Немногие знают, но белки – основные молекулы в организме человека. Именно они выполняют все биологические функции: защитную, строительную, транспортную – словом, делают все необходимое для нашего хорошего самочувствия. Следовательно, если рутинная деятельность белка нарушается, человек заболевает. При изучении механизмов развития какого-либо заболевания, ученые должны в первую очередь хорошо разбираться в протеомике – науке о белках – и обладать знаниями о строении белков, их функционировании и причинах нарушения этого процесса.
Подробнее о современной протеомике нам рассказал один из участников Девятой международной научной конференции по биоинформатике Владимир Александрович Иванисенко, заведующий лабораторией компьютерной протеомики ИЦиГ СО РАН.
«Много лет назад ученые выяснили, что появление некоторых заболеваний связано с инфекционными агентами, поэтому исследования были посвящены созданию лекарств, которые подавляли бы эти микробы, микроорганизмы, вирусы. В итоге были получены лекарства – антибиотики. Однако к антибиотикам, как известно, иногда появляется устойчивость. Врачи рекомендуют завершать курс лечения именно по этой причине: необходимо подавить все бактерии, в противном случае «выжившие» могут попасть во внешнюю среду, заразить другого человека, который уже не будет восприимчив к данному виду препаратов.
В ходе исследований ученые столкнулись с тем, что микроорганизмы вырабатывают устойчивость к лекарствам. В этом заключается основная проблема таких заболеваний, как гепатит С и СПИД. Вирус СПИДа очень быстро мутирует, меняет геном, все время происходит селекция мутантных вирусов, убить которые лекарство уже не может. С этой проблемой и связана наша работа: мы пытаемся понять, каким образом происходит развитие вирусной инфекции: как вирус развивается в клетке, как нарушает ее работу и вызывает патологию и, соответственно, каким образом с ним бороться.
Одно из современных направлений в данной области изучает возможности воздействия на человеческие белки, которые помогают развитию вирусов. Так, геном вируса гепатита С кодирует 10 белков, в то время как у человека их количество до сих пор точно неизвестно, поскольку полная инвентаризация еще не завершена, но по предварительным оценкам это число превышает 2 миллиона. Вирус использует «хозяйские» белки, чтобы синтезировать, воспроизводить собственный геном. Когда вирус попадает в клетку, она помогает ему: начинает размножать вирус, синтезирует необходимые ему белки.
Получается, что вирус использует ресурсы клетки, он может выключить определенные биологические процессы, оставив только те, которые ему выгодны. Если мы научимся влиять на те человеческие факторы, которые помогают вирусу развиваться и размножаться уже в клетке, то мы остановим заболевание.
На человеческие белки можно воздействовать лекарствами, не опасаясь, что геном человека промутирует и станет устойчивым к этому препарату. Геном человека стабилен, в нем нет селекции, а вирус размножается с огромной скоростью, изменяясь в каждом поколении, что усложняет процесс лечения или даже делает его невозможным».
Как отмечает Владимир Александрович, в этом методе тоже есть некоторые сложные моменты. Если вирус чувствует, что регулировать человека через биологические системы не удается, то он начинает искать новые пути воздействия. Но этот процесс довольно продолжительный, к тому моменту человек уже успеет вылечиться. Все время идет война вооружений, как между настоящими государствами: одно нападает, другое защищается.
«Безусловно, наша лаборатория не единственная занимается данной темой. Мы сотрудничаем с коллегами из многих российских городов, а также из Германии, Франции, Кипра, Израиля и других стран. Основной нашей задачей является моделирование: мы воссоздаем генные сети, моделируем принцип воздействия вируса на системы человека и смотрим, что с ними происходит: блокирует ли вирус работу белка или активирует, как ведет себя клетка. Это такой электронный пациент, с помощью которого мы проверяем, будет ли вирус эффективно подавляться, если воздействовать конкретным препаратом на систему».
Еще одно исследование в области протеомики, проводимое совместно с Институтом медико-биологических проблем Российской Академии Наук, связано с космонавтикой. В сотрудничестве с профессором Лариной Ириной Михайловной из ИМБП РАН новосибирскими учеными активно исследуются молекулярные механизмы адаптации человека к космическим полетам.
Например, в ходе проекта «Марс-500» был сымитирован полет на Марс. Участники эксперимента 105 дней жили в определенных условиях, следовали диете, а специалисты наблюдали за биологическими процессами, которые задействованы при таких больших нагрузках на человеческий организм. Были взяты пробы биологических жидкостей, измерена динамика протеома, что позволило выяснить ключевые изменения биологических процессов, происходящих в организме человека в экстремальных условиях продолжительного космического полета.
«Все данные исследования проводятся, чтобы в итоге мы могли создать карту молекулярно-генетических взаимодействий в организме человека, проходящих с участием белков. Однако здесь необходимо использовать специфические компьютерные методы анализа. Например, автоматический анализ научных публикаций, в частности, экстрагирование знаний. Функции белков реализуются через контакты друг с другом, но, поскольку их больше 150 тысяч в нашем организме, существует необозримое количество комбинаций белков между собой. Вся информация об известных взаимодействиях белков есть в научных статьях, но уже в данный момент существует более 20 миллионов публикаций. Естественно, что такой объем ни один человек не в состоянии осилить. Наша автоматическая программа сама «читает статьи», извлекает необходимую информацию и строит молекулярно-генетические сети, где обозначены все возможные взаимодействия, комбинации и комплексы белков».
Маргарита Артеменко
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии