Владимир Петрович Скулачев - академик Российской академии наук, член президиума Европейской Академии, директор института физико-химической биологии им. А. Н. Белозерского.
Владимир Петрович, уже лет тридцать говорят, что XXI век будет веком биологии. И вот XXI век наступил. Есть ли признаки наступления века биологии?
- Колоссальный прогресс в технических науках виден всем. В науках о жизни прогресс тоже очень большой, но пока он не вышел на ежедневного потребителя. Люди болеют страшными болезнями, стареют, умирают. Жить стали дольше, но не столько из-за великих успехов в фундаментальной биологии, сколько благодаря элементарной гигиене, улучшению медицинского обслуживания, успехам практической медицины.
Но совсем недавно в биологии произошло несколько событий, которые позволили абсолютно по-новому подойти к исследованию сущности жизни. Самое главное - мы научились читать генетическую информацию. Прочли гены уже многих бактерий, некоторых растений и простейших животных, практически прочитали геном человека. Здесь еще остались сложные, но в основном математические, технические проблемы. Когда объявили, что расшифрован геном человека, имелось в виду, что получен «буквенный текст». Сейчас появились методы, позволяющие быстро читать такие тексты.
Все, что заложено в нашей генетике, закодировано сочетаниями «букв», каждая из которых состоит из трех «символов». Символы, так называемые нуклеотиды, обозначаются как А, Г, Т и Ц. Это довольно простые молекулы. Тройки этих символов образуют буквы, их двадцать штук. Каждая буква кодирует некоторую аминокислоту. Однако самое интересное - узнать, что означает каждая фраза этого текста. Например, фраза может быть кодом некоторого белка - в одном белке обычно от ста до тысячи аминокислот.
Закодированы там и функции организма в целом - но более сложным способом. Есть специальные фразы, которые определяют, как сложатся клетки, когда должна умереть данная клетка, когда другая клетка должна возникнуть и т. д. Там записано все, в том числе и то, что у меня такой нос, а у вас другой.
Но чтобы закодировать все свойства организма в одной молекуле, нужно колоссальное сжатие информации.
- Молекула ДНК очень длинная, иногда в десятки сантиметров (!), а размер одного символа - 10 ангстрем, то есть один нанометр. У нас десяток таких молекул, у бактерии - одна. Давно просчитано, что там можно записать все, что нужно. Здесь никакой загадки нет.
И каким же образом записана форма носа?
- Это пока совсем непонятно. Но уже известно, как записаны, например, белки, сбраживающие сахар у нас в кишечнике. Сегодня мы имеем полную библиотеку всего текста, который, кстати, содержится в каждой живой клетке. Поняты отдельные его фрагменты - в основном то, что относится к биохимии клетки. Но есть и текст, вообще не имеющий смысла - с нашей, современной точки зрения. Это похоже на исследования Торы, которыми занимаются каббалисты. Того же рода соображения. Может быть, некоторые места в конце концов так и не будут поняты.
Может быть, в конце концов окажется, что в Торе именно это все и записано… (Общий смех.)
- Вы знаете, есть и такие идеи. Один из биологов, очень религиозный человек, считает, что в геноме должна быть записана Тора - или, наоборот, геном записан в Торе. Но это экстремизм. А вот то, что в геноме есть абсолютно непонятные места, которые не могут, допустим, кодировать белок, - это факт. Это фразы о чем-то совсем другом.
Кстати, часто приходится слышать, что некие квантовые эффекты играют существенную роль при передаче генетической информации.
- Это фантазии. Никаких научных данных за этим нет, есть только вера. Пока нет никаких оснований считать, что репликация ДНК обеспечивается чем-то, кроме обычной химии. Делается зеркальная копия этой молекулы, а потом копия копии, и возникает молекула, тождественная исходной. ДНК - это единственная саморазмножающаяся молекула в нашем организме.
Какие же задачи будет решать биология в этом веке?
- Я считаю, что первая задача - разобраться со старением. Здесь есть две точки зрения. Одна - общепринятая, что старение - это поломка сложной системы, которая рано или поздно должна произойти. Но Вейсманом (Weismann) в конце XIX века была высказана другая точка зрения - что смерть была придумана эволюцией для того, чтобы выбраковывать ненужные особи, чтобы быстрее сменялись поколения, чтобы популяция не засорялась монстрами (чем старше организм, тем больше вероятность, что он родит уродливое потомство). Чтобы все это предотвратить, была - специально! - придумана смерть в результате старения.
Вы придерживаетесь этой точки зрения?
- Не то чтобы я ее придерживаюсь… я просто считаю, что было бы страшным грехом не исследовать такую возможность. Потому что если старость - это случайные поломки, то дело безнадежно и люди будут стареть и умирать всегда. Но если верна альтернативная точка зрения, то в нас заложена некая программа старения, которую можно сломать, отменить. И тогда люди перестанут стареть.
И умирать?
- Всегда могут быть какие-то случайности, но от старения умирать не будут.
Понимаете, если верна вейсмановская точка зрения, то болезни старения специально выдуманы эволюцией. Рак, инфаркт, инсульт - безусловно старческие болезни. Но когда говорят, что организм - это сложная система, которая обязана рано или поздно сломаться, то забывают, что в отличие от автомобиля она сама себя способна воспроизводить и поддерживать.
Первые указания в пользу вейсмановской точки зрения уже есть. Обнаружены такие гены, при поломке которых существо живет дольше. Есть такой червячок, у которого удалось вышибить два определенных гена - и его жизнь удлинилась в шесть раз. В 1999 году был проделан опыт на мышах: им испортили ген (это называется нокаут гена), который кодирует так называемый белок p66, - и продолжительность жизни подопытных особей возросла на 30 процентов.
Итак, одна задача биологии на новое столетие - победа над старением.
- Да, и составная часть этой программы - победа над старческими болезнями (рак, инфаркт, инсульт). Речь идет не об излечении, а о предотвращении. Если будет понят «сигнал на старение», то, отменив этот сигнал, мы просто отменим эти болезни.
А еще какие задачи?
- (Смеется.) Ну, я думаю, если эта задача будет решена, ее вполне хватит, чтобы оправдать существование биологов на этой планете. Но есть и много других интересных задач. Одну из них лучше всех сформулировал Илья Ильич Мечников. Я могу даже процитировать, в только что вышедшей моей брошюре 1 часть этих вещей изложена: «Человек, явившийся в результате длинного цикла развития, носит в себе явные следы животного происхождения. Приобретя неведомую в животном мире степень умственного развития, он сохранил многие признаки, оказавшиеся ему не только ненужными, но прямо вредными». Вот это была идея всей его жизни. Мечников считал, что старение происходит оттого, что в нашем толстом кишечнике есть вредные бактерии. У него была простая идея, что толстый кишечник изобретен эволюцией, чтобы испражняться реже. Птичка делает все эти дела на лету, ей это не мешает, и у нее нет толстого кишечника. Но когда заяц убегает от волка и вдруг по дороге присядет - волк его настигнет, а если волк этим займется в погоне за зайцем, он его упустит. Мечников был одержим идеей бактериальных токсинов, которые порождаются бактериями, живущими в толстом кишечнике. Впоследствии оказалось, что токсины такие есть - но не из-за них мы стареем. Мечников же предлагал просто удалять толстый кишечник! Говорил, что вы чаще будете ходить в туалет, зато будете жить гораздо дольше.
Но он абсолютно прав, как я полагаю, в том, что мы унаследовали от неразумной природы уже ненужные нам эволюционные механизмы. Старение, как я полагаю, - как раз один из них. Кстати, очень интересная задача для наступившего века - решение проблемы старения генетического материала.
Что это значит?
- Тут надо кое-что объяснить. У бактерий генетический материал имеет форму кольца. Когда нужно сделать копию, на эту кольцевую молекулу в определенных местах может сесть определенный белок, фермент, который по ней ползет и наращивает ее копию. Естественно, у него при этом всегда и справа и слева есть молекула ДНК, ведь она же кольцевая. А когда появились так называемые эукариоты, более сложные клетки, то ДНК разорвалась, она стала линейной. Но поразительно, что «копирующий» механизм остался прежним. Он по-прежнему работает только тогда, когда у него и справа и слева есть генетический материал. Соответственно, самый кончик молекулы ДНК не копируется. Этот переход случился сотни миллионов лет назад. За это время возникло множество других ферментов, изменились старые ферменты - но вот этот механизм почему-то остался прежним.
Поэтому каждая следующая копия короче предыдущей. Как если бы писарь, переписывая книгу, всегда ленился переписать последнюю страничку.
И это продолжается миллионы лет…
- Вот именно! Как же природа из этого выпуталась? Она стала наращивать на концы молекулы ДНК некий бессмысленный текст, который делается совершенно иначе, без участия фермента. От того, что этот текст обтрепывается, никому ни тепло ни холодно. У эмбриона работает специальный белок, наращивающий бессмысленные участки. Потом, когда эмбрион рождается, этот фермент - почему-то - прекращает работать. И мы начинаем стареть. А в раковых клетках - наоборот, фермент активируется и начинает наращивать кончики. Это потрясающая вещь!
Возникает вопрос, почему же эволюция допустила такое безобразие? Самая ценная молекула - и такая неточность считывания. Недавно американский био лог Джефф Боулз (Jeff Bowles) выдвинул такую идею: разрыв кольца и был изобретением смерти от старости. Так природа изобрела старение (бактерии же не стареют). Отсюда мы выходим на проблему рака совсем с другой стороны: может быть, если удастся убить этот фермент, мы победим раковую опухоль. Мы опять скатились к моей любимой теме старения, но я просто хочу показать, что она не изолированна, и даже если гипотеза Вейсмана неправильна, то, может быть, рак удастся излечить исходя из этой философии.
Ну что еще… я уверен, что в наступившем веке произойдут очень серьезные изменения в производстве пищи, в производстве лекарств, в информационных технологиях, которые могут быть основаны на «ДНКовом» принципе. Очень трудно сейчас предсказать что-либо, поскольку совершенно непонятно, что мы там, в геноме, еще прочтем.
Вообще, в биологии сейчас происходят удивительные вещи. Не так давно, не без нашего участия, у бактерий был обнаружен самый настоящий электромотор. Оказалось, что они вращают жгутики за счет разности потенциалов на оболочке. Это не образное выражение, там самый настоящий электродвигатель, причем с реверсом, - даже не поменяв направление поля, бактерии могут вращать жгутик в обратном направлении. Они включают и выключают свой мотор когда хотят, у них очень сложная система принятия решений.
[i38446]
1 (обратно к тексту) - В. П. Скулачев, «Кислород и явления запрограммированной смерти». Первое Северинское чтение. - М.: 2000.
