Материал опубликован в рамках конкурса Tech Today Awards
Доктор биологических наук, профессор, член-корреспондент НАН Украины Института пищевой биотехнологии и геномики НАН Украины Алла Емец поделилась своими мыслями о перспективах синтетической биологии, разумности прогресса и важности развития фундаментальной науки.
Об аутофагии и Крейге Вентере
Направления, которые я возглавляю в нашем недавно созданном институте, связаны с клеточной биологией и биотехнологией. Клеточная биология изучает клетку и ее составляющие. Мы, в частности, исследуем, как клетка делится, стареет и умирает, как реагирует на различные биотические и абиотические стрессовые факторы (холод, жару, засуху, ультрафиолет, тяжелые металлы, инвазию паразитов). Также изучаем механизмы аутофагии – процесса, в ходе которого клетки частично «поедают» себя, чтобы оставаться здоровыми. В этом году за открытие механизмов аутофагии японский учёный Ёсинори Осуми получил Нобелевскую премию по медицине. Предполагается, что его открытия лягут в основу использования аутофагии при лечении самых различных заболеваний, включая онкологические. Мы же изучаем этот процесс в растительной клетке, и на сегодняшний день имеем очень интересные и серьезные фундаментальные открытия, которые, не сомневаюсь, в ближайшем будущем станут основой для прикладных разработок.
Кроме фундаментальных исследований, мы активно занимаемся развитием и разработками такого направления, как биотехнология растений. Создаем новые подходы для более эффективного переноса генов в клетки, получаем растения с новыми свойствами и характеристиками. В контексте проблем, связанных с глобальным потеплением, генно-инженерным путем создаем растения, устойчивые к засухе и к различным заболеваниям (грибным, бактериальным), а также растения – продуценты важных фармакологических белков, которые применяют для лечения вирусных, бактериальных и онкологических заболеваний человека. Для повышения энергетической независимости Украины улучшаем растения для продукции биодизеля (рыжик или камелина) и биоэтанола (сахарное сорго и мискантус). Уже сегодня ведущие авиакомпании мира, такие как Lufthansa, KLM, Air France и другие летают на авиакеросине, в который добавляют биотопливо, полученное из рыжика. А мискантус, достигающий при выращивании высоты 4 метров, может быть использован не только для получения биоэтанола, но для отопления помещений вместо газа и дров.
Еще мы синтезируем с помощью биологических матриц люминесцентные наночастицы, которые могут быть использованы как зонды в медицине и биологии, для создания дисплеев, светодиодных ламп и солнечных батарей. Вообще биотехнология с ее методами генетической инженерии, клеточной инженерии и клонирования – это наука, которая сегодня быстро развивается, и за которой огромное будущее.
Сейчас все больше оборотов набирает новое направление в биологии, называемое редактированием генома. Оно стало возможным благодаря открытию и развитию инструментов, способных с очень большой точностью вносить изменения в геном живой клетки и, соответственно, целого организма. Это когда с помощью так называемых «молекулярных ножниц» мы можем делать точечные изменения в последовательности ДНК, исправляя ее ошибки, или же вносить изменения в последовательность генов, генерируя новые полезные свойства клеток. Такие исследования открывают огромные возможности в лечении редких и неизлечимых заболеваний и создании растений с новыми свойствами.
Одним из наиболее динамичных научных направлений является синтетическая биология, которая занимается искусственным созданием новых, не существовавших ранее в природе биологических систем. Пока мы продолжаем обсуждать вредны или не вредны ГМО, весь мир давно уже пошел намного дальше.
Современный гуру синтетической биологии Крейг Вентер – богатый американский ученый, в 92-м году открывший Институт геномных исследований – TiGR (The Institute of Genomic Research) – с командой ученых впервые создал минимальный геном, поместив его затем в клеточную оболочку и заставив самостоятельно развиваться. Таким образом, Синтия, в которую ввели искусственно синтезированный геном Mycoplasma mycoides, стала первым рукотворным живым организмом.
Раньше ученые только разбирали геном, пытаясь расшифровать его и понять, какой ген за что отвечает, а теперь еще и научились складывать. Если бог создал человека по своему образу и подобию, то он наделил его такими же креативными способностями, какими обладает сам. Ну вот, теперь творим во благо человека.
На сегодняшний день более 100 лабораторий по всему миру занимаются синтетической биологией. Ученые из Массачусетского технологического института, к примеру, создают генетический банк, который позволяет получать синтетические организмы из так называемых биокирпичей. Биокирпичи – это фрагменты ДНК, чьи функции строго определены, и их можно использовать и внедрять в геном клетки для синтеза заранее известного белка. Такая технология позволяет создавать живые системы, которые ведут себя предсказуемо и выполняют желаемые функции.
Еще в 2004 году в Массачусетском технологическом институте стартовали Международные соревнования по синтетической биологии (IGEM), на которых студенческие команды могут соревноваться в конструировании новых форм жизни. А недавно к участию в этом конкурсе решено было допустить и школьников. То, что когда-то казалось фантастикой, сегодня становится почти банальной реальностью.
В рамках синтетической биологии можно создавать биотопливо из микроводорослей, наделив их свойством усиленно продуцировать углеводороды, аналогичные тем, которые содержатся в нефти. С помощью новых синтетических организмов можно будет получать очень сложные белки и углеводы, необходимые для нашего питания, а также лекарственные препараты. Собственно, рекомбинантный инсулин, который продуцируют генетически модифицированные бактерии, уже сейчас продают в аптеках. Появится возможность создавать бактерии-симбионты, которые будут находить раковые клетки и уничтожать их, бактерии, которые будут очищать почву от пластика, определять ядовитые вещества и взрывчатку. Уже есть разработки, показывающие, что бактерии способны определять тротил и указывать его месторасположение, светясь при этом, и можно не рисковать жизнями минеров при разминировании территорий, где проходят военные действия.
Меня очень впечатлило выступление Крейга Вентера три года назад на собрании Американского общества клеточной биологии в Новом Орлеане. Он сказал, что мечтает создать портативный аппарат, который в домашних условиях будет определять оптимальное лечение для конкретного человека. Если вы чем-то заболели и геном какого-то патогенного вируса уже встроился в ваш геном, достаточно будет закинуть свой волос или каплю слюны в аппарат, он изолирует и проанализирует вашу ДНК до и после заболевания, произведет вакцину и выдаст рекомендацию, как ее использовать. Вам достаточно будет взять шприц и сделать себе укол для полного выздоровления.
Еще у Вентера есть идеи для астронавтов, которые полетят на Марс. Он планирует, что именно с помощью синтетической биологии можно будет помочь им решить множество проблем на новой планете: от обеспечения себя необходимыми компонентами питания до лечения заболеваний путем телепортации и 4D принтинга.
О клонировании
Клонирование – это получение генетически идентичных организмов путем бесполого, в том числе вегетативного, размножения. Мы, в частности, занимаемся клонированием растительных организмов. Растения можно размножать микроклонально, потому что им присуще явление тотипонтентности – способность любой соматической клетки воспроизводить целый организм. Из листика в лабораторных условиях можно регенерировать целое растение – это будет абсолютно аналогичный клон с тем же геномом, что и исходный организм, его живая копия.
С животными сложнее. Первым клонированным животным была овечка Долли, которая была получена 20 лет назад в Шотландии в Рослинском институте путём пересадки ядра соматической клетки умершей к тому времени овцы в цитоплазму яйцеклетки овцы суррогатной-матери. Однако Долли прожила недолго, всего 6,5 лет, поскольку начала быстро стареть. В хромосомах есть такие хвостики – теломеры, и когда организм стареет, эти хвостики укорачиваются. Долли пересадили ядро соматической клетки с короткими теломерами, в результате чего овечка так быстро состарилась и умерла.
С растениями работать проще, их геном очень пластичный, поэтому если мы хотим получить много клонов одного растения, это не сложно сделать в пределах одной лаборатории даже начинающему студенту.
Следует отметить, что не в каждой стране можно заниматься клонированием животных и человека в том числе. Ведь клонирование – это как атомная энергия, палка о двух концах. Однако под термином «клонирование» подразумевают не только совокупность методов, используемых для искусственного получение идентичных копий организма, а также органов, клеток и молекул ДНК. Сегодня технологии клонирования применяются для выращивания искусственных органов, тканей, а также для генной терапии. В медицине клонирование наиболее часто используется для получения эмбриональных стволовых клеток, которые, в свою очередь, нужны для выращивания или восстановления тканей и органов. Если пациенту понадобится срочная пересадка сердца или почки, эти органы в скором времени можно будет выращивать из его же клеток в лаборатории, а не годами или десятилетиями стоять в очереди, ожидая, когда появится подходящий для этого донор.
