VIVOS VOCO: Г.В.Шпаковский о прогнозе Ф. Крика

ДВИЖИТЕЛЯМИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ
ПЕРВОЙ ТРЕТИ XXI ВЕКА
ПО-ПРЕЖНЕМУ БУДУТ
БЕСПРИМЕРНАЯ СЛОЖНОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
И УДИВИТЕЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ

Г.В. Шпаковский,

Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН,
117871, Москва, ГСП-7, ул. Миклухо-Маклая, 16/10

Биология ставит перед нами бесчисленное множество важных, интересных и нерешенных проблем. Отчасти это связано с изначально присущей этой науке сложностью, а отчасти - со страстным желанием познать окружающий мир и прежде всего самих себя.

Фрэнсис Крик

Наука о живом представляется мне превосходным, ослепительно освещенным залом, в который можно попасть только через длинную, вызывающую отвращение кухню.

Клод Бернар

Какие мысли и чувства вызывает сейчас, на пороге XXI века, короткая прогностическая статья Фрэнсиса Крика? Первое, что ощущаешь, - это глубокое уважение к личности автора, поистине одного из наиболее романтических творцов молекулярной биологии. На нашей памяти не было лучшего прогнозиста - его адапторная гипотеза (1955 г., см. [1]), появившаяся на самой заре молекулярной биологии и предвосхитившая столько важнейших экспериментальных открытий, оказалась, пожалуй, наивысшим эвристическим достижением биологии уходящего века. Для сравнения, в качестве примера упущенных эвристических возможностей достаточно привести концепцию мира РНК [2,3], тоже уже фактически общепринятую и, несомненно, очень ценную для современной науки о живом, однако сформулированную в четкой форме лишь после того, как основополагающие экспериментальные данные по этому вопросу (я имею в виду прежде всего доказательство существования у РНК ферментативных функций) были уже получены (см. [4,5]). А разве знания особенностей химической природы и механизмов биосинтеза РНК (в сравнении с таковыми для ДНК и белков) было недостаточно, чтобы понять, что именно РНК, и только она, могла быть первой самовоспроизводящейся молекулой на нашей планете?

Крик выбрал удачную форму своей заметки, ограничившись общими и весомыми рассуждениями, без излишней детализации в прогнозировании. Несомненно, подавляющее большинство высказанных им мыслей (даже о том, что вклад в мировую науку китайских ученых будет возрастать) оказались правильными и сохранили свою актуальность до наших дней. Вне всякого сомнения, в обозримом будущем (скажем, в первой трети XXI века) количество денег, выделяемых для биологических исследований, а также число научных работников этого профиля, многие из которых придут в биологию из таких наук, как физика, химия, математика, будет расти. Соответственно стремительно будет развиваться и физико-химическая биология. Остаются в силе и слова Ф. Крика о методах нашей науки - и сегодня мы тоже не видим, что какой-либо из основных методов физико-химической биологии (хроматография, использование радиоактивных изотопов, масс-спектрометрия, электронная и другие, еще более новые варианты микроскопии и т.д.) полностью себя исчерпал, а принципиально новые, во многом более совершенные методические подходы завоевывают свои позиции или находятся на подходе. Крик справедливо предвидел, что развитие вычислительной техники (компьютеров) и методов ядерного магнитного резонанса будет одним из основных факторов прогресса молекулярной биологии к концу XX века. Несомненно, эта тенденция, в особенности относительно роли компьютеров, сохранится и в XXI веке. Возможно, именно использование компьютеров сделает путь через "биологическую кухню" (по терминологии Клода Бернара) более быстрым и привлекательным.

Если говорить о конкретных предсказаниях, то кажется вполне вероятным, что в течение ближайших десятилетий прогресс в биологии во многом будет определяться успехами сравнительной геномики. При этом бурный рост структурной и эволюционной геномик, который мы наблюдаем уже сегодня, будет дополнен качественным скачком в геномиках функциональной и медицинской. Весьма вероятно, что будет наконец-то в основном решена проблема кишечной палочки, которую Ф. Крик сформулировал в обсуждаемой статье: раскрыть весь комплекс процессов жизнедеятельности (the total behaviour) отдельного микроорганизма, например Escherichia coli, включая все его ре-гуляторные механизмы.

Для многих, прежде всего моногенных, болезней человека будет определена их молекулярная природа и найдены пути их лечения с помощью таких относительно новых подходов, как генная терапия или адресная доставка лекарственных препаратов. Гораздо более понятным, прежде всего на генном уровне (участие и регуляция экспрессии конкретных генов), станет процесс развития многоклеточного организма, т.е. будет бурно развиваться молекулярная эмбриология. Многочисленные схемы передачи сигналов (signal transduction) станут настолько четкими и подробными, что это приведет к открытию новых обобщающих принципов "биологической проводимости".

