. Поэтому перспективы создания «каталога протеинов» еще более далеки, чем перспективы создания упомянутых выше каталогов генов, снипсов или вариаций метилирования. Учитывая эти трудности, «транскриптомисты», в свою очередь, утверждают, что оптимальный путь изучения работы генов состоит в изучении промежуточного продукта между генами и белками, а именно – тех небольших молекул («информационная РНК»), которые переносят инструкцию на создание того или иного белка от его гена к «внутриклеточным машинам» по производству белков («рибосомам»). Процесс переписывания такой инструкции с гена на РНК называется в биологии «транскрипцией», в силу чего этот подход и получил название «транскриптомики».

Работающий геном производит одновременно множество различных РНК, и транскриптомисты видят свою задачу в выявлении и расшифровке всех этих молекул. Решение такой задачи позволит выявить все работающие в данный момент гены, поскольку состав любой РНК является «химически дополнительным» к тому гену, с которого она транскрибирована; они с геном составляют, грубо говоря, «ключ» и «замок».

«Транскриптомистов» вдохновляет тот факт, что технология автоматического вылавливания и опознания этих РНК уже существует. Разработанная в последние годы несколькими американскими фирмами, она основана на так называемых биочипсах – небольших пластинках с подвешенными к ним короткими отрезками ДНК. Каждый такой отрезок извлечен из уже расшифрованных генов и является той «матрицей», с которой идет транскрипция какой-то определенной РНК. Когда эти свисающие с пластинки отрезки ДНК погружаются в раствор (в протоплазму, извлеченную из клетки в какой-то момент ее жизни), к каждому из них прилипает «его» РНК, и исследователю остается лишь извлечь чипе из раствора и проанализировать состав всех налипших на него РНК (предварительно «размножив», если нужно, ее количество с помощью так называемой полимеразной цепной реакции), но и это сегодня уже делается автоматически.