Разгребатели генетического мусора

«Чего греха таить: половина, ну если не половина, то процентов сорок учёных в биологических лабораториях всего мира ломает голову над тем, как победить рак», – говорит сотрудник Института систем информатики им. А.П. Ершова СО РАН, соучредитель и директор компании «Новые программные системы» Дмитрий Штокало. Ему и его коллегам из США и Франции удалось, возможно, ближе всех подойти к решению этой глобальной задачи. Они нашли участки в ДНК, воздействие на которые приводит к гибели раковых клеток.

И это ещё не всё. Эти учёные раскрыли функции дополнительных 10% ДНК в геноме. Что это значит для мировой науки, судите сами: до 98% ДНК генома считалось «мусором».

Другими словами, научная общественность полагала, что только 2% ДНК выполняет важную функцию; биологическая значимость остальной части ДНК оставалась под сомнением.

В 2012 году международный консорциум ENCODE представил результаты своих исследований: до 80% генома человека является биологически активной материей с неизвестной функцией, или так называемой тёмной материей. Веские доказательства её биологической значимости оставались перспективой будущего. Как оказалось, совсем недалёкого.

Неслучайное событие

На протяжении шести десятков лет учёные всего мира ступенька за ступенькой поднимаются по самой неизведанной «винтовой лестнице» – двойной спирали ДНК. «Подъём» по ней стал возможен благодаря биологам Фрэнсису Крику и Джеймсу Уотсону и биофизикам Морису Уилкинсу и Розалинде Франклин: в 1953 году их усилиями свершилось революционное открытие структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Спустя 50 лет, в 2003-м генетическая информация человека была прочитана.

«Люди преисполнились оптимизмом: ага! вот теперь-то мы поймём, как работает клетка, узнаем, в чём причины болезней, начнём побеждать неизлечимые рак, гепатит, туберкулёз... Однако лет через пять оптимизм поугас. ДНК-то прочитали, а что дальше с этим делать? Понять, как код ДНК работает, очень трудно. Как всегда, оказалось, что природа гораздо сложнее, чем мы думаем», – выносит вердикт Дмитрий Штокало.

Разгребание генетического мусора началось для него с изучения нового класса РНК, который три года назад открыл русскоговорящий американец, известный в мире специалист по исследованию «тёмной материи» ДНК Филипп Капранов, работающий в Институте Сен-Лорен (штат Род-Айленд, США).

Vlinc-РНК («влинки») – такое название получили обнаруженные им молекулы рибонуклеиновых кислот: very long intergenic noncoding – «очень длинные межгенные некодирующие». Цепи, из которых состоят эти РНК, значительно длиннее, чем у открытых годом ранее linc-РНК, поэтому появилось дополнение «very» – «очень».

До исследований Капранова vlinc-РНК, считались мусорными – не несут информацию о белках. Однако учёный установил, что они выполняют некую регуляторную работу.

Бороться и искать, найти и понять

На познании того, как активируются vlinc-РНК, учёные не остановились: решили изучить их поведение.

Американская сторона сделала ставку на новую технологию секвенирования Helicos, в создании которой принимали участие выходцы из СССР, в том числе вышеупомянутый Филипп Капранов. Были исследованы РНК нормальных и раковых клеток. Из базы консорциума ENCODE подняли результаты секвенирования РНК нормальных, раковых и стволовых клеток.

«В ENCODE проводили секвенирование на другой машине – Illumina, по отличной от нашей технологии, и интересно, что результат оказался устойчив, – объясняет мой собеседник, под машиной имея в виду секвенатор. – В тканях, одинаковых и у них, и у нас, мы нашли одни и те же vlinc-РНК. Это подтверждает, что мы нашли не что попало».

Следующим этапом исследования стал подсчёт «влинков». Взяли нормальные, раковые и стволовые клетки. Посчитали, в каких клетках vlinc-РНК больше и в каких они более всего связаны, или, как говорит Штокало, ассоциированы, с промоторами вирусов.

Во всех проанализированных тканях учёные обнаружили «влинки» и убедились в том, что в раковых и стволовых клетках их больше, чем в нормальных. То есть чем сильнее «раковость» клетки, тем интенсивнее нарабатываются vlinc-РНК. В клетках нормальной ткани их концентрация заметно ниже.

Запрограммировать смерть

Что было дальше? Команда новосибирских математиков-программистов и учёные, представляющие университеты и научные институты США и Франции, принялись изучать биологические возможности, связанные с vlinc-РНК. Пожалуй, самым главным этапом исследования стал очередной эксперимент, в ходе которого учёные ингибировали, то есть заблокировали, некоторые виды vlinc-РНК в раковых клетках. И тогда раковые клетки покончили жизнь самоубийством! По-научному это называется апоптозом.

«Апоптоз, запрограммированная смерть клетки, – это очень инертный процесс. Чтобы его запустить, нужны серьёзные изменения, как правило, в области белков. А здесь мы воздействуем только на один вид РНК, не кодирующий белок, – и клетка уходит в апоптоз», – не скрывает своего удивления Дмитрий Штокало.

Называть Дмитрия математиком, конечно, справедливо, но не совсем точно. Он представляет молодую отрасль науки, в России ещё не всем понятную, а многим и вовсе неизвестную: имя ей – биоинформатика. «Это применение математики для решения биологических, генетических задач», – Дмитрий даёт ёмкое определение непопулярной в России науке, в последние десять лет являющейся престижной высокооплачиваемой профессией на Западе.

Сегодня команда Дмитрия Штокало продолжает развивать математический аппарат, чтобы извлекать полезное знание из экспериментальных данных, а их в современном мире очень много. Пока гораздо больше, нежели эффективных математических методов, с помощью которых их можно обработать, а обработав – понять.

Казарина Галина

Фото сайта http://www.strf.ru/