О высокотехнологической науке и аспирантах
Если мы говорим о геномике, генной инженерии, молекулярной биотехнологии, синтетической биологии, – это очень затратные направления. Наш институт достаточно хорошо оборудован, у нас есть современные приборы и высококлассное оборудование (микроскопы, секвенатор ДНК, олигонуклеотидсинтезатор, ПЦР-машины. мощный вычислительный кластер и др.), однако, чтобы работать на них, нам также необходимы реактивы, которые на сегодняшний день стоят больших денег.
Клонирование гена, его перенос в клетки-доноров, редактирование генома, биотехнологический поиск новых лекарственных препаратов – это тоже очень затратная работа. Поэтому финансирование подобного рода исследований, конечно, очень важно, это необходимое условие для развития науки в нашей стране. Но не достаточное. Основной фактор, стимулирующий выдающиеся открытия – интеллектуальный капитал. Это люди и их мозги, знания и их применение. Но опять же, необходимо понимать, что высокотехнологические отрасли требуют соответствующих финансовых вкладов.
В науке, как правило, остаются работать люди, которые действительно мыслят научно и креативно, которые хотят заниматься интеллектуальной и высоко технологической работой, но им же кушать тоже нужно. Сегодня аспирант получает стипендию в среднем порядка 2000 грн. Это же просто издевательство над здравым смыслом! Мои лучшие студенты, которым я читала курс лекций по клеточной и генетической инженерии в Киевском национальном университете им. Шевченко, которые хотели и могли бы много интересного и полезного сделать в науке для Украины, вынуждены были уехать на Запад, чтобы реализовать свою мечту, или ушли в бизнес, став просто офисным планктоном, потому что там выше зарплата. Научный потенциал еще сохраняется во многих научных институтах. В той же Национальной академии наук есть достаточно много грамотных, талантливых специалистов среднего возраста, прошедших обкатку на Западе, но желающих работать дома, однако в нынешних условиях это практически невозможно будет делать при таком отношении к науке.
О коммуникации и мысленных экспериментах
Совсем недавно я принимала участие в мероприятии, организованном Еврокомиссией, на котором обсуждали вопросы финансирования науки в ЕС, инновациях и взаимодействии науки и бизнеса. Оказывается, проблемы в коммуникации бизнесменов и ученых существуют и на Западе. Было отмечено, что нам всем надо чаще встречаться и больше общаться. Ученые должны предлагать инвесторам свои разработки, а те должны пояснять исследователям, чего они от них хотят, и во что они готовы вкладывать деньги. Между ними должно царить взаимопонимание. И хотя бизнес всегда ориентирован на прикладные исследования, необходимо четко понимать, что для того, чтобы создавать прикладные разработки, надо сначала фундаментально разобраться во всех аспектах исследуемой области. Как говорил Луи Пастер: «Нет прикладных наук, есть только приложения науки». То есть, существует наука и ее применение в жизни, связанные между собой так, как плод с тем деревом, на котором он созрел. Нельзя хотеть сразу разработку, если мы игнорируем фундаментальные исследования.
Но бизнес винить нельзя, финансирование науки должно быть политикой государства. Рональд Рейган когда-то говорил, что США не потому вкладывают большие деньги в науку, что они богаты, а богаты они потому, что вкладывают деньги в науку.
Есть очень четкая цепочка: хорошее образование – передовые исследования – развитая экономика. Не будет развитой экономики, если какое-то из звеньев пропущено. Образование уже очень падает, лекторы не могут подкрепить свои лекции практическими занятиями. Преподаватели во многих университетах сегодня вынуждены на пальцах показывать студентам, как что делается, предлагая им ставить мысленные эксперименты, потому что для вузов приобретение реактивов для проведения практических занятий – неподъемная задача.
Когда после окончания университета к нам приходят в аспирантуру или работать выпускники вузов, это зачастую недостаточно подготовленные в теоретическом, и тем более практическом плане кадры, они не могут качественно выполнять научные задачи. Приходится заново их обучать, при этом они тратят свое драгоценное время в аспирантуре, чтобы успеть провести современные исследования в области биотехнологии. Поэтому, если мы не хотим оставаться аграрно-сырьевым придатком, единственный выход для нас – это финансирование и поддержка науки на государственном уровне.
О популяризации науки и опыте США
Популяризация науки, безусловно, крайне важна в нашей стране. Информационная кампания, которая была направлена против ученых, сработала, наверное, потому, что наши исследователи больше были нацелены на получение результата и не находили времени на то, чтобы похвастаться своими достижениями, объяснить обществу, почему же они ценные и важные. Бесспорно, нужно говорить о том, что мы можем, и какие исследования мы проводим в своей стране. Важно, чтобы общество понимало, что такое наука, что такое научный прогресс, и зачем нужны научные исследования. В США, например, люди очень доверяют тому, что делают ученые, они верят в новые технологии, они в большинстве своем прощают ученым ошибки и просчеты, поэтому в научном плане американцы – очень технологическая нация.
В науке также очень важна профессиональная коммуникация и академическая мобильность. У тех же американцев, в отличие от европейцев, взносы за участие в конференциях небольшие, особенно для студентов и молодых специалистов. Чтобы подаваться на проекты программы Горизонт 2020, о которой сейчас много говорят чиновники, мы, ученые, должны, по крайней мере, для начала знать друг друга. А для этого надо общаться, ездить на конференции, встречаться друг с другом, ведь, не секрет, что личное знакомство – это залог будущего успеха. Только недавно отменили абсолютно безрассудное постановление, согласно которому ученый, чтобы поехать на конференцию, должен был получить письменное разрешение у вице-премьера.
Для ученых крайне важно регулярно посещать свои профессиональные мероприятия, чтобы быть в курсе. К примеру, на годичное собрание Американского общества клеточных биологов, членом которого я являюсь, каждый год приезжает порядка 5-6 тыс. участников, среди которых больше половины – молодые ученые. Туда приглашают нобелевских лауреатов, знаменитых ученых, чтобы те прочитали лекции, пообщались с аудиторией, рассказали о своих планах. Это мероприятие – как ярмарка идей и научных открытий, все общаются по интересам, обмениваются опытом, вывешивают постеры со своими результатами, которые оргкомитет тщательно заранее отбирает, кто-то предлагает, а кто-то ищет работу. Это своего рода большая тусовка ученых, которую многие стараются не пропустить, поскольку она дает возможность с глазу на глаз пообщаться с зарубежными коллегами, когда они рассказывают о своей работе, а ты им о своей. Это такой масштаб! Серьезный подход, серьезное финансирование, серьезные научные результаты.
У нас общество мало интересуется, чем занимаются ученые, поэтому отношение к нам преимущественно «вы дармоеды, тратите государственный бюджет». В последние годы еще и нивелировалось звание профессора, потому что многие чиновники в погоне за получением научных степеней и званий очень испортили репутацию ученых. Но молодежь должна четко понимать: наука нужна нам, это наше будущее.
Где бы я ни была в последнее время за рубежом, принимая участие в различного рода мероприятиях, везде говорят практически одно и тоже: «Украина – очень привлекательная страна, потому что у вас солидный интеллектуальный капитал и очень мощные разработки. Доносите это до своих политиков и чиновников. Нам вы нужны, нам вы интересны. Но для начала попробуйте помочь себе сами, попробуйте пробить брешь и найти деньги внутри страны для поддержания и дальнейшего развития науки».
О разумности прогресса
Будет ли будущее трансгуманистическим? Я оптимистка, поэтому уверена, что да. Достижения науки и различного рода разумные технологии обязательно будут направлены на улучшение существования человека, будут обязательно решены многие проблемы, связанные с лечением сложных и редких заболеваний, со старением, и люди, непременно, будут жить в будущем намного дольше. Я считаю, нет места грязным технологиям, направленным против нас самих. Добро ведь всегда побеждает зло. Хотя всегда в жизни нужно быть бдительным и предусмотрительным. Все, что пока делается – делается во благо, двигает человечество вперед, дает ему новые возможности. Мы уже вскоре летим на Марс, создаем электромобили и дома с солнечными батареями вместо крыш. Пока все не так уж плохо. Я не думаю, что человечество настолько глупо, чтобы уничтожить себя.
Оригинал материала опубликован на platfor.ma
Автор: Евгения Дольская
