Версия для печати
Вернуться к списку

СТОЙ, КТО ИДЕТ? КЛЕТКИ УЧАТ ПРОТИВОСТОЯТЬ БОЛЕЗНЯМ

С директором Института биоорганической химии им. академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН (ИБХ РАН) академиком Александром ГАБИБОВЫМ мы собирались побеседовать о новых исследованиях, проводимых в возглавляемой им лаборатории биокатализа. Прежде всего, по гранту, поддержанному в рамках Президентской программы РНФ, “Структурные и кинетические особенности презентации антигенов как ключ к пониманию механизмов индукции аутоиммунных патологий и лимфомогенезиса”.

К интервью я готовился, почитал о том, что аутоиммунные патологии - одна из terra incognito современной медицины. Выяснил, что некоторые из них, например, рассеянный склероз (классический аутоиммунный нейровоспалительный процесс), пока неизлечимы. Запомнил, что работа иммунной системы человека во многом связана с функционированием антител и присутствием (презентацией) антигенов на специализированных клетках иммунной системы, участвующих в биокаталитических процессах, которые изучают сотрудники лаборатории биокатализа. Исследованиями по гранту руководит сам академик Александр Габибович. В ИБХ он пришел 20 лет назад из Института молекулярной биологии, чтобы работать с аутоиммунными модельными животными. Сегодня сотрудники созданной им лаборатории биокатализа изучают молекулярные основы аутоиммунных процессов при заболеваниях центральной (рассеянный склероз) и периферической нервных систем (синдром Гийена - Барре), развивают скрининговые технологии. На их счету несколько десятков патентов, регламентов производства лекарственных препаратов, например, отечественный гормон роста “Растан”.

- Но почему вы сменили институт, у вас же там были всемирно известные учителя и коллеги, - издалека начинаю разговор.

- Изначально меня очень интересовала кинетика ферментативных процессов, чем я и занимался в Институте молекулярной биологии им. В.А.Энгельгардта РАН, - рассказывает Александр Габибович. - Да, работал там при самом Энгельгардте под руководством Евгения Сергеевича Северина, а параллельно меня учил Александр Евсеевич Браунштейн. В.Энгельгардт и А.Браунштейн были иностранными членами Национальной академии наук США, что свидетельствовало о высоком уровне отечественной биологической науки того периода. А.Е.Браунштейн открыл реакцию трансаминирования. Он считается “отцом витамина В6”. Александр Евсеевич занимался вопросами фосфорилирования и относительно случайно “наткнулся” на открытую им реакцию. Вопросы фосфорилирования волновали и Владимира Энгельгардта, который открыл АТФазную активность миозина (Очевидно, открытие нобелевского уровня). Впоследствии в Институте молекулярной биологии под руководством Евгения Северина активно развивалась тематика, связанна с фосфорилированием белков и ферментами протеинкиназами (за их открытие Нобелевскую премию получил Эдвин Кребс), посещавший институт Энгельгардта.

Заметив непонимание на моем лице, академик решил расшифровать:

- Протеинкиназы модифицируют белки путем фосфорилирования остатков аминокислот, а при фосфорилировании, как правило, изменяется или модифицируется функции субстрата, могут изменяться ферментативная активность, положение белка в клетке или его взаимодействие с другими белками. Полагают, что до 30 процентов всех белков в клетках животных могут быть модифицированы протеинкиназами. Геном человека содержит около пятисот генов протеинкиназ, которые составляют около 2 процентов всех генов.

Вспомнив, что говорит не с коллегой-биологом, Габибов улыбнулся:

- Почему я это рассказываю? Потому что в лаборатории ИБХ я стал заниматься только ферментами, которые изменяют топологию ДНК. У больных аутоиммунными заболеваниями есть антитела, которые взаимодействуют с такими ферментами. Это имеет прямое отношение к гранту РНФ, о котором мы говорим. Я предположил, что в сыворотках больных аутоиммунными заболеваниями могут быть антитела внутреннего образа, как бы отражения некоей структуры. А если есть анти-анти (т.е. двойное отображение), значит, может существовать некая цепочка, которая будет соответствовать базовой функции. Тогда и возникла идея найти антитело на активный центр фермента, а затем на это антитело получить уже другое (так называемое антиидиотипическое) - в итоге мы получим аналог фермента, который ускоряет ход химических реакций в живых системах.

- И эту концепцию сформулировали вы?

- Идея была не нова. В 1948 г. дважды нобелевский лауреат Лайнус Полинг, автор теории переходного состояния, предложил гипотезу, согласно которой антитела, полученные на аналоги переходного состояния химических реакций, могут обладать каталитической активностью. Подтвердить это на практике тогда не удавалось, потому что исследователи не умели получать так называемые моноклональные антитела, то есть антитела, обладающие однородными активными центрами. Возможность их получения доказали Георг Келер и Сезар Мильштейн, за что в 1984 г. были удостоены Нобелевской премии. В середине 1980-х президент Научно-исследовательского института им. Скриппса (Калифорния, США) Ричард Лернер, с которым мы плодотворно сотрудничаем и поныне, получил первые антитела, которые продемонстрировали достаточно эффективный катализ реакции деградации сложноэфирной связи. Они были получены на аналоге переходных состояний соответствующих ферментативных реакций. Удалось достичь достаточно приличных ускорений, хотя и не тех, которые демонстрируют природные ферменты. Так смогли наметить пути к получению биокатализаторов реакций, для которых нет природных ферментов, то есть удалось создать de novo катализаторы на основе антител.

Эта проблематика заинтересовала многих классиков органической химии. Моя лаборатория занималась биокаталитическими превращениями биополимеров, и коллективу впервые в мире удалось продемонстрировать, что процесс деградации ДНК может катализироваться антителами. Мы показали связь такой реакции с некоторыми аутоиммунными процессами, и стало понятно, что это можно использовать на практике.

Я написал концепцию. И она подтвердилась. В 1992 году нам удалось опубликовать статью в Science, в которой говорилось о том, что при системной красной волчанке (аутоиммунном заболевании человека) образуются антитела на ДНК, что они могут разрезать ДНК, то есть работать как ферменты.

- Вы упомянули Ричарда Лернера...

- Он создал в США индустрию получения каталитических антител для переходного состояния. Я шел со стороны белка: выделял из аутоиммунных процессов множества антител и искал эти каталитические активности. А Лернер изготавливал их. Ему удалось создать катализаторы для многих реакций, в том числе и широкий ряд биокатализаторов для тех процессов, в которых не было ферментов.

Так вот, когда возникло Сколково, Ричард Лернер приехал в Россию как член наблюдательного совета со своим другом-мультимиллионером Филлипом Фростом. И они предложили мне попробовать поработать с библиотеками генов с широким репертуаром представленности антител.

- В этом, как я понимаю, и суть исследований, проводимых в рамках гранта РНФ?

- Суть в том, что можно не иммунизировать животных, а синтетически создавать гены иммуноглобулинов. Дальше нужно подобрать хорошие условия для скрининга этих структур и то, что получается, осуществить в искусственных условиях, то есть провести иммунизацию in vitro. Единственное, что для этого необходимо, - подобрать хороший вектор отбора. Сегодня наука сосредоточена на создании качественных скрининговых систем. А грант, о котором мы говорим, как раз частично этому и посвящен.

- Частично?

- Огромная проблема - презентации антигенов. Это - один из ключевых процессов, в ходе которого компоненты системы врожденного иммунитета, такие как макрофаги и дендритные клетки, стимулируют иммунный ответ системы приобретенного иммунитета путем представления (презентации) захваченного ими антигена Т-лимфоцитам. В основе приобретенного иммунитета лежит способность клеток иммунной системы различать собственные и чужие антигены, в том числе антигены опасных патогенных микроорганизмов. Благодаря этой способности Т-лимфоциты отличают собственные клетки организма от чужих, а также распознают свои клетки, зараженные вирусами или трансформировавшиеся в опухолевые. Зараженные вирусами собственные клетки перестают экспрессировать антигены для опознавания иммунной системой и также подвергаются атаке как чужие. Процедура специфического распознавания производится Т-лимфоцитами.

Все люди отличаются всеми комплексами гистосовместимости. Это - наш портрет, и менять мы его не можем - такими родились. Вся иммунология - это процесс распознавания “свой - чужой”. Прямо-таки “военная” проблема. Если “радары” слабы, то организм получает иммунодефицит или рак. А если ошибочно начинают “признавать” свое как чужое, возникает аутоиммунная реакция, иными словами, заболевания. Одна из частей проекта посвящена как раз проблеме распознавания: как возникают аутоиммунные процессы, каков их механизм. Этим занимается много лабораторий в мире, но мы считаем, что у нас есть своя оригинальная методика. Мы скринируем целые наборы пептидов через комплексы гистосовместимости и находим, где могут быть ошибки.

Вообще весь грант посвящен аутоиммунитету, тому, как мы можем подойти к решению этих проблем на современном уровне. А проблемы гигантские. Об этом написана одна из наших статей по гранту - “Кинетический контроль дискриминации загрузки пептидов” - что отправлена в научный журнал Frontiers in Immunology.

- Сколько обязательных публикаций предполагает ваш грант?

- 42 за четыре года. Но вернемся к тематике работ. Проблема загрузки - первая часть гранта, можно сказать, практическая. Вторая - тактическая. Как я уже упомянул, люди рождаются со своими комплексами гистосовместимости, которые не изменить, но мы можем менять Т-клетки и В-клетки. То есть мы берем Т-клетки, которые плавают в нас, и В-клетки и перепрограммируем их, чтобы усилить борьбу этих клеток с разными вредоносными изменениями в организме. В частности, с лейкемией, раком крови.

