Как мы же сообщали ранее, 6-11 июля этого года в новосибирском Академгородке состоялась очередная, 15-я по счету Международная мультиконференция «Биоинформатика регуляции и структуры геномов/системная биология» (BGRS/SB – 2026). Примечательным моментом на этот раз стало то, что в данном мероприятии приняли участие «знаковые» представители биологической науки – «знаковые» в том смысле, что их работа приближает нас к принципиально новому пониманию сущности живой материи, а если шире – к новому пониманию самого феномена жизни.
Таким участником, бесспорно, является академик РАН Вадим Маркович Говорун – ученый с мировым именем, возглавляющий ФБУН НИИ системной биологии и медицины Роспотребнадзора. Его пленарный доклад был посвящен концепции «минимальной клетки», которая напрямую затрагивает фундаментальные вопросы системной биологии. Вокруг этой темы давно уже ведется оживленная дискуссия на мировом уровне, и наши ученые играют здесь далеко не последнюю роль. Несмотря на то, что в эту полемику включены профессиональные биологи высочайшего класса, мы не можем обойти ее стороной ввиду того, что она затрагивает очень важные мировоззренческие проблемы. Фактически, полемика разворачивается на стыке естествознания и философии. И как раз философские аспекты дискуссии для нас крайне интересны.
Напомним, что концепция «минимальной клетки» (Minimal Cell) развивалась мировым научным сообществом где-то с середины прошлого века. В данном случае речь идет о живом организме с минимальным «набором» компонентов, необходимых для функционирования живой системы. Первые теоретические вопросы на эту тему были подняты американскими биофизиками еще в 1940-50-е годы. С определенных пор в их поле зрения попали микоплазмы – одноклеточные бактерии, не имеющие клеточной стенки. Из-за этой особенности они занимают промежуточное положение между бактериями, вирусами и грибами. Несколько видов таких микоплазм паразитируют в организме человека. Отсутствие оболочки делает их неуязвимыми для многих привычных антибиотиков, которые уничтожают бактерии, разрушая их клеточную стенку.
Именно микоплазма стала главным естественным прообразом минимальной клетки, поскольку обладает самым маленьким геномом среди всех самовоспроизводящихся организмов, живущих на Земле. В 1984 году американский биофизик Гарольд Моровиц назвал микоплазмы «атомом водорода для биологии». В данном случае он провел параллель с периодической таблицей химических элементов, где первое место занимает атом водорода, дающий некое базовое представление об устройстве атома как такового. По мысли Моровица, микоплазма может служить такой же базовой моделью для определения «минимальных» принципов жизни.
Чтобы было понятно: кишечная палочка имеет более четырех тысяч генов, геном человека – более 20 тысяч. Тогда как бактерия Micoplasma genitalium обходится всего 482-мя генами, что совсем не мешает ей жить и прекрасно приспосабливаться к внешним условиям. Изучая эти бактерии, ученые пришли к выводу, что если убрать из микоплазмы еще некоторую часть генов, то можно будет экспериментально нащупать своего рода «границу жизни», то есть выявить минимальный «генетический чертеж» живого организма.
С началом секвенирования геномов бактерий в 1995 году команда Крейга Вентера из американского Института JCVI начала осуществлять математический анализ, чтобы выявить такой «минимальный геном». В 2010 году они начали предметную работу по созданию синтетической минимальной бактерии и в 2016 году представили результат своей работы – полностью искусственную минимальную клетку, геном которой состоял из 473-х генов. Это был самый маленький генетический код живого организма, созданного в лабораторных условиях.
Казалось бы, американские ученые совершили небывалый прорыв. Однако к данному эксперименту со стороны других ученых-генетиков возникло много вопросов. Так, функции примерно 30% генов, без которых искусственная «минимальная клетка» не могла жить, до сих пор остаются совершенно непонятными для ученых. Это означает, ни много, ни мало, что современная наука до сих пор не до конца понимает даже базовые механизмы поддержания простейших форм жизни. Команда Вентера, осуществляя химический синтез ДНК минимальной клетки, нашла идеальный баланс не столько с помощью предварительных вычислений, сколько чисто эмпирическим путем (то есть методом проб и ошибок), создав для этого сотни комбинаций генов - до тех пор, пока не появился жизнеспособный вариант.
