Затеянное властью «реформирование» российской науки уже вызвало у многих ассоциации с недоброй памяти временами «лысенковщины». Так что, возможно, отечественные генетики лучше многих представляют – во что может вылиться некомпетентное административное вмешательство в решение научных вопросов. И сколько усилий и лет потребуется потом на устранение его последствий. Новосибирскому Академгородку эта история особенно близка еще и потому, что возрождение генетики в нашей стране началось именно здесь.

Впервые после 1948 года руководство СССР официально признало генетику заслуживающим внимание научным направлением именно при организации Сибирского отделения Академии наук. Тогда в первом списке из 10 институтов новосибирского Академгородка значился и Институт цитологии и генетики.

Сегодня, полвека спустя, мы предлагаем вспомнить о некоторых страницах истории российской генетики вместе с академиком РАН Владимиром Константиновичем Шумным, возглавлявшим ИЦиГ в 1985-2008 гг.

Часть 1. Генетика на страже здоровья

Стараниями Лысенко «со товарищи» генетике на десятилетия был присвоен ярлык «продажной девки империализма», десятки выдающихся ученых пали жертвами репрессий. А уцелевшие – старались сберечь что можно из достижений знаменитых в   30-е годы ХХ века вавиловской, кольцовской и филипченковской школ. Им помогали и другие ученые нашей страны – биологи, химики, математики. Особую роль в восстановлении генетики сыграли физики-ядерщики во главе с Игорем Васильевичем Курчатовым.

- Страна создавала ядерное оружие, планировались первые атомные электростанции, – вспоминает Владимир Константинович. – Но в то время даже ученые плохо представляли себе, как радиация воздействует на человеческий организм, какие дозы излучения – смертельны, какие – просто опасны для здоровья. А самое главное – как последствия радиационного облучения скажутся на последующих поколениях. И заслуга Курчатова в том, что он убедил руководство страны: без генетики найти ответы на эти вопросы не получится.

Так радиационная генетика стала одним из главных направлений работы института с момента его создания. Тем более, первый его директор – Николай Петрович Дубинин – и раньше занимался этой темой в Институте биофизики. Возглавил лабораторию радиационной генетики  представитель ленинградской школы генетиков Юлий Яковлевич Керкис. В ней впервые был обнаружен дистанционный эффект радиации у млекопитающих. Тогда же удалось установить минимальную дозу облучения (10 рентген), которая способна вызвать мутации в клетках человека. В сентябре 1960 года эти данные были представлены Научному комитету ООН и легли в основу определения порога радиационной безопасности.

- Современный человек часто взаимодействует с радиационным излучением – во время полетов на самолете, прохождения рамок металлодетектора и т.п. И то, что эти контакты не ведут к болезням и мутациям – заслуга новосибирских генетиков, определивших пределы безопасного воздействия радиации на организм, – продолжает рассказ академик Шумный

Большое внимание группа Керкиса уделяла влиянию урбанизации на генетику человека. Проводилось широкое обследование больных Новосибирска и других сибирских городов, одновременно при ИЦиГ организовали курсы усовершенствования врачей по генетике человека (нельзя забывать, что многие из них учились в ту пору, когда генетику именовали исключительно «лженаукой» и теперь приходилось наверстывать упущенное).

В 1970-е годы лаборатория радиационной генетики развернула исследования по проблемам охраны окружающей среды. Было организовано несколько экспедиций на Байкал, доказавших, что стоки целлюлозно-бумажного комбината не только загрязняют воды крупнейшего озера в мире, но и вызывают мутации у его обитателей.

Еще одной важной задачей из области здравоохранения, поставленной перед коллективом Института цитологии и генетики, было создание препаратов для отечественной фармакологической промышленности.

Большую работу в этом направлении проделала лаборатория нуклеиновых кислот. Ее первым руководителем стал бывший военврач парашютно-десантного батальона, кандидат биологических наук  Рудольф Иосифович Салганик. Ныне он академик РАН, с 1994 года проживает в США. А тогда молодой ученый в первый же год работы лаборатории сделал смелое предположение, что специальные ферменты-нуклеазы могут задерживать размножение патогенных вирусов в организме человека и животных. Результатом работы его научной группы стало создание двух препаратов – ДНКаза и РНКаза, – ставших незаменимыми при лечении ряда вирусных заболеваний.

- Наш институт разрабатывал и фармакологию для военных, – отметил Владимир Константинович. – В конце 1970-х был создан противовоспалительный препарат для очистки ран «Иммозимаза». Особенно он востребован во время боевых действий в жарких странах, когда заражение ран происходит очень быстро. Вскоре началась война в Афганистане и мы снабжали им наших медиков. Сколько жизней спас наш препарат, точно не скажу, но у военврачей он пользовался большим уважением. Он и сегодня применяется в фармакологии, в частности на его основе изготавливается «Тромбовазин».

Конечно, этим работа новосибирских генетиков по защите здоровья человека не заканчивается. Много лет в ИЦиГ работала лаборатория генетики рака. В 1970 году было создано Специальное конструкторско-технологическое бюро биологически активных веществ, на базе которого также был создан ряд лекарственных препаратов. Немало достижений и у ряда других отделов и лабораторий, связанных с вопросами генетики человека. Даже простой перечень их научных работ займет немало места. Во многом все эти результаты получены и благодаря тому, что пятьдесят с лишним лет назад Игорь Васильевич Курчатов заявил о важности генетических исследований не только для науки, но и для обороноспособности страны. Благодаря настойчивости Михаила Алексеевича Лаврентьева, добившегося включения Института цитологии и генетики в «первую очередь» строящегося в Новосибирске Академгородка. И, конечно же, благодаря самоотверженному труду первых сотрудников Института, которые, преодолевая давление сторонников Лысенко (его, в частности, всегда поддерживал Хрущев), своими результатами добились «реабилитации» генетики в нашей стране.

Продолжение - Растениеводство в Сибири создавали ученики Вавилова

Георгий Батухтин

30 октября, в Законодательном собрании (ЗакС) в первом чтении был принят проект бюджета Новосибирской области на 2014 год. В предстоящем году дефицит бюджета составит 9,2 млрд рублей, а также сократится финансирование долгосрочной целевой программы развития Советского района, СО РАН и СО РАМН. На сессии регионального ЗакСа министр финансов Виталий Голубенко сообщил депутатам Заксобрания, что доходная часть бюджета на 2014 год планируется в размере 95,8 млрд рублей, а расходы областного бюджета планируются в сумме 105 млрд рублей.   Фракция КПРФ подвергла критике проект бюджета и отказалась поддержать его на голосовании. Впрочем, это не сыграло роли, т.к. большинство депутатов Заксобрания состоят во фракции «Единая Россия».  Один членов фракции «ЕР» академик Николай Похиленко в своем выступлении сообщил, что считает, что региону повезло с министром финансов. При этом он обратил внимание, что в бюджете 2014 года необоснованно уменьшено финансирование наукоемкого производства. В частности, Технопарку Новосибирского Академгородка выделено 75 млн рублей на проведение работ по отбору различного рода проектов. Кроме того, депутат высказался за увеличение финансирования целевой программы развития Советского района, которое, наряду с другими программами,  было сильно сокращено.   

«Энергоаудит» – словечко для нас относительно новое и непривычное. Еще лет десять назад мало кому приходило в голову, что жизнь заставит взглянуть на отопление домов по-европейски. Именно оттуда – из Европы – как раз и пришла к нам идея энергосбережения (странно, что не из Сибири в Европу, не так ли?). Долгое время мы не забивали свои головы такими вопросами. И как выясняется – напрасно.

Теперь государство утвердило новые строительные нормы и правила, в соответствии с которыми строящиеся дома будут классифицироваться в зависимости от уровня энергоэффективности. Выделяется три таких класса – класс С (нормальный), класс В (высокий) и класс А (очень высокий). Внутри каждого класса выделяются свои градации, например, В «плюс» и так далее. Самый высокий уровень обозначается как А «два плюс». Дом, соответствующий такому уровню, должен потреблять энергии на 50 – 60% меньше, чем нормальный дом класса С. Причем отметим, что сам по себе класс С – это не абы как. Здесь уровень энергоэффективности заложен выше, чем предусматривали старые советские СНиПы. Поэтому  класс А «два плюс» – очень заманчивая для нас перспектива, поскольку экономия здесь получается весьма и весьма приличная.

К сожалению,  российский потребитель пока еще, грубо говоря, голову над этими вопросами «не парит», чем вовсю пользуются застройщики, лепящие в массовом порядке дома, не вписывающиеся даже в класс С. Что будет потом, предугадать не сложно. Учитывая, что платить за тепло скоро будем по счетчикам, то в домах, не соответствующих принятым нормативам, эксплуатационные расходы больно ударят по карману жильцов (и будет им совсем не до кредитов).

Схожая картинка складывается в сегменте индивидуального жилья. Как мы знаем, многие граждане, выбираясь на землю, закладывают большие площади, не думая о том, во сколько им обойдется отопление. Потом, намаявшись вывозить тонны шлака, они начинают спешно продавать свои «навороченные» коттеджи (примеров тому – полно). Но со временем наивных простачков станет меньше, и немалое количество помпезных особнячков превратятся в неликвид.

Та же проблема вырисовывается и для старых домов советской постройки. Многие из них в установленную классификацию не вписываются, и для «подтягивания» их до нужного уровня потребуются определенные затратные мероприятия. И скоро перед жильцами встанет дилемма: либо по многу тратиться на отопление до конца своих дней, либо как-то снизить эти расходы, доведя свое жилище до приемлемого уровня. Возникает вопрос: а как это сделать, кто поможет подсказать верное решение?

Вот тут-то и вступает в свои права наша сибирская наука. Благо в Сибирском отделении РАН этими вопросами стали заниматься еще тогда, когда про энергоэффективность у нас и не рассуждали. Просто случилось так, что сотрудники Института теплофизики в далекие 1980-е сами подняли этот вопрос, задумавшись над тем, каким должен быть нормальный сибирский дом. И опыт теперь накоплен колоссальный. Осталось его только применить. И эти времена, похоже, настали.

В Институте теплофизики  работает целая лаборатория по проблемам энергосбережения, которая на сегодняшний день может оказывать полноценную услугу по энергоаудиту. Обратиться за услугой могут как отдельные граждане, живущие в собственных домах или собирающиеся построить дом, так и целые товарищества собственников жилья, проживающих в многоквартирном доме. Такую же услугу могут получить и девелоперы, нацеленные на европейское качество.

В настоящее время энергоаудит заказывают в основном владельцы крупных предприятий (это требуется по закону). Мероприятие оказывается недешевым, в силу чего от него под разными предлогами уклоняются. Дело в том, что некоторые организации, оказывающие такие услуги, пытаются на этом серьезно заработать. При этом – не предлагая каких-то доступных технических решений по исправлению ситуации. Взяли деньги – и довольно. А там собственник пусть сам ломает голову, что ему делать. Организация, конечно же, может дать некоторые рекомендации, но, как правило, многие из них в этом направлении – в направлении поиска технических решений – целенаправленной исследовательской работы не проводят. Посмотрели, замерили, подсчитали, выдали рекомендации – и до свидания. Если вам понадобится реконструкция – придется обращаться к другим специалистам, которые тоже вам выдадут нехилую смету.

Однако в нашем случае ситуация выглядит по-иному. Во-первых, речь идет о жилых домах. Во-вторых, энергоаудит осуществляет профильное академическое учреждение – Институт теплофизики СО РАН, специалисты которого не только в состоянии осуществить необходимую «диагностику», но и предложить оптимальные пути повышения энергоэффективности, опираясь на собственные же разработки, сделанные специально для наших сибирских условий. Именно для наших, сибирских! Ведь как раз на это было потрачено более двадцати лет работы.

Сегодня, как говорит ведущий специалист лаборатории проблем энергосбережения и руководитель проекта «Экодом» Игорь Огородников, существуют технологии, позволяющие без серьезных затрат перевести дом из класса С в класс А «два плюс». В первую очередь речь идет об индивидуальных домах. Здесь даже простейшая рекомендация специалиста может привести к серьезным улучшениям. Ведь многие граждане, к сожалению, строят свои дома, мягко говоря, безграмотно (именно с точки зрения теплофизики). Самый плохой вариант, по мнению Игоря Огородникова, когда дом строится вообще без всякого проекта. Но и те, что запроектированы профессионалами, далеко не всегда отвечают требованиям к энергоэффективности.

