Биолог: постарайтесь прожить следующие 30 лет, максимально заботясь о своей голове

Андрей Филипчик — биоинформатик. Родился в Минске, но живет в Германии, где защитил кандидатскую диссертацию в области молекулярной биологии. Его статьи печатались в таких изданиях, как Science, Nature, MolecularCell.

Белорусский журнал onliner.by поговорил с Андреем о последних исследованиях и тенденциях в научном мире: от редактирования генов до переноса сознания в андроидов.

Переезд в Германию и масштаб исследований

Я переехал в Германию в 2012 году сразу после того, как закончил физический факультет БГУ. Последние два года учился на кафедре биофизики. К работе биоинформатика я не был готов, в том смысле, что у меня не было необходимых знаний. Но для их обретения нужно было хорошо разбираться в программировании, физике, математике, я это умел, поэтому за пару месяцев смог вникнуть в происходящее. Наверное, это справедливо для любой работы, сразу после университета никто не готов работать здесь и сейчас.

Переехал я потому, что хотелось продолжать заниматься наукой, связанной с медициной и биологией. Особенность исследований в области биологии и медицины в том, что они очень зависят от масштаба и от денег. Если ты гениален, то можешь сделать большой вклад в теоретическую физику у себя дома, решая уравнения. Но в биологии тебе нужны сверхдорогие машины, техника, доступность экспертов в разных областях, к тому же это практически никогда не является индивидуальным трудом, это результат работы квалифицированной команды. Доступность экспертизы тоже важна, рядом должен быть, например, кто-то, кто разбирается в узкой области. При этом нужно, чтобы ты принадлежал к той институции, которую он знает, тогда тебе помогут охотнее. Без этого никак.

Такого рода исследования невозможны в малых странах, и тут дело не в том, что Беларусь какая-то отсталая или бедная. Просто на современном уровне в одно лицо могут делать серьезные исследования и добиваться каких-то ощутимых результатов только две страны в мире — Китай и США, им хватает ресурсов. Той же Германии не хватит ресурсов, чтобы делать биомедицинскую науку, все это требует очень большой коллаборации. Благо все, что есть в немецкой науке, вовлечено в какие-то европейские взаимодействия, поэтому там есть возможность делать исследования на высоком уровне.

У меня был выбор, я подавался в разные места, мне ответили в Берлине. Приехал, познакомился, пообщался с лабораторией, мне все понравилось, они захотели меня взять — я согласился.

Чем мы отличаемся от дождевых червей

Переезжал я туда в докторантуру, по-русски аспирантуру, пять лет провел в Берлине, сделал свое исследование и защитился. Моя тема по меркам этой науки называется очень просто — «Характеризация посттранскрипционной регуляции генов». Я не видел среди своих коллег более лаконично сформулированной темы.

Вся информация по поводу того, кто мы есть, какие мы, от вирусов, бактерий и до людей кодируется в ДНК, которая при помощи специальной клеточной машинерии превращается в белки. Белки делают всю работу: обеспечивают химические процессы, метаболизм, создание структур, поддерживают жизнедеятельность любого организма.

Считалось, что сложность организма зависит от количества генов, разных белков, закодированных в ДНК, но выходит так, что в человеке 20 тысяч генов и в дождевом червяке столько же, а человек несколько сложнее дождевого червяка. Эту разницу нужно как-то объяснить. Дело в том, что ДНК считывается в белке не напрямую, а в промежуточной молекуле — РНК. Последнюю считали всего лишь промежуточным этапом, но выяснилось, что по дороге с ней происходят многочисленные интересные вещи. Такие молекулы видоизменяются, их количество может уменьшаться или увеличиваться, они по-разному накапливаются в различных структурах клетки. И, собственно, все эти механизмы во многом обеспечивают сложность таких организмов, как человек.

Есть любопытная корреляция: чем сложнее ткань человека, тем больше происходит регуляций на уровне РНК. Самая сложная регуляция происходит в нервной ткани, а это самая сложная ткань в природе. Исследование в этой области помогает объяснить некоторые вещи, которые свойственны только человеку и сложным организмам: прежде всего высшая нервная деятельность.

Биохимики vs. бактерии

После защиты PhD я переехал на запад Германии, работаю недалеко от Кельна. Вернулся к более простым организмам — вирусам и бактериям, в которых практически нет регуляции РНК. Изучаем мы бактериофаги — вирусы, которые инфицируют бактерии. Кажется, будто это что-то экзотичное, но на самом деле это самые распространенные организмы на земле.

