Статьи 2017 года

3ОЛОТО ГЕННОЙ ТЕРАПИИ

 

Большая золотая медаль имени М.В. Ломоносова — высшая награда РАН. Начиная с 1959 года ее ежегодно вручают двум ученым, российскому и иностранному, работающим в одной области. Медаль 2016 года присудили исследователям, имеющим непосредственное отношение к Институту химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН: академику Дмитрию Георгиевичу Кнорре и лауреату Нобелевской премии по химии Сиднею Альтману. «За выдающийся вклад в области химии уклеиновых кислот, аффинной модификации биополимеров, становлении важнейшего направления фармакологии — терапевтических нуклеиновых кислот и развитии методов генной терапии» — так сформулированы достижения, за которые наградили Дмитрия Георгиевича Кнорре.

 

 Первый директор Института биоорганической химии СО АН СССР

(с 2003 года — ИХБФМ СО РАН), специалист в области молекулярной биологии — под его руководством проводили работы по созданию ген-направленных биологически активных веществ на основе олигонуклеотидов (коротких фрагментов ДНК или РНК). Исследования, выполненные Дмитрием Георгиевичем Кнорре и его учениками, заложили основу для направления в фармакологии, которое сегодня развивается во всем мире: конструирование препаратов нуклеиновых кислот для регуляции экспрессии генов (то есть преобразования наследственной информации от гена в РНК и далее в белок).

Дмитрий Георгиевич, Вы долго занимались изучением нуклеиновых кислот, расскажите о сфере своих научных интересов.

— Нуклеиновая кислота — это полимер, построенный из четырех мономеров. В первичном варианте генетическая информация заложена в молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты, которая сейчас всем известна как ДНК. Ее структура — огромная область исследований, и естественно, что одна лаборатория может заниматься только какой-то частью этой проблемы. Поскольку нуклеиновые кислоты играют очень важную химическую роль во всем живом мире, перед учеными стоят разные задачи в их изучении. В частности, интерес представляет управление свойствами кислот, например,

через определенные химические воздействия: этим занимаются во всем мире, в том числе и в созданной мною лаборатории. Научный интерес представляет то, как ведут себя нуклеиновые кислоты в живом организме (это важно прежде всего для изучения патологий), но для такой работы нужно сделать их видимыми, чтобы отделить от остальных. С этой целью к ним можно присоединять специальные группы-репортеры. В частности, в моей команде Татьяна Сергеевна Годовикова задействовала для этой цели атомы фтора: в мягких тканях организма его практически нет, только в костях, поэтому за ним удобно следить методом магнитного резонанса.

— Вы стояли у истоков исследований в области молекулярной биологии в Сибири. С какими трудностями приходилось сталкиваться?

— Весь бум вокруг нуклеиновых кислот возник в пятидесятые годы ушедшего века и был вызван открытием Освальда Эвери, впервые обнаружившего, что они являются носителями наследственной информации (раньше, в XIX веке, это качество приписывалось белкам). А в 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик установили структуру ДНК, которая объясняла ее свойства. Я приехал в Сибирь в 1961 году. В это время стояла задача определять последовательность мономеров в полимере, за которую мы, молодые ученые, и взялись, хотя и не внесли в эту область значимого вклада — мировые исследования тогда ушли вперед слишком большими шагами. Это было время холодной войны, когда существовало много санкций, и у нас не было необходимой для работы базы. Для начала нужно было иметь на руках нуклеотиды: мы организовали их производство из молок (семенников самцов) лосося — это была технологическая работа, с которой наш институт в свое время хорошо справился. Исследования сдвинулись с мертвой точки. Потом, когда появились валютные средства,

мы стали изучать реакции синтеза полимеров методом магнитного резонанса на ядрах фосфора. Здесь мы действительно заметно преуспели: когда я в то время приехал в Гамбург к коллеге, он сказал, что мы опередили его в своих исследованиях. По образованию я химик, и нас интересовала возможность именно химических воздействий на нуклеиновые кислоты. В благоприятный момент нам удалось купить прибор для изучения быстропротекающих процессов — благодаря чему мы делали довольно пионерские работы, и сейчас, мне кажется, исследования сильно продвинулись вперед.

— Если говорить о современном состоянии области, какое место эти работы занимают в мире?

— Я бы сказал, что сейчас есть два направления, в которых мои ученики очень преуспели. Во-первых, это изучение репарации ДНК: нуклеиновые кислоты чувствительны к воздействиям, и в силу этой хрупкости огромное значение имеют методы оперативного исправления повреждений. В лаборатории члена-корреспондента РАН Ольги Ивановны Лаврик изучают ферменты, которые вырабатываются различными организмами (в том числе человеком) для репарации. Во-вторых, изначально, когда только создавался Институт биоорганической химии, у меня был наполеоновский замысел поставить изучение основных этапов создания и сохранения наследственной информации на человеческих рибосомах (частицах, содержащих десятки белков, молекулы РНК). Пока это невероятно сложная система, которой занимаются в лаборатории доктора химических наук Галины Георгиевны Карповой.  

Профессор Альтман стал известен благодаря открытию каталитической функции РНК, за которое в 1989 году получил Нобелевскую премию — прежде считалось, что этими свойствами обладают только белковые молекулы. После этого он посвятил свою жизнь исследованию

структурно-функциональных особенностей различных РНК и разработке подходов к адресному воздействию на внутриклеточные РНК с использованием природных механизмов. В 2013 году под его руководством по программе мегагранта в Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН была сформирована лаборатория биомедицинской химии. Ее цель — создание ген-специфических препаратов,

 действующих как антибактериальные и противовирусные, то есть конструкций на основе нуклеиновых кислот, которые в перспективе сами должны обеспечить свое проникновение в клетки (микроорганизмов, чтобы уничтожить патогенный источник, или эукариотические в случае вирусных инфекций). Работа по мегагранту уже завершена, но лаборатория продолжает действовать, и сейчас перед ней стоят новые цели: поиск подходов к направленному созданию олигонуклеотидных конструкций с заданными свойствами и разработка молекулярного инструментария для диагностических целей.

— Со временем Сидней Альтман пришел к так называемым олигонуклеотидным конструкциям, которые он назвал «молекулярными гидами», потому что они подводят к определенному гену РНК и выключают его функцию, — объясняет заведующий в настоящее время лабораторией биомедицинской химии член-корреспондент РАН Дмитрий Владимирович Пышный. — Это позволило решить, что вклады Дмитрия Георгиевича и профессора Альтмана близки в рамках одного направления. Школа Кнорре

вела к созданию химических реагентов, способных самостоятельно найти нужный ген в клетке и как-то на него воздействовать, а Сидней Альман предлагал для этой же цели задействовать внутренние клеточные механизмы.

 

Наталья Бобренок.

 

 Фото из архива ИХБФМ СО РАН

 

Наука в Сибири No 6 (16 февраля 2017 г.)