Знание - сила, 2004 № 05 (923)

В любом процессе, протекающем внутри нас, хоть одна белковая молекула да участвует. Сражаться! Антитела — это белки, защищающие организм человека от проникновения бактерий и токсинов. Они атакуют белковые молекулы, находящиеся на поверхности микроба, и нейтрализуют их.

А еще они маркируют вредные бактерии, проникшие в организм, и по этим меткам клетки иммунной системы разыщут незваных гостей и уничтожат их.

По своей форме антитела напоминают латинскую букву Y. Их концевые участки легко видоизменяются. Антитела постоянно пытаются принять новую форму. Если какая-то форма окажется особенно хороша в борьбе с определенным микробом, это будет отмечено в «архивах» иммунной системы человека. В следующий раз, когда такой же микроб проникнет внутрь человека, иммунная система применит новое грозное оружие и расправится с агрессором.

Управлять! Многие белки можно назвать «чиновниками по особым поручениям». К ним поступают приказы, пересылаемые, например, вместе с гормонами, а уж они извещают об этом ядро клетки, где поселились. Все идет своим чередом... Но иногда чиновники, словно соскучившись по верховной власти, сами начинают издавать указы, игнорируя команды, приходящие извне. Так, по их произволу клетка организма «отделяется» от своего государства. Распорядится такой честолюбивый чиновник: «Расти!», и клетка переродится — так, с пустячка, с «бунта в удельном княжестве» разовьется раковое заболевание. Сейчас ученые исследуют, как можно обуздать этих «чиновников», то бишь белковые молекулы, вздумавшие проявить необычайное рвение. Это позволит пресечь развитие рака на ранней стадии. Методами генной инженерии уже получены антитела, выискивающие таких «бунтовщиков». Они хорошо зарекомендовали себя при лечении некоторых форм рака.

Строить! Белок коллаген — основной строительный элемент нашего тела. Гибкий, прочный, надежный! Из него сложены кости, сухожилия, связки, хрящи, зубы, кожа и кровеносные сосуды. В организме человека почти четверть всех белковых молекул — коллаген. Его молекула устроена гораздо проще многих других. Она напоминает канат, скрученный из трех нитей. Это обусловливает особую прочность коллагена. Попробуйте разорвать канат!

Усваивать пищу! Один из важнейших пищеварительных ферментов — трипсин. Его вырабатывает поджелудочная железа. В тонком отделе кишечника всем распоряжается трипсин. Эта белковая молекула измельчает другие белки, чтобы облегчить поглощение их кишечником. Тело «сжигает» эти осколки, добывая энергию, или конструирует из них собственные белковые молекулы.

Затем, что мы болеем. Снова прибегну к сравнению. Геном — это русло реки, проложенное поколениями потоков, проносившихся по нему. Протеом — это бурление и плеск миллиона капель, мчащихся по реке в данную секунду. Мы можем описать идеальный поток, соответствующий этому руслу, а по сиюминутной фотографии, сравнив ее с эталоном, поймем, что сейчас — половодье или сушь, или на Энском горнообогатительном комбинате в очередной раз прорвало очистные сооружения. Точно так же, сравнив состояние человека с идеальным протеомом, можно понять, какими недугами он страдает. Ведь многие наши болезни вызваны нарушениями синтеза протеинов — их перепроизводством или дефицитом.

* Так, при болезнях, вызванных неправильным обменом веществ, в организме наблюдается недостаток белковых молекул или они бездействуют.

* Если белков слишком много или они проявляют повышенную активность, человек может заболеть раком.

* Некоторые болезни, например, «коровье бешенство», вызваны появлением в организме дефектного белка — приона (от английского выражения protein infectious, «инфекционный протеин»). Как только в организм человека попадет этот «белок-убийца», начинается его копирование, что приводит к гибели жертвы.

Анализ протеома — это путь к создан ию новых лекарств. Особенно важно сравнение протеомов здоровых и больных людей. Это позволит понять, какие белковые молекулы играют ключевую роль в развитии тех или иных заболеваний. Работы впереди — непочатый край. Все предстоит открыть и понять заново. Как вырождаются клетки, когда человек болен раком желудка? Как стареют клетки сердечной мышцы? Что происходит при воспалении хряша? Как меняются ткани тела под воздействием гормонов? Выявив эти изменения, можно улучшить диагностику заболеваний и проводить целенаправленное лечение.

* Так, сотрудники Боннского университета определили характерный состав белков при той или иной форме рака простаты.

* Американские исследователи Ланс Лиотта и Эмануэль Петрикоин разработали тест, позволяющий выявить рак яичников на ранней стадии. В основе теста — использование протеинового чипа.

* По прогнозам специалистов, в ближайшем будущем появится аналогичный тест для выявления рака поджелудочной железы.

* Особый интерес вызывает плазма крови. Предположительно, в ней содержатся все виды протеинов, выработанных организмом человека. А значит, любая болезнь, перенесенная нами, оставляет мету в крови — в этом архиве, хранящемся в наших жилах. Недавно под эгидой HUPO стартовал проект по исследованию плазмы крови.

Со временем все эти разрозненные данные о дефектах белковых молекул будут собраны воедино — в образе особой виртуальной клетки. Если ввести в эту модель новое лекарство, то экран тут же покажет, насколько оно эффективно и каковы побочные последствия применения данного лекарства.

Но неужели можно схематизировать организм человека? «Вы думаете, климат Земли — менее сложная и хаотическая система, чем человеческий организм, — парирует исследователь из Гейдельберга Пер Борк, — тем не менее местные прогнозы погоды на ближайшие день-два не так уж и неточны».

Осуществлять перевозки! Один из важнейших белков в организме человека — гемоглобин. Он доставляет кислород из легких ко всем органам тела и забирает оттуда углекислоту. В среднем в организме человека — более полукилограмма гемоглобина. Именно в гемоглобине содержится 80 процентов всего железа, имеющегося в нашем организме. Роль гемоглобина так велика, что природа от добра добра не ищет: структура гемоглобина человека и шимпанзе практически одинакова.

Генетически измененные грибы можно использовать для выращивания в биореакторах человеческих белков, а значит, для изготовления новых лекарств. Подобный опыт удался группе американских исследователей во главе сТилманом Гернгроссом.

В сотрудничестве с фирмой «Glyco-Fi» они так модифицировали гриб Pichia pastoria, что процесс «глюкозирования», то есть «подвешивания» к белковым молекулам определенных фрагментов сахаров, протекал у грибов так же, как у человека. Грибы стали вырабатывать белки, снабженные типично человеческими фрагментами сахаров.