Российская школа системной биологии (включая школу академика Вадима Говоруна) предложила альтернативный взгляд на проблему минимальной клетки. Технический триумф команды Вентера вполне справедливо был поставлен под сомнение в силу особенностей используемой методологии и ее философского основания. Данный подход к проблеме жизни был назван «технократическим» и «редукционистским», который на самом деле уводит от истинного понимания принципов организации живой клетки.
По мнению российских ученых, Вентер осуществил подмену понятий: он синтезировал не живую клетку, а ДНК, вставив ее подобно «генетической флэш-карте» в готовую живую цитоплазму родственной бактерии-реципиента. То есть вся сложнейшая белковая система, включая мембраны и рибосомы, были взяты из природы. Без живой клетки-хозяина синтетическая ДНК Вентера так и осталась бы мертвым химическим полимером. Подлинное создание «искусственной жизни» предполагает сборку клетки буквально с нуля, вместе с созданием метаболических систем и мембран.
Откуда такое расхождение во взглядах на проблему? Здесь как раз затрагиваются вопросы мировоззренческого плана. Подход команды Вентера основывается на механистическом принципе: «если система может работать без какой-то детали, значит эта деталь – лишняя». Российские биологи, в том числе – Вадим Говорун, критикуют такой подход за слепое перенесение законов инженерного конструирования на живую материю. С их точки зрения живая клетка – это не есть аналог радиоприемника. Эволюция микоплазм, считают они, шла не по пути выбрасывания «ненужных деталей», а по пути создания динамической пластичности. Вентер, удалив в лабораторных условиях «лишние» (как он считал) гены, создал на самом деле биологического инвалида, неспособного адаптироваться к малейшим изменениям среды обитания или стрессам.
Команда Вентера эмпирически установила, что микоплазма гибнет в случае удаления 149 конкретных генов, но почему так происходит, объяснить не смогла. По мнению российских ученых, американские экспериментаторы зашли в этот тупик потому, что в силу редукционистских убеждений рассматривали гены как изолированные «кирпичики». Что касается российской школы, то она делает упор на взаимодействии всех белковых компонентов в системе живого организма. Поэтому наши ученые считают, что непонимание почти трети генома клетки, объявленной «минимальной», является методологическим тупиком.
Для российских генетиков концепция «минимальной клетки» не сводится к поиску химического лимита ДНК. Она направлена на поиск фундаментальных законов организации живой материи. По убеждению наших ученых, секрет жизни кроется не в минимальном количестве нуклеотидов, а в системных (и пока еще плохо изученных) принципах взаимодействия молекул внутри клетки.
Поэтому, пока команда Крейга Вентера занималась механическим урезанием ДНК, российская школа системной биологии под руководством Вадима Говоруна разрабатывала метод комплексного изучения данных из разных «слоев» молекулярной информации организма (так называемый «мультиомиксный анализ» природных моделей). Такой подход позволяет увидеть целостную картину происходящего в клетке или в организме – от «генетического чертежа» до финального обмена веществ.
В отличие от «минимальной клетки» Вентера, оказавшейся на практике весьма дорогостоящим лабораторным артефактом, российские исследования микоплазм как «минимальных» систем дали мощный толчок для развития прикладной медицины и биотехнологий. В частности, метагеномные исследования микробиоты кишечника под руководством академика Говоруна формируют основу для трансляционной и персонализированной медицины в нашей стране. Эта тема достаточно объемная и сложная сама по себе, а многие ее аспекты понятны только специалистам.
Тем не менее, совершенно очевидно, что важные практические результаты, полученные нашими учеными-биологами, четко увязаны с их мировоззренческим фундаментом, точнее, с той парадигмой, в рамках которой изучается живая материя. К примеру, для команды Вентера жизнь клетки определяется жестким линейным кодом ДНК (инструкцией). Российские биологи рассматривают клетку как динамическую систему, жизнь которой определяется нелинейной сетью физико-химических процессов и самоорганизацией. Как отметил сам академик Говорун в своем выступлении, жизнь – инвариантна, и самое тяжелое для науки – понять, что она возникает по-разному, вне определенных химических реакций.
И что самое удивительное: концепция «минимальной клетки» ведет к смене парадигмы для биологов. Но, как это ни парадоксально, в этом видится возвращение к старым биологическим традициям.
Николай Нестеров
Фото - из архива ИЦиГ СО РАН
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии