Член-корреспондент РАН Сергей КОСТРОВ, директор Института молекулярной генетики РАН, доктор биологических наук Вячеслав ТАРАНТУЛ, заместитель директора по научной работе того же Института

В июне 2008 г. в Москве прошла научная конференция, посвященная 30-летию Института молекулярной генетики РАН и 50-летию со дня образования Радиобиологического отдела в Институте атомной энергии - ИАЭ (ныне РНЦ "Курчатовский институт").

Это - не просто две юбилейные даты. С ними связано нечто большее и значительное - начало возрождения в Советском Союзе биологической науки, в частности генетики, разрушенной академиком Трофимом Лысенко в ходе печально известной сессии ВАСХНИЛ 1948 г. и последующих событий.

Благодаря усилиям выдающихся физиков, академиков Игоря Тамма (1895 - 1971), Игоря Курчатова (1903 - 1960) и Анатолия Александрова (1903 - 1994) молекулярно-биологические исследования получили в нашей стране новый импульс и сегодня представляют сложившуюся область естествознания. А молекулярная генетика, являясь важнейшей частью биологии, уже в значительной степени рассматривается как самостоятельная дисциплина.

В середине 1950-х годов после решения оборонных задач в ИАЭ разрабатывали программу использования атома в мирных целях, разворачивали исследования по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу и живо интересовались тем, что происходит в смежных областях знаний, в частности, в молекулярной биологии. Каждый месяц зарубежные журналы приносили новые сообщения о том, как устроены и работают самые главные молекулы живой клетки - ДНК, РНК и белки. Наука начала приближаться к ответам на великие вопросы о механизме жизни. И физики не могли остаться в стороне от этих процессов.

Одним из первых российских ученых, кто понял, что открытия 1950-х годов в области молекулярной биологии имеют фундаментальное значение, был Тамм. Он не сомневался: содействие их развитию в нашей стране надо искать именно в среде физиков-ядерщиков, поскольку они пользуются огромным авторитетом и уважением в правительстве. На рубеже 1956 - 1957 гг. он часто появлялся в ИАЭ, где проводил, по воспоминаниям очевидцев, беседы с Курчатовым и Александровым, стараясь увлечь их новым биологическим направлением. Уговаривать долго не пришлось. Занимаясь проблемой радиационной опасности, они понимали важность изучения воздействия ионизирующих излучений на организм человека и потому без колебаний приняли решение развернуть в Институте радиобиологические изыскания с привлечением сохранившихся в стране генетиков. Но на поверку дело оказалось нелегким: в то время у зарождающейся науки в СССР были сильные противники.

Тем не менее в ИАЭ сразу же заработал молекулярно-биологический семинар, на котором, как правило, выступали специалисты, ранее уволенные за менделизм-морганизм. Они значительно расширили представления ученых о том, что делается в данном направлении за рубежом, и в то же время показали удручающее отставание нашей науки. И тогда физики перешли к решительным действиям. Александров, выступая в 1956 г. на заседании Президиума АН СССР, заявил о катастрофическом положении в отечественной биологической науке и необходимости подготовки соответствующих исследователей. Затем Курчатов в 1957 г. обратился к главе государства Никите Хрущеву с просьбой создать крупный научный коллектив для решения этих задач. Но только в августе 1958 г. вышло постановление ЦК КПСС и Совмина СССР "О работах в области биологии и радиобиологии, связанных с проблемами атомной техники" с целью "объединить усилия физиков, химиков и биологов для изучения биологических процессов". В том же году в ИАЭ издали приказ о создании Радиобиологического отдела (РБО), где и развернулись первые после многолетней "паузы" генетические и радиобиологические изыскания. Возглавил Отдел физик Виктор Гаврилов (1918 - 1974), прежде работавший в Арзамасе-16 (город Саров) - в научно-исследовательском центре, где конструировали первую советскую атомную бомбу. В 1964 г. на этом посту его сменил видный специалист в области физики реакторов, кандидат физико-математических наук Тарас Зубарев.

Создание новых коллективов всегда было делом нелегким, но в ту пору оно требовало, без преувеличения, усилий героических: ведь все приходилось начинать практически с нуля. Гаврилов, обладавший талантом организатора, с большой энергией взялся за постановку научных задач и решение кадровых проблем.

В Отделе появились биологи-генетики Сое Алиханян и Роман Хесин. Первый пришел сюда из Всесо-

юзного научно-исследовательского института антибиотиков уже сложившимся специалистом: под его руководством был выполнен цикл работ по изучению индуцированной изменчивости микроорганизмов, получивших мировую известность. Естественно, в РБО он возглавил лабораторию генетики и селекции микроорганизмов. Характерной особенностью научного "почерка" Алиханяна была четкая взаимосвязь теоретических вопросов с решением практических задач микробиологической промышленности. Ряд полученных им и его сотрудниками штаммов послужил основой для производства антибиотиков у нас и за рубежом. За короткий срок он развернул в стране фундаментальные исследования по генетике фагов и фактически сформировал научную школу. А в начале 1960-х годов инициировал работы с новыми селекционными объектами - продуцентами аминокислот. К тому времени интересные результаты в области микробиологического синтеза получили японские специалисты. И Алиханян с присущей ему интуицией и опытом работы с антибиотиками "ушел" в это направление прикладной генетики. Вскоре под его руководством создали первые продуценты аминокислот (лизина и глутаминовой кислоты), важные для сельского хозяйства. В середине 1960-х годов технологию получения лизина уже начали испытывать на одном из микробиологических заводов. Успехи лаборатории были очевидны, и в 1968 г. на ее базе в Москве сформировали Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов (ныне ГосНИИгенетика), и Алиханян стал его первым директором.

Большую роль в становлении молекулярной генетики сыграл Роман Хесин (член-корреспондент АН СССР с 1974 г.). В 1957 - 1959 гг. он был одним из немногих наших специалистов, методически и психологически подготовленных к исследованиям проблемы экспрессии генов на молекулярном уровне. Главное направление его биохимической лаборатории - изучение регуляции синтеза РНК в бактериальной клетке - в значительной мере сформировало лицо всего Отдела и по сей день успешно развивается.

РБО быстро рос и оснащался. Заметим попутно, что тогда его старались обеспечить приборами лучше

любого биологического института страны. По-видимому, это была одна из целей Александрова, по-отечески опекавшего Отдел, которая достигалась объединением современной физики с биологией. Тем не менее собственно радиобиологические изыскания постепенно стали занимать здесь все меньшее место в научной тематике, и в начале 1960-х годов РБО переименовали в Биологический отдел. Это позволило развернуть вектор исследований в сторону ДНК. Под руководством докторов физико-математических наук Юрия Лазуркина и Максима Франк-Каменецкого удалось построить теорию молекулярного плавления дезоксирибонуклеиновой кислоты, способствующую пониманию функции этой молекулы, а с помощью электронной микроскопии получить детальные карты этого процесса при различных температурах. Кроме того, доктор физико-математических наук Марк Мокульский и его коллеги начали рентгеност-руктурные исследования ДНК и белков. Результаты изучения их физико-химических свойств заложили основу для направленного изменения генетического материала.

Тогда же профессор Николай Шапиро, ученик известных русских генетиков Николая Кольцова (член-корреспондент РАН с 1916 г.) и Александра Серебровского (член-корреспондент АН СССР с 1933 г.), создал первую в стране лабораторию генетики соматических клеток. Исследуя онкогенные ДНК-содержащие вирусы, он показал, что последние повышают частоту мутаций в клетках млекопитающих и сформулировал принципиальное положение о их влиянии на злокачественное перерождение клеток. Эта работа завершилась открытием, официально зарегистрированным в 1987 г.

В 1970-е годы в Биологическом отделе создали музей штаммов генетически модифицированных микроорганизмов, фагов, плазмид*, позднее дополненный коллекциями дрожжей и устойчивых к ртути природных бактерий, а также фондом мутантных линий дрозофилы. Это - тысячи образцов разнообразнейшего биологически информативного материала, базовый ресурс для проведения научной деятельности самого Института и коллективов, с которыми он сотрудничал.

Обратим внимание на такой факт. Александров ненавязчиво, но убедительно пропагандировал свой принцип: фундаментальные вопросы, какими бы возвышенными и увлекательными они ни были, должны иметь прикладной выход. И в Отделе хорошо усвоили это. Вскоре тут построили первую в стране установку для изучения реакций органических соединений с газообразным тритием и получения меченных им препаратов для научных и медицинских целей. Началась их поставка в другие институты. За десятилетия существования на установке произведены сотни новых биологических соединений и сложных надмолекулярных субклеточных структур. В те же 1960-е годы в Отделе группа специалистов во главе с Тарасом Зубаревым создала измерительные методы с использованием цифровой техники, а также устройства связи на основе оптических лазеров. Однако заметим: при решении прикладных задач всегда сохранялся приоритет молекулярно-биологических.

1970-е годы отмечены широкомасштабными исследованиями по генетике РНК-полимеразы - ключевого фермента в синтезе белка, начатые еще в 1960-х (их участники получили в 1982 г. Государственную премию, а Хесин - спустя четыре года - Ленинскую). Специалист в области молекулярной генетики Владимир Гвоздев (академик с 2006 г.), доктор биологических наук Карлен Газарян и химик Николай Мясоедов (академик с 2003 г.) инициировали работы по генетике дрозофилы, транскрипции генома эукариот, эмбриогенетике и получению трансгенных животных, созданию технологии синтеза изотопно-меченых соединений, структурно-функциональным исследованиям физиологически активных пептидов, имеющих большую фармацевтическую ценность**. Все они в разные годы удостоены Государственных премий.

В итоге Отдел начал интегрироваться в общее русло фундаментальных работ по физико-химической биологии, набиравших скорость в АН СССР. В 1978 г. по инициативе Александрова его перевели в Академию наук в статусе Института молекулярной генетики, ибо это название больше соответствовало духу и направлениям развернутого здесь поиска. Первым директором нового учреждения стал Марк Мокульский, возглавлявший коллектив в течение 10 лет. С обретением нового статуса существенно расширился спектр решаемых задач, простиравшихся от молекулярной генетики организмов разных уровней до теоретической биофизики, биоорганической химии и радиохимии.

В 1988 г. директором избрали члена-корреспондента АН СССР Евгения Свердлова (академик РАСХН с 1991 г. и действительный член РАН с 1997 г.). С его приходом связана серьезная реорганизация учреждения, в результате которой при сохранении уже сложившихся сильных молекулярно-генетических направлений заметно интенсифицировались работы в области генома человека и современной биотехнологии. В этот период во всей полноте раскрылся "принцип Александрова" с его ориентацией на практическую полезность работ и их продвижение в область наукоемкого производства и здравоохранения.

Вот лишь несколько примеров. В Отделе молекулярной генетики клеток***, которым сейчас руководит Владимир Гвоздев, на модельном объекте - плодовой мухе-дрозофиле - исследовали систему регуляции активности генов с помощью коротких РНК и открыли ранее неизвестный механизм РНК-интерференции, т.е. избирательное (направленное) подавление работы определенных генов с помощью коротких фрагментов РНК. Это раздвинуло перспективы в

* Плазмиды - дополнительные факторы наследственности, расположенные в клетках вне хромосом и представляющие собой кольцевые (замкнутые) или линейные молекулы ДНК (прим. ред.).

** См.: Н. Мясоедов. Эффект семи аминокислот. - В этом номере журнала (прим. ред.).

*** См.: А. Калмыкова. Что происходит на концах хромосом? - Наука в России, 2008, N 3 (прим. ред).

генотерапии таких заболеваний, как рак, вирусные инфекции и др. Теперь ученые могут синтезировать молекулы "на любой случай" (скажем, для подавления роста кровеносных сосудов, питающих раковую опухоль), а затем доставлять их в организм, что, правда, сделать намного сложнее. Или, например, изучение структурно-функциональной организации физиологически активных пептидов под руководством Николая Мясоедова привело к созданию целой серии уникальных лекарственных препаратов - "Семакса", "Селанка", "Дерморфина", нашедших широкое применение в неврологии.

Изучение особенностей организации белковых молекул в Отделе молекулярно-генетических основ биотехнологии и белковой инженерии (руководитель работ член-корреспондент РАН Сергей Костров) позволило установить новые механизмы стабилизации и функционирования ферментов, открыло дорогу для конструирования уникальных бактериальных препаратов с оптимизированными свойствами. В Институте создали пробиотик нового типа "Рома-кол" для профилактики и лечения кишечных заболеваний сельскохозяйственных животных и препарат "Фарин" для защиты растений от заболеваний, вызываемых фитопатогенными бактериями и грибами. Изучая механизм развития наследственных заболеваний, в том числе на модели эмбриональных стволовых клеток, под руководством докторов биологических наук Вячеслава Тарантула и Игоря Гривенникова в Институте разрабатывают новые подходы к лечению болезней Альцгеймера и Паркинсона. Генетики трудятся в тесной кооперации с Российским научным центром хирургии РАМН. Несколько лет назад они предложили уникальный метод борьбы с сосудистыми поражениями конечностей, создав совместно с коллегами из НИИ эпидемиологии и мик-

робиологии им. Н. Ф. Гамалеи генно-инженерный препарат - рекомбинантный аденовирус, содержащий человеческий ген ангиогенин. Это универсальный фактор роста, стимулирующий зарождение и развитие новых кровеносных сосудов. Он спасает людей, испытывающих недостаток кровоснабжения нижних конечностей, вызванных сужением или закупоркой питающих эти органы артерий, от ампутации, ранее неизбежной. После введения препарата, как показала практика, на ноги встают даже самые тяжелые, неоперабельные больные. Предложенный учеными метод может оказаться универсальным и при подходе к другим разновидностям ишемии, в том числе сердечной. Перспективы его многообещающие. Нечто подобное можно сделать на заизвесткованных и зашлакованных сосудах любых органов. Правда, сегодня данной методикой владеют только высококлассные специалисты Российского научного центра хирургии РАМН, но мы уверены: скоро такую помощь смогут оказывать и в других клиниках. Эта работа удостоена Национальной премии "Призвание" за 2008 г.

Одно из ключевых направлений нашего Института - изучение генетических особенностей народонаселения России с использованием различных типов ДНК-маркеров. Работы в этой области доктора биологических наук Светланы Лимборской и ее коллег заложили основы нового научного направления - этногеномики. Оказалось, геномы разных людей имеют очень высокое сходство, что неудивительно, поскольку мы принадлежим к одному виду живых существ. Но вместе с тем есть много вариабельных участков, или точек в геноме, по которым легко отличить ДНК одного человека от другого. Это активно используют в судебной медицине, когда нужно идентифицировать личность, установить родство, отцовство, материнство. Однако теперь ученые рассматривают не отдельно взятого человека, а целые этнические группы - исторически сложившиеся общности людей, компактно проживающие в одном регионе и имеющие языковые, культурные и генетические признаки, и определяют предрасположенность к заболеваниям, представляющим наибольшие проблемы для медицины (сердечно-сосудистые, диабет, инсульт, гипертония и многие другие). Для чего изучают так называемые полиморфные участки в геноме, которые могут иметь отношение к данным болезням. Конечная цель - создание своего рода генных географических карт, показывающих, в каких регионах, в зависимости от особенностей генома данной популяции, можно ожидать появления этих недугов. Иметь такую информацию - значит дать медикам четкие ориентиры для профилактических мероприятий. Это - медицинский аспект проблемы.

Однако этническая геномика открывает и другие неожиданные перспективы. Изучая различные популяции, сравнивая их геномы, оценивая родство между ними, можно установить, какие из них имеют общее прошлое, из каких популяций они произошли, что, несомненно, вносит вклад в историческую на-

уку, поскольку в генофонде заключена информация о становлении и перемещении народов в России за истекшие столетия*. За труды по геномной дактилоскопии Светлана Лимборская удостоена Государственной премии РФ.

Институт занимает одну из лидирующих позиций в стране и в такой современной области, как биоинформатика. Он сыграл ведущую роль в становлении данного направления в СССР: на основе наших разработок в конце 1980-х годов были созданы научно-технические программы "Генинформ" и "Генинформ-СЭВ". А в начале 1990-х годов доктор биологических наук Александр Александров и его коллеги предложили концепцию глобальной интеграции биологических знаний и создали соответствующую базу данных, доступную для пользователей Интернета. По содержанию - это энциклопедия человека, которая раскрывает различные аспекты современной молекулярной и клеточной биологии, генетики, биохимии и служит в качестве образовательной системы для широкого круга исследователей. По структуре - электронная версия привычной книги, дополненная развитым аппаратом гипертекстовых ссылок и мощными поисковыми средствами. К слову, по числу посетителей наша система находится в первой пятерке среди 300 подобных в России.

Молекулярной биологии уже в момент зарождения суждено было преобразовать медицину, сельское хозяйство и в значительной степени определить лицо цивилизации XXI в. Она открыла человечеству целый мир структур и процессов, существующих в масштабах от ангстрема до микрона (т.е. от атома до клетки), о деталях которых практически ничего не знали еще 50 - 60 лет назад, хотя было ясно: именно там и разыгрываются самые интересные стадии биологических преобразований. Выяснение принципов передачи наследственной информации, определение структуры и механизмов синтеза белка называли тогда главными задачами науки о живом. Теперь они хорошо изучены и подробно описаны. Приятно сознавать, что Институт молекулярной генетики РАН, в котором сегодня трудятся 3 академика, 20 докторов и 65 кандидатов наук, причастен к этому.

* См.: Е. Балановская, О. Балановский. Русский генофонд: свидетельства "очевидцев". - Наука в России, 2007, N 2 (прим. ред.).

Публикатор:

Постоянная ссылка для научных работ (для цитирования):

Комментарии: