Поиск по сайту
О журналеПроектыОформить подпискуКонтакты

Информационно-аналитический журнал

Новости образовательных организаций. Аналитические материалы. Мнение экспертов.
Читайте нас в
социальных сетях
ВУЗы
НовостиВузыБолонский процессНегосударственное образованиеФГОСУМОФедеральные вузыВнеучебная работа
Образование в России
ШколаСПОДПОЗаконодательствоРегионыМеждународное сотрудничествоОтраслевое образованиеСтуденчество
Качество образования
АккредитацияРейтингиТехнологии образованияМеждународный опыт
Рынок труда
АнализРаботодателиТрудоустройство
Наука
Молодые ученыеТехнологииКонкурсы
Вузы России

Исследования выпускника Новосибирского госуниверситета помогут в борьбе с раком

Выпускник Новосибирского государственного университета и его коллеги из США и Франции нашли участки в ДНК, воздействие на которые приводит к гибели раковых клеток. Кроме этого они раскрыли функции дополнительных 10% ДНК в геноме.

Просмотров: 1425

«Чего греха таить: половина, ну если не половина, то процентов сорок учёных в биологических лабораториях всего мира ломает голову над тем, как победить рак», – говорит сотрудник Института систем информатики им. А.П. Ершова СО РАН, соучредитель и директор компании «Новые программные системы» Дмитрий Штокало. Ему и его коллегам из США и Франции удалось, возможно, ближе всех подойти к решению этой глобальной задачи. Они нашли участки в ДНК, воздействие на которые приводит к гибели раковых клеток. 

И это ещё не всё. Эти учёные раскрыли функции дополнительных 10% ДНК в геноме. Что это значит для мировой науки, судите сами: до 98% ДНК генома считалось «мусором».

Другими словами, научная общественность полагала, что только 2% ДНК выполняет важную функцию; биологическая значимость остальной части ДНК оставалась под сомнением. Парадигма так называемой мусорной ДНК долгое время господствовала в научной среде. Следовательно, львиная доля человеческого генома, якобы не имеющая смысла, изучалась значительно менее интенсивно.

В 2012 году международный консорциум ENCODE представил результаты своих исследований: до 80% генома человека является биологически активной материей с неизвестной функцией, или так называемой тёмной материей. Веские доказательства её биологической значимости оставались перспективой будущего. Как оказалось, совсем недалёкого.

Международная команда учёных, в состав которой входят новосибирские математики и программисты, молекулярные биологи из университетов и научных институтов США и Франции, не только приумножила наши знания о дезоксирибонуклеиновой кислоте – носителе генетической информации, но и выяснила, как функционирует часть ДНК, до сих пор слывшая бездеятельной.Неслучайное событие

На протяжении шести десятков лет учёные всего мира ступенька за ступенькой поднимаются по самой неизведанной «винтовой лестнице» – двойной спирали ДНК. «Подъём» по ней стал возможен благодаря биологам Фрэнсису Крику и Джеймсу Уотсону и биофизикам Морису Уилкинсу и Розалинде Франклин: в 1953 году их усилиями свершилось революционное открытие структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Это событие позволило человечеству надеяться на расшифровку генома человека. Спустя 50 лет произошло и это: в 2003-м генетическая информация человека была прочитана.

«Люди преисполнились оптимизмом: ага! вот теперь-то мы поймём, как работает клетка, узнаем, в чём причины болезней, начнём побеждать неизлечимые рак, гепатит, туберкулёз... В экономической сфере был большой всплеск – инвесторы инициировали огромные финансовые вливания в исследования ДНК. Однако лет через пять оптимизм поугас. ДНК-то прочитали, а что дальше с этим делать? Понять, как код ДНК работает, очень трудно. Как всегда, оказалось, что природа гораздо сложнее, чем мы думаем», – выносит вердикт Дмитрий Штокало.

Разгребание генетического мусора началось для него с изучения нового класса РНК, который три года назад открыл русскоговорящий американец, известный в мире специалист по исследованию «тёмной материи» ДНК Филипп Капранов, работающий в Институте Сен-Лорен (штат Род-Айленд, США).