Некоторые вирусы полезны для бактерий, но бóльшая часть вредна. Вирусы способны убивать бактерии, в том числе болезнетворные, что очень полезно для медицины, особенно учитывая, что одна из самых главных угроз человечества, по мнению ООН, — возрастающая устойчивость бактерий к антибиотикам. Бактерии эволюционируют, получая все больше и больше возможностей противостоять антибиотикам, происходит гонка вооружений между биохимиками и бактериями.

Пока побеждают биохимики, на земле нет проблем с пандемиями. Но формулы все усложняются, резистентность растет, стоимость антибиотиков тоже растет, и все опасаются, что наступит момент, когда мы больше не сможем усложнять антибиотики, а бактерии адаптируются. Тогда человечество будет под угрозой пандемии, учитывая драматически возросшую мобильность людей за последние 100 лет. Это становится реальной угрозой, и бактериофаги — одна из возможностей уничтожать бактерии.

Мы просто используем то, что существует в природе. На самом деле, изначально идея антибиотиков была такой же — пенициллин, первый антибиотик, имеет природное происхождение. Эта война между вирусами и бактериями идет миллионы лет, вирусы все инфицируют и инфицируют бактерии, возможности усложнять вирусы безграничны. Это не сравнить с возможностью усложнять антибиотики.

Ученые активно исследуют бактериофаги последние несколько десятилетий, уже есть первые практические применения. Что любопытно, единственная страна, в которой проводится клиническое лечение при помощи бактериофагов, — это Грузия. Говорят, что их успехи лучше, чем с антибиотиками. Как-то у них сложилась школа работы с бактериофагами. На самом деле, для таких вещей хватит одного человека, у которого достаточно энтузиазма и сил. Особенно в малых странах.

Препятствия: законодательство и общественное мнение

Законодательство большинства стран довольно консервативно, что является большой проблемой для биологических исследований. И, как назло, для наиболее перспективных особенно. Требуются невероятные меры предосторожности, поэтому работа затруднена. И, надо думать, в таких новейших методиках, как бактериофаги или редактирование генома, лидером, скорее всего, будет Китай. Просто потому, что их законодательство гораздо мягче. Можно делать практически что угодно.

Ограничения в США, а тем более в Европе более строгие. Это относится не только к научным исследованиям, но и к коммерческому применению биомедицинских разработок. Плюс не стоит забывать про общественное мнение: люди будут бояться лечиться вирусами.

Вирусы, которые заражают бактерии, не заразят человека. Даже вирусы, которые заражают собак, в большинстве своем не заражают человека, а бактерии гораздо дальше от нас, чем собаки. Риска нет никакого, но общественное мнение — штука инерционная, это займет в лучшем случае 15—20 лет. Однако эти технологии уже применяются, например для сохранности еды.

Огромная проблема — сальмонелла. С ней можно бороться химикатами, но полезнее, экологичнее и дешевле обрабатывать еду бактериофагами. Уже существуют американские компании, которые буквально последние несколько лет предлагают коммерческие решения для приватных пользователей. То есть покупаешь, условно, пакетик с бактериофагами, и если какая-то еда кажется тебе «уставшей», можно смешать и есть.

Естественно, в своих рекламных роликах и буклетах они используют слово «бактериофаги», слово «вирус» табуировано, хотя по природе это вирус. Решение недорогое, эффективное, экологичное, но люди не готовы к нему. В истории науки это не впервые. Взять то же великое изобретение человечества — прививку. Люди боялись прививки, потому что, по сути, ты заражаешь себя слабой версией болезни. Никто не хотел заражаться, и принятие растянулось на столетия. Но прививка стала нормой, хотя и в 2018 году есть большое количество людей, не прививающих своих детей. Хотя, казалось бы, эффективность и безопасность доказаны. Процесс принятия чего-то нового очень и очень долог. Людской ум инерционен, только если дело не касается мобильных телефонов.

Научные тренды: редактирование генов

Главная и самая модная технология, которая появилась 6—7 лет назад и активно используется последние пару лет всеми ведущими научными центрами, — CRISPR-Cas9. Наверное, это пока что главное изобретение XXI века. Это технология недорогого, быстрого и эффективного редактирования генов. Редактирование генома известно с 1970—80-х, но прошлые методики были дорогими, неэффективными и плохо контролируемыми.

Уже сейчас эта CRISPR-технология стремительно развивается и позволяет довольно точно видоизменять гены, что имеет массу преимуществ. Взять, например, создание промышленных бактерий, которые могут использоваться как фабрики для производства важных биологических веществ: теперь мы можем видоизменять их геном так, чтобы они становились крайне эффективными для этих целей. Это позволяет редактировать растения, чтобы они были более плодородными, чтобы в них было меньше сахарозы и больше фруктозы, что очень хорошо для всех, кто сидит на диете.