Нет сомнений, биологам (прежде всего молекулярным биологам!) безработица или даже скука явно не грозит: к блестяще сформулированной фразе Ф. Крика о "природе биологии и источнике нашего извечного (особого) интереса к ней" можно лишь добавить, что практически каждый живой организм на нашей планете несет в себе хотя бы одну загадку (первородную тайну): редактирование РНК у простейших - яркий тому пример.

По-видимому, все еще останутся нерешенными три проблемы, о которых Крик говорил 30 лет назад, отмечая особые трудности в подходе к ним:

происхождение жизни на Земле (впрочем, благодаря концепции мира РНК в последние годы наметился реальный прогресс в этой области),
обитаемость других миров (судя по сообщению журнала Science от 30 июня с.г., на Марсе, возможно, существуют грунтовые воды в виде горячих источников [6]) и
молекулярная природа высшей нервной деятельности.

По всем этим вопросам несомненно будет достигнут очевидный прогресс, но до кристальной ясности будет по-прежнему далеко.

Нельзя не согласиться с Криком, что особые трудности в вопросе понимания природы нервной системы заключаются в том, что эта проблема затрагивает поведение сложной биологической системы целиком, как единого целого. Все же некоторые частные вопросы поведения высших организмов будут решены, по крайней мере на генном уровне. И снова здесь должна помочь геномика. Так, можно предположить, что благодаря секвенированию геномов разных пород собак с четкими поведенческими реакциями будут выявлены гены, ответственные за агрессивность, быструю обучаемость, послушание (верность хозяину) и т.д. Грядущая расшифровка и изучение полного генома человека и его сравнение с геномами некоторых человекоподобных обезьян приблизят нас к пониманию биологической сущности человека и, возможно, к разгадке молекулярных основ психических болезней сложной этиологии, таких, как шизофрения и эпилепсия. При этом, естественно, возрастет спрос на специалистов с обширными познаниями в биологии и медицине и одновременно в компьютерной технике.

Нельзя не коснуться таких животрепещущих проблем (ибо они напрямую связаны с продолжительностью человеческой жизни), как раковые заболевания и молекулярные механизмы старения. Думается, что рак мы вряд ли победим в течение обозреваемого периода (уж слишком базовые вопросы нашей жизнедеятельности затрагивает это заболевание), хотя и найдем более эффективные способы с ним сосуществовать. А вот в понимании механизмов старения сначала отдельной клетки, а затем и многоклеточного организма в целом нас, по-видимому, ждет определенный успех, прежде всего фундаментального плана, но с многообещающими перспективами практического приложения. Основой для такого оптимизма служат последние достижения молекулярных биологов в этой области, например группы Л. Гуаренте (см. [7]).

Подобно Ф. Крику, не будем касаться этических проблем в биологии. Однако заметим, что "биологическая ядерная бомба" - клонирование организмов - уже создана и остановить ее ("закрыть Америку") практически невозможно. Впрочем, опыт других видов клонирования (молекулярного, ПЦР) показывает, что общий эффект от этого научного прорыва должен быть весьма и весьма положительным.

Конечно же, реальный прогресс в физико-химической биологии скорее превзойдет все, даже самые смелые ожидания. Развитие науки в течение 30 лет, прошедших со времени заметки Ф. Крика, - убедительный аргумент в пользу такого оптимистического мнения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Crick F. // J. Mol. Biol. 1968. V. 38. P. 367-379.
2. Gilbert W. // Nature. 1986. V. 319. P. 618.
3. Gilbert W., de Souza S.J. // Introns and the RNA World. In: The RNA World. Second Edition / Eds R.F. Gesteland, T.R. Cech, J.F. Atkins. Gold Spring Harbor, N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1999. P. 221-231.
4. Kruger К., Grabowski P., Zaug A., Sands J., Gottschling D., Cech T. // Cell. 1982. V. 31. P. 147-157.
5. Guerrier-Takada С., Gardiner К., Marsh Т., Pace N., Altman S. // Cell. 1983. V. 35. P. 849-857.
6. Malm M.C., Edgett K.S. // Science. 2000. V. 288. P. 2330-2335.
7. Defossez P.A., Park P.U., Guarente L. // Сurr. Opin. Microbiol. 1998. V. 1. P. 707-711.

БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