Vlinc-РНК («влинки») – такое название получили обнаруженные им молекулы рибонуклеиновых кислот: very long intergenic noncoding – «очень длинные межгенные некодирующие». Цепи, из которых состоят эти РНК, значительно длиннее, чем у открытых годом ранее linc-РНК, поэтому появилось дополнение «very» – «очень».

До исследований Капранова большинство участков ДНК, которые кодируют vlinc-РНК, считались мусорными – не несут информацию о белках. Однако учёный установил, что они выполняют некую регуляторную работу.

«Изначально мы знали, что гены, кодирующие vlinc-РНК, – это просто интервалы в геноме, которые каким-то образом работают, но не знали, зачем они нужны и как активируются, – начинает свой рассказ о пройденном пути Дмитрий Штокало. – У нас был развит некоторый математический аппарат, посвящённый тому, как анализировать интервалы в геноме. Мы начали его применять и смотреть, что находится рядом с нашими интервалами, кодирующими vlinc-РНК».

Оказалось, что в этих частях генома скапливается достаточно много остатков вирусных промоторов – участков ДНК, активирующих расположенные рядом с ним гены. Однако у учёных оставалось сомнение: работают ли они, активируют ли они гены «влинков»? Или, может быть, это просто нефункциональный «мусор»?

Решили провести эксперимент с подсаживанием промоторов к гену «светящегося белка» люциферазы – поставили его в США. Если промотор активирует люциферазу (это можно легко наблюдать, т.к. белок светится), то значит, он активирует и «влинки». Эксперимент подтвердил это предположение, то есть показал, что вирусные промоторы не просто присутствуют по близости с vlinc-РНК, а действительно в этих участках работают. «Вирусы в процессе эволюции привнесли свои промоторы в нашу ДНК, промотор – активирует наши “влинки”», – озвучивает вывод, подтверждённый в ходе эксперимента, Дмитрий.

Бороться и искать, найти и понять

На познании того, как активируются vlinc-РНК, учёные не остановились: решили изучить их поведение, основываясь на технологии секвенирования (определения нуклеотидной последовательности) РНК.

Американская сторона сделала ставку на новую технологию секвенирования Helicos – без предварительной амплификации, то есть без искусственного «размножения» секвенируемых молекул РНК. Это позволяет замечать очень малые изменения в интенсивности работы генов и точнее оценивать цифровую экспрессию – как ДНК-код копируется в РНК-код.

По технологии Helicos, в создании которой принимали участие выходцы из СССР, в том числе вышеупомянутый Филипп Капранов, были отсеквенированы РНК нормальных и раковых клеток. Из базы консорциума ENCODE подняли результаты секвенирования РНК нормальных, раковых и стволовых клеток.

«В ENCODE проводили секвенирование на другой машине – Illumina, по отличной от нашей технологии, и интересно, что результат оказался устойчив, – объясняет мой собеседник, под машиной имея в виду секвенатор. – В тканях, одинаковых и у них, и у нас, мы нашли одни и те же vlinc-РНК. Это подтверждает, что мы нашли не что попало».

Институт систем информатики СО РАН Если посмотреть на мировые открытия, причастных к ним российских учёных достаточно много, но обычно они базируются в университетах США, Европы, Японии, Сингапура. Дмитрий Штокало и его коллеги же работают в новосибирском Академгородке, в котором математика традиционно находится на позиции царицы наук. На фото: Институт систем информатики им. А.П. Ершова СО РАН, учёные которого участвовали в исследовании влинков

Следующим этапом исследования стал подсчёт «влинков». Взяли нормальные, раковые и стволовые клетки. Посчитали, в каких клетках vlinc-РНК больше и в каких они более всего связаны, или, как говорит Штокало, ассоциированы, с промоторами вирусов.

«В процессе подсчёта проходится вся ДНК человека – ищутся фрагменты с высоким сигналом, который означает, что эти фрагменты работают. Сигнал на участке ДНК – это целое число: ноль, один, два, три и так далее, которое показывает, сколько копий РНК было прочитано с данного участка ДНК, – объясняет Дмитрий. – Затем нужно очистить полученные результаты от шума, применить ряд математических методов. Это, в общем-то, не сложно, но если ты не знаешь, какую цель преследуешь, сложно дойти до конца».