Некоторые бактерии способны перерабатывать пластик, дальнейшая работа с их модификацией может решить глобальную проблему мусора. Ты выбрасываешь пластиковую бутылку, бактерии ее поедают и производят что-то полезное, какой-нибудь нужный краситель, или важную аминокислоту, или сразу глутамат натрия. В этой области есть успехи: стоят большие чаны с бактериями, в них кладут что-то вредное для экологии, а на выходе получается что-то для нас полезное. Пока эффективность не самая высокая, но прогресс не остановить. Мне кажется, через 20—30 лет мы будем эксплуатировать бактерии гораздо больше, чем сейчас.

Есть еще возможности применения CRISPR в медицине. Люди пытаются использовать эту технологию для борьбы с онкологическими заболеваниями, на месте редактировать онкопромоутеры (гены, способствующие развитию опухолей). Получится или нет, я не очень уверен (надеюсь, что да), эти исследования сейчас на начальном уровне.

CRISPR может быть полезна при методиках искусственного оплодотворения. Условно, мать и отец будущего ребенка сдают тест на ДНК. Видно, что у них есть гены с опасными мутациями, которые будут способствовать появлению какой-то врожденной болезни или серьезной угрозы для здоровья. Происходит искусственное оплодотворение, а потом можно попытаться отредактировать эти гены. Есть определенные новости из Китая в данном направлении, в то время как в США и Европе такие опыты незаконны.

Это этический вопрос, в Европе очень жесткие нормы по работе с эмбриональными клетками. И США, и Европа, как ни странно, весьма религиозные регионы. Также есть тяжелое наследие нацизма, нацистские врачи любили ставить эксперименты над людьми, и с тех пор это табу. У меня есть ощущение, что по этой причине Китай вырвется вперед. Хотя, конечно, ходят слухи, что американские корпорации на частных островах в Тихом океане делают все, что им заблагорассудится.

Возможно, CRISPR поможет воскресить другую — как нам казалось, великую — надежду конца XX века. О том, что благодаря стволовым клеткам можно стать бессмертным. Про это давно никто не говорил, но тогда казалось, что бессмертие на пороге, потому что стволовые клетки прекрасны: подсаживаешь их к печени, они становятся новенькими клетками печени, в сердце — клетками сердца. Но проблема была в том, что эффективность трансплантации оставляла желать лучшего, клетки получались не совсем удачными, а еще имели схожесть с раковыми клетками: и те, и другие могут безостановочно делиться, поэтому усиленная терапия стволовыми клетками может приводить к развитию онкологии. А технология тонкого редактирования генома вместе с исследованиями стволовых клеток может позволить, и, я надеюсь, позволит, так видоизменить стволовые клетки, чтобы терапия ими заработала как надо. Тогда идея будет спасена.

«Мир Дикого Запада» и бессмертие

Первым шагом к биологическому бессмертию будет некоторая наша киборгизация. Сознание в нашей голове, то есть в мозге. Древние греки думали, что оно в сердце, но нет — в мозге. Мозгу от нашего тела нужно очень немного. Приток кислорода и довольно простые питательные вещества, которые современная химия легко синтезирует. Логично, что начнется все с какого-то рода искусственных тел и вставленной трубочки, которая будет соединяться с нашей спинномозговой жидкостью и подкармливать наш мозг. Это увеличит долголетие и избавит от проблем с сердцем, почками и прочей требухой, которая нужна только для того, чтобы кормить мозг кислородом и сахарком. Я думаю, это произойдет в XXI веке.

Совет биолога: постарайтесь прожить следующие 30 лет, максимально заботясь о своей голове, не делайте тех вещей, которые приводят к нейродегенеративным заболеваниям. Самая главная вещь, которая от них избавляет, — это умственная работа и тренировка мозга. Люди, которые работают головой, гораздо меньше им подвержены. Мозг — самый сложный орган, нет никакого другого органа, который был бы сложнее. Почти все органы можно как-то заменить, а вот мозг нет. Берегите его в первую очередь.

Что же касается переноса сознания на электронный носитель, то такие проекты существуют. Насколько это технически возможно — большой вопрос. Я думаю, что скорее да. И мое личное мнение, что исследования в этой области придут к тому же в некотором смысле печальному выводу, к которому пришли во втором сезоне сериала «Мир Дикого Запада»: нет в нас ничего особенного, мы просто набор реакций и рефлексов, довольно большой и сложный, но нет в нас искры Божьей, хотя мне бы и хотелось.

Источник