Российский ученый раскрыл новый механизм хранения наследственной информации в ДНК

Российский ученый Максим Никитин открыл новый механизм хранения информации в ДНК. Его открытие поможет исцелить неизлечимые болезни и замедлить старение.

Максим Никитин, работающий в Научно-технологическом университете «Сириус» (Сочи) и Московском физико-техническом институте, недавно опубликовал в Nature Chemistry (один из самых авторитетных научных журналов мира. — «ВМ») результаты своих исследований, которые он вел в течение девяти лет. Итогом этой работы стало открытое Никитиным явление, которое ученый назвал молекулярной коммутацией. (Кстати, наш ученый — единственный автор статьи, что в подобных изданиях встречается крайне редко; обычно за той или иной публикацией стоит группа авторов-ученых.)

В научном мире открытие Максима Никитина уже назвали прорывным. «Вечерняя Москва» попросила своих экспертов прокомментировать это событие и оценить его перспективы. Что же дает открытие российского ученого человечеству?

Утер нос британцам

В середине прошлого века британские биологи Уотсон и Крик сделали важное открытие. Они выяснили, что молекула ДНК имеет две спирально закрученные цепи, которые связаны парами оснований. Считалось, что ДНК хранит и обрабатывает информацию за счет структуры двойной спирали, однозначно соответствующих друг другу, то есть комплементарных молекулярных цепей.

Этот закон показывал возможность восстановления одной цепи за счет другой и объяснял сущность процессов передачи наследственной информации на молекулярном уровне. Теория двойной спирали была настолько понятна, что следующие 70 лет ученые придерживались ее, не учитывая возможности существования иных взаимодействий.

А Максим Никитин решил доказать, что ДНК может хранить и передавать информацию за счет других взаимодействий, которые реализуются, если молекулы имеют низкое «сродство» друг к другу. Также он показал, что короткая ДНК может регулировать работу гена, даже если не комплементарна ему. Это открытие стало прорывным в мире науки. Фундаментальный феномен позволит ученым познать природу самых разнообразных процессов, начиная от сложных заболеваний, тайн генетики, мгновенной памяти и старения до вопросов возникновения жизни на Земле и ее эволюции. Это же позволит улучшить специфичность генной терапии и безопасность ДНК/РНК-вакцин за счет выявления и снижения побочных реакций на препараты во время лечения.

Гипотеза теория?

Научный сотрудник Института биохимической физики РАН, геронтолог Валерий Мамаев полагает, что в случае с открытым Максимом Никитиным феноменом речь скорее о гипотезе.

— Чтобы понять, как именно работает ДНК, в свое время была выдвинута масса гипотез. По всей видимости, мы имеем дело с одной из них, — говорит Валерий Мамаев. — Теперь задача ученых — найти этой гипотезе экспериментальное подтверждение и превратить ее в полноценную теорию. А потом работать уже с ней.

Эксперт привел пример: в свое время была выдвинута гипотеза, что замедлить старение способны антиоксиданты. Ну, например, витамины С или Е. Однако экспериментальные исследования показали, что нет, не совсем так — далеко не все антиоксиданты и отнюдь не во всех случаях замедляют износ организма. Плюс многое зависит от дозировки. Так что феномен молекулярной коммутации, по словам геронтолога, требует проверки.

Впрочем, как следует из опубликованной Максимом Никитиным статьи, экспериментальное подтверждение ряда его выводов о природе молекулярной коммутации уже получено. Таким образом, речь все же идет не о гипотезе, а о научной теории.

К слову, люди, от мира науки далекие, эти два термина путают, считая синонимами, но это не так. Теория — это объяснение, которое ее автор дает тому или иному исследуемому аспекту природы. И эту свою теорию исследователь с помощью научного метода, используя принятые протоколы наблюдения, измерения и оценки результатов, проверяет, перепроверяет и подтверждает экспериментально. Гипотеза же — это предположение, которое ученый выдвигает с целью объяснить то или иное явление. Любая гипотеза требует теоретического обоснования и подтверждения посредством серии экспериментов.

Редактор ДНК

В последние годы большую популярность также набирает генная терапия: лечение тяжелых заболеваний при помощи генной инженерии. И это напрямую связано с внесением направленных изменений в геном человека. В медицинской литературе описаны самые разные способы доставки «исправленных» генов в организм человека, если доказано, что какой-то ген, имеющий дефект, приводит к развитию заболевания. Специалисты используют для этого кровь самого человека, клетки других органов и даже специальные аэрозоли.

— Как правило, при разработке и подборе генной терапии для тяжелых болезней ученые среди прочего выясняют, будет ли безопасна экспрессия (то есть преобразование информации в белок нового гена), насколько безопасно попадание «поправленного» гена в другие ткани, как долго будет функционировать модифицированная клетка, будут ли атакованы новые клетки иммунной системой организма хозяина, — поясняет кандидат медицинских наук геронтолог Сергей Варшавский.

По словам эксперта, сегодня считается, что большие перспективы есть у лечения таким способом онкологических заболеваний, тяжелых иммунодефицитов, сахарного диабета и других серьезных хворей.

— Главная проблема генной терапии — экспериментальный подход. Иными словами, последствия, которые влекут за собой манипуляции с генетическим материалом, не до конца изучены, — добавляет Сергей Варшавский.

В последние годы ученые возлагают большие надежды на так называемый метод генного редактирования CRISPR/Cas9, который должен, как считается, значительно упростить встраивание нужного гена в ДНК любого организма или его удаление оттуда. Пока специалисты сомневаются, так ли безупречен метод, выяснилось, что его использование может привести к повреждению ДНК.

— В любом случае исследования ДНК и способов передачи генетической информации крайне необходимы, — уверен Сергей Варшавский. — Люди могут научиться справляться со многими заболеваниями, если получат полную информацию о ДНК. Плюс, конечно, есть шанс снизить риск возникновения разного рода «побочки» при генной терапии.

И если исследования в области молекулярной коммутации Максима Никитина дадут положительные результаты, то, вероятно, уже в обозримом будущем отредактировать геном будет немногим сложнее, чем сменить прическу: пощелкает наноробот-парикмахер своими наноножничками — чик-чик — готово! Фантастика? Поживем — увидим.

ДОСЬЕ

36-летний Максим Никитин — доктор физико-математических наук. Автор более 70 научных статей, опубликованных в том числе в престижных журналах группы Nature, и обладатель 10 с лишним патентов. Более 10 лет назад молодой ученый одним из первых в мире начал заниматься созданием умных наноматериалов для биомедицины и развил фундаментальные основы автономных биомолекулярных вычислительных систем. Создает, в частности, нанороботов, пытаясь победить рак. Член Совета при президенте России по науке и образованию.

ПРЯМАЯ РЕЧЬ

Максим Никитин, заведующий лабораторией нанобиотехнологий МФТИ:

— Раньше все говорили, что если ДНК регулирует работу гена, то она должна максимально с геном совпадать. А я доказал, что если мы возьмем ДНК, максимально непохожую на ген, то выясним, что она тоже на ген влияет. Если нам удастся доказать, что этот механизм влияния тоже используется природой (чтобы, допустим, работала наша память) или этот механизм обуславливает процесс старения, то у нас появляется «входная дверь», чтобы с этим знанием поработать. Например, улучшить память. Или замедлить старение. В своей статье в Nature Chemistry я даю четкие инструкции, как сделать так, чтобы применяемые сейчас генотерапевтические препараты стали безопаснее, и как убрать их возможные побочные эффекты. Ведь сейчас, например, ученые не могут понять, почему у препарата появился тот или иной побочный эффект. А секрет может быть именно в коротких цепях ДНК, которые никто никогда не учитывал. А ведь мои эксперименты показали, что цепи влияют на гены, они могут ими управлять. Есть шанс, что мы нашли ключи к разгадке, например, возникновения многих тяжелых заболеваний.

ЧТО СДЕЛАЛИ РУССКИЕ ДЛЯ МИРОВОЙ НАУКИ

Вклад наших ученых в мировую науку невозможно переоценить. Вот лишь малый список достижений российских ученых и изобретателей.

■ Андрей Белозерский — биохимик, один из основоположников молекулярной биологии, открыл ДНК в высших растениях.

■ Сергей Брюхоненко — физиолог, создал первый в мире аппарат искусственного кровообращения.

■ Александр Бутлеров — химик, первым сформулировал основные положения теории химического строения органических соединений.

■ Владимир Вернадский — ученый-естествоиспытатель, создал науку биогеохимию, положил начало научным школам минералогии и геохимии. Занимался кристаллографией, геологией, почвоведением, радиогеологией, биологией, палеонтологией, метеоритикой, философией и историей науки.

■ Георгий Георгиев — биохимик, открыл РНК в ядрах клеток животных.

■ Владимир Демихов — биолог и один из основоположников трансплантологии, первым в мире осуществил пересадку легких и первым создал модель искусственного сердца.

■ Дмитрий Ивановский — микробиолог и физиолог, стал основоположником вирусологии.

■ Николай Дубинин — генетик, открыл дробимость гена.

■ Илья Мечников — биолог, один из основоположников эволюционной эмбриологии. Автор термина «геронтология».

■ Мстислав Новинский — ветврач, заложил основы экспериментальной онкологии.

■ Иван Павлов — физиолог, создатель науки о высшей нервной деятельности, лауреат Нобелевской премии.

■ Николай Пирогов — хирург, основоположник русской военно-полевой хирургии и школы анестезии.

■ Иван Сеченов — физиолог и естествоиспытатель, создал первую российскую физиологическую научную школу, написал книгу «Рефлексы головного мозга».

■ Святослав Федоров — офтальмолог, первым в мире провел операцию по лечению глаукомы. Вместе с Валерием Захаровым создал один из лучших искусственных хрусталиков в мире.