Исследователи vlinc-РНК понимали свою цель – искали именно этот класс рибонуклеиновых молекул, так как наверняка знали, что они существуют. Во всех проанализированных тканях учёные обнаружили «влинки» и убедились в том, что в раковых и стволовых клетках их больше, чем в нормальных. То есть чем сильнее «раковость» и чем больше плюрипотентность клетки (чем больше она «стволовая»), тем интенсивнее нарабатываются vlinc-РНК. В клетках нормальной ткани их концентрация заметно ниже.

Запрограммировать смерть

Что было дальше? Команда новосибирских математиков-программистов и учёные, представляющие университеты и научные институты США (Институт Сен-Лорен, Университет Брауна, Темпльский университет, Университет Джорджа Вашингтона, Университет Дрекселя, Университет Южной Калифорнии) и Франции (Тулузский университет), принялись изучать биологические возможности, связанные с vlinc-РНК.

Пожалуй, самым главным этапом исследования стал очередной эксперимент, в ходе которого учёные ингибировали, то есть заблокировали, некоторые виды vlinc-РНК в раковых клетках. И тогда раковые клетки покончили жизнь самоубийством!

По-научному это называется апоптозом. Результат оказался уникальным: до сих пор не было известно, чтобы воздействие на некодирующие РНК – молекулы РНК, которые не транслируются в белки, – приводило к гибели раковых клеток.

«Апоптоз, запрограммированная смерть клетки, – это очень инертный процесс. Чтобы его запустить, нужны серьёзные изменения, как правило, в области белков. А здесь мы воздействуем только на один вид РНК, не кодирующий белок, – и клетка уходит в апоптоз», – не скрывает своего удивления Дмитрий Штокало.

«Сначала, когда мы подали статью в Nature, её очень быстро отфутболили, – подбирает точные выражения математик. – Вероятно, подумали, что недавний цикл статей в их журнале от консорциума ENCODE достаточно полно отражает новые знания о геноме человека и тему можно не муссировать. Статью позднее опубликовали в Genome Biology».

Называть Дмитрия математиком, конечно, справедливо, но не совсем точно. Он представляет молодую отрасль науки, в России ещё не всем понятную, а многим и вовсе неизвестную: имя ей – биоинформатика.

«Это применение математики для решения биологических, генетических задач», – Дмитрий даёт ёмкое определение непопулярной в России науке, в последние десять лет являющейся престижной высокооплачиваемой профессией на Западе.

«Когда говоришь кому-то, что ты биоинформатик, все недоумевают: “О! А чё это такое?” – учёный нарочно проговаривает “что” на просторечный лад. – Говоришь “программист” – все понимают».

Формульный подход

Сейчас команда Штокало и его зарубежные коллеги заняты анализом нового материала – нескольких сотен тканей и клеточных линий человека. Наблюдают за поведением всё тех же vlinc-РНК.

«Видим, что стволовая клетка в течение нескольких суток перестаёт быть стволовой, выбирает себе специализацию и становится нормальной. Интенсивность работы “влинков” угасает со временем. То есть по мере того, как клетка перестаёт быть стволовой, она перестаёт вырабатывать vlinc-РНК. Пока нельзя сказать, являются “влинки” причиной или следствием раковости или стволовости. Но факт остаётся фактом: когда мы заблокировали некоторые из “влинков”, раковые клетки умерли», – Дмитрий акцентирует внимание на главном результате, который стал возможным благодаря успешной коллаборации учёных нескольких стран.

Причём это сотрудничество тоже уникально, как и достижения этой группы исследователей. Уникально прежде всего для нашей страны: к раскрытию потенциала vlinc-РНК приложили руку учёные, которые работают непосредственно в России. Если посмотреть на мировые открытия, причастных к ним российских учёных достаточно много, но обычно они базируются в университетах США, Европы, Японии, Сингапура. Дмитрий Штокало и его коллеги же работают в новосибирском Академгородке, в котором математика традиционно находится на позиции царицы наук.

Перефразируя Иосифа Бродского, который писал о звезде «математически далёкой», можно сказать, что человеческий геном Дмитрию Штокало «математически близок». Однако сам математик-биоинформатик с этим, вероятно, не согласится.

