Появление таблеток для ДНК не за горами

Ученый-биолог объяснил посетителям клуба в Академгородке, почему они все еще живы

В Академгородке реанимировали интеллектуальные вечеринки, которые набрали популярность в Новосибирске после появления проекта «Умная среда» и впали в летаргию после его закрытия. Проект сайенс-кафе «Эврика!» в клубе «НИИ КуДА» запустили в конце весны, решив доказать, что монолог хорошего ученого может оказаться интереснее конкурса мокрых футболок. Спустя два месяца научно-популярные вечеринки вышли на проектную мощность и могут быть рекомендованы к посещению, убедился корреспондент НГС.НОВОСТИ, внимательно выслушав лекцию биохимика Дмитрия Жаркова «Почему мы все еще живы, или Как клетки лечат ДНК». Лекция публикуется в сокращении.

Мутация, которая основала США. Английский король Георг III прославился тем, что при нем Америка отделилась от Англии. Как же это случилось? В конце XVIII века король подписал закон о налогах на чай. Американцы использовали его как способ возмутиться, произошло знаменитое Бостонское чаепитие, в ходе которого первые американские революционеры взобрались на борт торгового судна, которое стояло возле Бостона, и выбросили за борт все тюки с чаем. Для американцев этот момент стал сродни нашему выстрелу «Авроры». Началась американская революция, а потом и доминирование Соединенных Штатов в новом мире.

Но почему Георг III подписал этот акт, хотя советники говорили ему этого не делать? Еще в детстве у короля заметили странные припадки. Современные врачи по описаниям докторов того времени ставят ему диагноз «мозаичная порфирия». Эту болезнь вызывает мутация в одном из генов, которые отвечает за синтез гемоглобина. Гемоглобин производится плохо, а вот промежуточные продукты, наоборот, накапливаются, идут в мозг, отравляют организм. Болезнь не смертельная, можно даже королем с ней стать, как видите. Однако в результате у Георга III постоянно происходили помутнения сознания, они могли длиться месяц-два. Но поскольку он все равно король, ему же не возразишь! И вот в ходе одного из таких помутнений он как раз и подписал тот акт, который привел к отделению Америки. Вот так мутация в одном гене изменила судьбу мира.

Жизнь, которая нас убивает. В каждом из нас примерно 10 триллионов клеток. Каждая клетка несет примерно 30 тысяч генов, которые рассказывают, как производить тот или иной белок. То есть в основе нашего организма — примерно 30 тысяч рецептов. Мы имеем огромный поток информации из ДНК через РНК к белку, и это довольно сложная машина. Сломать в ней можно очень многое, мы живем в очень опасном мире. Когда мы выходим на солнце, ультрафиолетовое излучение повреждает ДНК. Когда мы летаем на самолете и даже когда не летаем, на нас действует космическая радиация, которая повреждает ДНК. Когда после дождика мы дышим свежим воздухом, на нас действует озон, а когда выходим на берег и вдыхаем его запах, на нас действует бромистый метил — которые тоже повреждают ДНК. Когда мы заболеваем, наши клетки начинают бороться с инфекцией, выделяя вещества, которые повреждают ДНК. Когда мы нервничаем, повышается синтез гормонов, в ходе чего повреждается ДНК. И даже когда мы замуровались в подвале, из горных пород вытекает газ радон, который повреждает ДНК. Когда мы выпиваем чашку кофе, доказал классик биологии Брюс Эймс, в ней содержится примерно 500 соединений, которые оказались канцерогенными в опытах на крысах. И даже когда мы вообще ничего не делаем, не дышать мы все равно не можем, а в процессе этого высвобождаются активные формы кислорода, которые тоже повреждают ДНК!

Представьте себе Транссибирскую магистраль — 9 тысяч километров от Москвы до Владивостока. И если бы эта магистраль каждой день получала столько же повреждений, сколько получает ДНК одной клетки, то это соответствовало бы одной поломке на каждые 100 метров. Повреждение ДНК — это еще не мутация, но после деления клетки и удвоения этой ДНК это уже приводит к геномной нестабильности и приводит к различным неприятным вещам. Это рак, это старение, и так далее.

Почему мы до сих пор живы? Репарация — это слово, которое объясняет, почему мы до сих пор живы. Репарация ДНК — это несколько процессов, которыми занимаются специальные клеточные машины. Они не дают повреждению ДНК превратиться в мутацию. Белки репарации постоянно патрулируют нашу ДНК, выискивают повреждения и чинят их.

Повреждения ДНК могут быть самые разные — от ультрафиолета одни, от радиации другие, всего таких повреждений может быть больше сотни видов. Выгодно ли организму на каждое повреждение заводить специальный белок, который бы его чинил? Нет, невыгодно. Выгодно ли сделать одну систему, которая репарировала все? Тоже невыгодно. Во-первых, сложно сделать так, чтобы она узнавала все повреждения, во-вторых, это будет менее эффективно, чем сделать несколько белков, которые будут опознавать свой спектр повреждений.

Так у человека появилась «футбольная команда» — одиннадцать белков-гликозилаз, каждый из которых узнает свой набор повреждений, патрулируя генетическую цепочку подобно железнодорожным обходчикам.

Но, допустим, гликозилаза не успела сработать, произошла репликация и возникла предмутагенная ситуация. И здесь вступает другой белок, который вырезает не поврежденное, а нормальное основание, давая шанс белку исправиться. Если не исправится — он будет накручивать этот цикл, пока белок не вставит нормальное основание. Никакой инженер не придумал бы лучше: всего два белка обеспечивают ремонт самого распространенного повреждения ДНК, которое вызывает так называемый 8-оксогуанин.

Новые лекарства. Понятно, что если есть белки, которые чинят ДНК, можно попытаться сделать лекарства на их основе. Допустим, одна американская фирма выпускает кремы, которые содержат ферменты репарации. Они их активно пиарят как средство, с помощью которого вы точно не обгорите на солнце и не получите онкозаболевания, с этим связанные. Стоит в десять раз дороже обычного крема, насколько хорошо помогает, я, честно говоря, не знаю.

Другое лекарство еще не создано, но, возможно, будет создано в ближайшие годы. Существует бактерия под названием Deinococcus radiodurans. Это бактерия, которая может жить в атомном реакторе — точнее там, где температура уже нормальная, но из-за радиации больше никто жить не может. Ученый по имени Мирослав Радман сделал первое открытие в 23 года и сразу стал классиком. В прошлом году на конференции во Флоренции он доложил, что занялся исследованием Deinococcus radiodurans. И открыл очень интересную вещь: если взять эту бактерию и другую, самую обычную, например кишечную палочку, и облучить их высокой дозой радиации, то и у той, и у другой ДНК разрывает просто в клочья. Но если потом подождать несколько часов, то у кишечной палочки все остается в том же состоянии, а у динококкуса все сшивается обратно, в совершенно нормальную ДНК. Оказалось, что у этой бактерии очень хорошая система репарации — но не самой ДНК, а белков. То есть сначала репарируются белки, а они восстанавливают ДНК.

Свою речь Радман закончил так: «Я не знаю, какой механизм репарирует белки, но когда узнаю, я съем это первым». Так что таблетки, поддерживающие ДНК в здоровом состоянии, возможно, не за горами.

Хорошо, когда ДНК хорошо репарируется у нас. Но, с другой стороны, плохо, когда она хорошо репарируется у наших врагов. Например, при лечении рака репарация ДНК в клетках опухоли снижает эффективность очень многих лекарств. И сейчас ингибиторы, подавляющие репарацию, начинают использовать, чтобы усилить эффективность средств против рака.