Многие проектировщики до сих пор игнорируют данный вопрос, заостряя внимание на планировке, на эстетической выразительности, абсолютно игнорируя вопросы теплофизики. А ведь здесь важны даже незначительные, казалось бы, нюансы – ориентация дома на участке, расположение окон и дверей, размещение инженерного оборудования. Отдельный вопрос – использование материалов и технологий, которые также должны подчиняться указанным требованиям.

Таким образом, и построенные здания, и готовые проекты не мешало бы подвергнуть проверке со стороны специалиста по энергосбережению. Опытный спец даже с первого взгляда может выявить недостаток. К примеру, в доме отчего-то быстро падает температура, из-за чего приходится бесконечно разогревать котел. Владелец дома в таких случаях часто грешит на стеновой материал. А причина может заключаться в том, что дом продувается с северной стороны, где не обеспечена ветрозащита (а кто об этом у нас вообще думает?). Специалист устанавливает причину и рекомендует обеспечить ветрозащиту с помощью дополнительного небольшого слоя пенобетона (или с помощью специальных теплых панелей). И расчеты покажут, что эти затраты не идут в сравнение с ежегодными расходами на отопление.

Примеров таких может быть масса. Например, теплые ставни, закрываемые на ночь, дадут экономии больше, чем дополнительный слой утеплителя. Предложить такой вариант – опять же в компетенции специалиста Института теплофизики. Как считает Игорь Огородников, утепление стен имеет разумное ограничение. До бесконечности наращивать теплозащиту невозможно. Здесь есть установленный в ходе исследований оптимум. Дальше вступают в силу иные подходы. Скажем, установка рекуператоров и воздушно-солнечных коллекторов. Вот вам и переход из класса С в класс А «два плюс». По нашим временам – очень круто. Сколько все это будет стоить  – вопрос к специалистам Института теплофизики.

Олег Носков

МикроРНК, вездесущие и всемогущие: рак будет под контролем.

 «В 18-м столетии все найденные во Франции метеориты доставлялись в королевскую Академию наук. И её президент, знаменитый химик Антуан Лавуазье, наложил однозначную резолюцию: «Камни с неба падать не могут, потому что на небе камней нет» (что не помешало ему открыть кислород). МикроРНК — это такие же «небесные камни», которых до последнего времени будто бы не было». С этих слов доктор биологических наук Николай Николаевич Колесников из Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН начал рассказ об открытии, способном избавить человечество от одного из самых опасных недугов.

— При подозрении на онкологические заболевания у нас в стране по сей день применяют такие диагностические методы, что обнаруживают сразу 3-ю или уже 4-ю стадию. Физикальное обследование, УЗИ, МРТ, биохимические маркёры позволяют диагностировать рак более точно, но беда в том, что эти методы начинают применяться, когда больной ощутил себя таковым, стал жаловаться на боли и дискомфорт. Решение проблемы может быть в обнаружении заболевания на ранних стадиях и, соответственно, получения надёжных маркёров для этого. Тогда можно будет проводить скрининг населения по всему спектру онкозаболеваний, тогда как  сейчас массово ведут обследования по опухолям молочной железы у женщин и простаты у мужчин, причём  последние этого стараются избегнуть.

Двадцать лет спустя

Если широкий и достоверный скрининг является актуальнейшей задачей практической медицины, то роль фундаментальной науки — в том, что она берется за разработку новейших направлений. Открытие микроРНК и её функций стало, без преувеличения, гигантским прорывом. Обнаружили её  на традиционных лабораторных объектах, нематоде и дрозофиле: как видите, к ним не следует относиться пренебрежительно. И случилось это всего-то 20 лет назад, в 1993 году, в лаборатории Виктора Амброза (Дартмутская медицинская школа, Великобритания). А спустя ещё 10 лет пришло понимание того, что эти молекулы не только связаны с процессами развития клеток и всего организма — они вездесущи, они есть в клетке и межклеточном пространстве, их много, они разные… МикроРНК обнаружены даже у вирусов! Более того, вирус именно своими микроРНК воздействует на клетку, подавляя её, и затем беспрепятственно размножается. По словам академика Игоря Федоровича Жимулёва, микроРНК служит вирусу как переключатель наследственного аппарата, «садясь» на продукты генов нормальной клетки, после чего клетка синтезирует сотни новых вирусов и погибает. МикроРНК многолики и универсальны. Если говорить о человеческом организме, то, начиная с эмбриональной стадии, они направляют процессы клеточной дифференцировки, как бы решая, каким клеткам образовывать почечную ткань,  а каким — спинномозговую. МикроРНК управляют и ростом, и старением, и отмиранием клеток.