«Периоды восприятия математики у меня в жизни сменяются: иногда думаю, что действительно всё описывается математикой, потом проходит время – начинаю сомневаться: нет, есть что-то, не доступное математике, либо доступное, но той математике, которую мы ещё не знаем, – делится своими размышлениями Дмитрий Штокало. – Когда работаешь с биологическими данными, это особенно чувствуется. Зачастую нельзя сделать предсказание точнее, чем на 80%. У природы всегда есть исключения из правил. Всегда есть факторы, которые невозможно учесть в своей математической формуле. Какую бы ты формулу ни подобрал, она не будет работать на 100%».

Сегодня команда Дмитрия Штокало продолжает развивать математический аппарат, чтобы извлекать полезное знание из экспериментальных данных, а их в современном мире очень много. Пока гораздо больше, нежели эффективных математических методов, с помощью которых их можно обработать, а обработав – понять.

Галина Казарина (Журнал New Scientist RU (ноябрь, 2013).В открытом доступе полную версию статьи можно найти здесь.

Ссылка на оригинал статьи

Нашли ошибку на сайте? Выделите фрагмент текста и нажмите ctrl+enter

Теги: наука, молодые ученые, новосибирский государственный университет

Похожие материалы:
Профессору НГУ Василию Пархомчуку присуждена премия Роберта Уилсона
Студенты ИрГТУ разрабатывают технологии шумоизоляции в автомобилях
Политехник открыл месторождение углеводородов под Пекином
Более 100 проектов представят в НИ ИрГТУ молодые ученые из 10 городов России
Научный ноябрь по-биологически
В НГУ прошел Всероссийский конгресс "Симбиоз-Россия 2015"
Презентация уникальных беспилотных летательных аппаратов в Челябинске
Научные исследования молодых ученых ТюмГМА
Ученые из НГУ выступят на всемирно известной конференции TEDx
Аспирант ИрГТУ из Вьетнама разрабатывает схему водоснабжения иркутской агломерации

При использовании любых материалов сайта akvobr.ru необходимо поставить гиперссылку на источник

Комментарии пользователей: 0 Оставить комментарий
Эту статью ещё никто не успел прокомментировать. Хотите стать первым?
Читайте в новом номере«Аккредитация в образовании»
№ 4 (112) 2019

Коммуникация. Как много в этом слове для нас с вами, уважаемые читатели, слилось. Что даёт последовательное и системное планирование, а, затем, и реализация коммуникативной составляющей своей деятельности? Человеку – чувство удовлетворенности своей жизнью; компании – культуру доверия и открытости; образовательной организации – успешное развитие информационной политики. Здесь, правда, без сюрпризов не обходится…
Анонс журнала

Партнеры
Популярные статьи
В рамках форума «Открытые инновации» пройдет конференция Sooner Than You Think
МОСКВА, 14 октября 2019года. — Глобальная технологическая конференция Sooner Than You Think:...
Южная Корея выступит страной-партнером форума «Открытые инновации 2020»
МОСКВА, 9 октября 2019. — Республика Корея приняла приглашение выступить страной-партнером IX...
В «Сколково» впервые пройдут иммерсивные экскурсии
МОСКВА, 10 октября 2019. —С 21 по 23 октября в Инновационном центре «Сколково» специально для...
Из журнала
#111Сочетание фундаментальных знаний и практических навыков в транспортном образовании
#109Риск-ориентированная модель в образовании: готовность №…
#102Армавирский машиностроительный техникум входит в сотню лучших ссузов страны
#102Зимовниковский педагогический колледж готовит кадры новой формации
#109ОмГПУ делится опытом проведения зимней языковой школы
Информационная лента
11:41В России планируется проведение исследования «PISA для школ»
09:36Якутия – один из центров развития цифровых технологий
15:20RusNanoNet: ученые АлтГУ и ИВМ СО РАН реализуют уникальный проект
14:48РФФИ объявит конкурс на лучшие проекты фундаментальных научных исследований
12:27ВГУЭС участвует в дискуссии о школьном образовании на ВЭФ