В 2001 году микроРНК была признана «молекулой года» по версии журнала Science. За 12 лет количество публикаций по этой теме превысило миллион, это можно сравнить с Большим Взрывом. Наука получила информацию о принципиально новых регуляторах активности генов. Если раньше считалось, что гены регулируются в основном транскрипционными факторами, то теперь ясно, что существует мощный посттранскрипционный сегмент, это как раз и есть микроРНК (мощные посттранскрипционные регуляторы экспрессии генов). Еще в 1953 году Уотсоном и Криком, впоследствии Нобелевскими лауреатами,  была установлена структура ДНК, что ознаменовало начало эры молекулярной биологии (в нашей стране тогда как раз громили генетику). Фундаментальный принцип комплементарности оснований в двух цепях ДНК оказался универсальным и используется в процессах репликации и транскрипции. Эволюция ничего не выбрасывает, а использует в новых вариантах, как оказалось и в случае микроРНК. В  большинстве случаев микроРНК представляют собой короткие цепочки по 22 нуклеотида, которые, садясь на регуляторные участки генов, блокируют синтез того или иного белка. При этом одна микроРНК может регулировать работу сотни генов, и почти 80%  генома человека находится под их регуляцией. И напротив, один ген может регулироваться десятками микроРНК, получается встречная комбинаторика.

Именно эти механизмы могут объяснить различия (в регуляторных потенциалах геномов) между человеком и шимпанзе, ДНК которых совпадают на 98%. Это как мелодии, извлекаемые из одних и тех же инструментов разными музыкантами. МикроРНК лежат в основе различий реакций головного мозга мужчин и женщин, особенностей организмов человеческих рас и народностей, и, что важно для нас, дерегуляция работы микроРНК формирует картины почти всех патологий: сердечно-сосудистых, онкологических, диабетов, ожирения…

Наш организм содержит 1014 клеток. Раньше считалось, что РНК за пределы клетки не выходят, а за межклеточные информационные связи отвечают гормоны. Но выяснилось, что клетки адресуют друг другу крошечные пузырьки, визикулы (за открытие которых присуждена Нобелевская премия 2013 года). А в визикулы заключена генетическая информация в форме тех же микроРНК. Клетки и ткани обмениваются адресными сигналами не только на грубом гормональном, но и на более тонком уровне, и это связь двухсторонняя. В ответ на «команду» одних клеток другим реакцией может быть  не только ее исполнение, но и встречный отклик. И наконец,  те микроорганизмы, что живут и здравствуют в наших тканях и органах, тоже могут воздействовать на экспрессию генов посредством своих  микро-РНК. Так что выражение «человек есть то, что он ест» из философской метафоры становится буквальным, поскольку микрофлора формируется во многом за счет питания. Например, в рисе есть микроРНК, которая участвует в метаболизме животной клетки. Ожирение и другие патологии, связанные с питанием, могут модулироваться микроРНК, поступающими в организм. Это кажется фантастикой, но это уже реальность, хотя исследования в этом направлении только начинаются.

Парадигма, но не панацея

В области геномики, а также  в изучении межклеточных (и в целом, биологических) взаимодействий в организме за счет понимания функций микроРНК произошла смена парадигмы. Я читал последний релиз за июнь 2013 года: за счет высокопроизводительных методов секвенирования в геноме человека выделено уже 1.800 микроРНК, и это не предел. Но вспомним, что одна микроРНК может регулировать до ста генов: количество комбинаций нарастает и они складываются в тонкую иерархическую систему, поскольку мы знаем и обратную связь, то есть программирование генами  микроРНК. Эти знания уже сегодня позволяют решать такую проблему, как репрограммирование стволовых клеток: в 2011 году комплекс из всего 5 микроРНК дал выход в 30% трансформированных клеток. Что же касается онкозаболеваний, то нахождение ключевой молекулы, ответственной за злокачественный рост клеток, даёт принципиальную возможность подавить процесс и повернуть его вспять. Исследования и эксперименты группы авторов из Йельского университета (США) в 2012 году показали, что при введении мышам с помощью наночастиц всего одной, но успешно подобранной микроРНК, удаётся за 2 дня снять развитие лимфомы.

В нашем институте мы поставили перед собой две цели. Первая — разобраться с ролью микроРНК в механизме канцерогенеза, это очень сложно и получается только в широком сообществе. Вторая задача у нас более практического плана: создать метод диагностики, позволяющий на ранних этапах отличать доброкачественные образования от злокачественных, чтобы не подвергать пациента лишним процедурам и облегчить его существование, хотя бы психологически. Когда человек не знает, что с ним происходит, это тягостно. При этом хотелось бы поделиться обоснованным скепсисом: да простят меня некоторые коллеги, но я не верю в громкие заявления о том, что, дескать, уже сегодня найдены методики надёжного раннего диагностирования онкологических заболеваний. Даже отдельных, вроде рака молочной железы или аденомы простаты. Я так говорю потому, что сам испытывал подобные иллюзии, а потом рассмотрел подводные камни на этом пути. К диагностикам ранних стадий мы идём медленно и поэтапно, через исследование плазмы крови и выделение из неё тех самых визикул (или экзосом), в которых содержатся интересующие нас микроРНК. Но дальше возникает проблема определения нормы, диапазона статистических колебаний  и явно критического уровня содержания этих микроРНК. Впереди много работы по сбору, обработке информации, ее систематизации и оценке.

Заграница нам не поможет

Замечу, что наш институт может позволить себе далеко не любые исследования —  по прозаическим финансовым соображениям. Прибор, стоящий 5 миллионов рублей, может потребовать расходных материалов ещё на 20. Мы пошли по пути кооперации, по пути использования  методик и оборудования, минимальных по цене и удовлетворительных по результативности. Так, новосибирская компания «Вектор-БЭСТ», в тесном сотрудничестве с которой проводится наша работа, производит почти все необходимые реагенты, начиная со специальных  праймеров  для идентификации микро-РНК и кончая наборами реактивов для проведения экспрессии. Фирма «Биорад» (США) дала нам прибор CFX в долг, причем на 2 года вперед.

Мы не можем объять необъятное и сосредоточились на трех объектах: опухолях щитовидной железы, головного мозга и молочной железы. Работаем в тесной кооперации с 1-й городской больницей Новосибирска, НИИ травматологии и ортопедии, клиникой нейрохирургии, Новосибирским областным диспансером. Только теперь после двух лет кропотливого труда понемногу становится понятно, какая степень экспрессии какой микроРНК может ассоциироваться с конкретным заболеванием. И здесь никакая «заграница» нам не поможет. Во-первых, наш пациент не поедет за сдачей анализа за границу, а во-вторых, у любого онкозаболеваний есть региональные особенности. Мы планируем создать не просто диагностические панели, а адаптированные к тем или иным территориям. И эта цель видится достижимой в достаточно близкой перспективе. Наши специалисты уже ставили диагнозы по пиковым содержаниям тех или иных микроРНК, и эти диагнозы подтверждались традиционными методиками.

Проблема рака — это проблема первой клетки, вставшей на путь бесконтрольного деления. Вопрос в том, как её найти. Сегодня уже есть приборы, позволяющие определять абсолютное количество микроРНК в минимальном физическом размере, например, в микролитровом объеме крови. Стоит такой прибор 5,5 миллионов рублей. Но вопрос не только в его приобретении, но и в подготовке специалистов. Кадры! Я согласен с академиком И. Ф. Жимулёвым, который настаивает на открытии в НГУ кафедры молекулярной генетики на факультете естественных наук или на медицинском. В нашей стране мы видели центры, буквально напичканные современнейшими приборами стоимостью в сотни миллионов… на которых некому работать. Речь идёт не только о подготовке исследователей-практиков, но и о том, чтобы обычные врачи знали, что такое ген и что такое микроРНК. Новые технологии, которые работают уже сегодня, требуют кадров новой генерации. Иначе Россия рискует остаться на периферии этого прорыва.

Андрей Соболевский.

Фото: Андрея Соболевского