Это придумали не мы. А вот то что придумали мы: чуть изменять Т-клетки, скажем, вызывающие онкологию, чтобы они могли увереннее распознавать врага.

- Что именно предложили ваши специалисты?

- Есть такая концепция - химерных антигенных рецепторов (CAR). Еще их называют биоCARами. Это рекомбинантный гибридный белок, сочетающий фрагмент антитела, обладающий способностью очень избирательно связываться с конкретными антигенами, с сигнализирующими доменами, способными активировать Т-клетки. CARы состоят из внеклеточной части, которая как раз взаимодействует с раковой клеткой. А внутренняя часть берется из естественных Т-клеточных рецептов. То есть из нескольких молекул собирается одна, называемая химерной.

Но мы отыскиваем не просто В-клеточные антигены, а проводим у каждого пациента скрининг пептидов, представленных на опухолевой клетке. У нас есть библиотека пептидов. Скринируя репертуар больного, находим представленные у него на опухолевой клетке пептиды и против них делаем искусственные химерные антигенные рецепторы. Таким образом, производим искусственные Т-клетки организма человека.

Мы на мышах доказали эту концепцию, создали им искусственную опухоль - и, сотворив искусственные химерные антигенные рецепторы, посмотрели, как это работает. Опухоль ушла. Теперь можно проводить доклинические испытания. То есть мы выполнили часть работы по гранту - разработали технологии химерных антигенных рецепторов для персонифицированной медицины.

Трудились совместно с Научно-исследовательского института им. Скриппса и получили патент. Сотрудник лаборатории биокатализа Алексей Степанов сейчас работает в США, продолжая исследования по гранту РНФ.

- Патент будет реализовываться в России?

- В России это можно делать. Есть компания “Генериум”. Ее президент - мой бывший аспирант Александр Шустер. Он хочет внедрять результаты нашей работы. Предложил сделать трехстороннее соглашение между ИБХ РАН, Национальным медицинским исследовательским центром детской гематологии, онкологии и иммунологии им. Дмитрия Рогачева и компанией “Генериум” по имплементации этого подхода. Большой интерес к нашим скрининговым системам также проявила “Фармасинтез” - известная Петербургская фирма, где президент Совета директоров - Д.Генкин. Я считаю, что это - один из будущих перспективных подходов к персонифицированной терапии рака. А будущее готовим сегодня: значительная часть гранта идет на поисковые исследования, создание химерных антигенных рецепторов путем скрининга, на поиск возможности персонифицированного подхода и т.д. Мы создаем новые генно-инженерные конструкции для получения новых, управляемых, Т-клеток, часть которых удастся перенаправить таким образом, что CARы будут обладать каталитической активностью. Возможно, они будут ковалентно связывать вредоносные В-клетки. Статья об этом нами уже готовится.

- Надеетесь и в дальнейшем на помощь РНФ?

- Конечно, без научных фондов сейчас никуда.

- Какова сумма гранта на 4 года?

- 120 миллионов рублей.

- Работаете, конечно, не только с коллегами из США?

- У лаборатории широкий круг партнеров как в нашем институте, так и за его пределами. Совместно с НИИ физико-химической медицины ФМБА (академик В.М.Говорун, доктор биологических наук Е.Н.Ильина) изучаем рассеянный склероз и синдром Гийена - Барре, ведем работу по созданию иммунотоксинов с лабораторией инженерии белка и лабораторией молекулярной иммунологии, исследуем ионные каналы в аутореактивных лимфоцитах вместе с Группой молекулярных инструментов для нейробиологии. Кроме того, мы сотрудничаем с Европейской молекулярно-биологической лабораторией в Гамбурге, Центром неврологии РАН (академик М.А.Пирадов, член-корреспондент РАН С.Н.Иллариошкин, профессор М.Н.Захарова), Институтом химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (академик Власов, доктор химических наук М.А.Зенкова), НТЦ “БиоКлиникум” (член-корреспондент РАН А.Г.Тоневицкий) и НИИ физико-химической биологии им. А.Н.Белозерского МГУ (академик О.Н.Донцова, кандидат химических наук М.П.Рубцова). Без коллаборации сегодня к успеху не прийти.

- Фундаментальные исследования четырьмя годами гранта не обойдутся...

- Конечно. В РНФ есть возможность продлить на конкурсной основе стоящий грант еще на три года, в целом до семи лет. Это существенно. Плюс там хорошая система работы с молодыми учеными, позволяющая получать поддержку на стоящие исследования. У нас, например, из 17 участвующих в исследованиях по этому гранту 13 не достигли 40 лет. И это без внешних участников. Более того, по условиям гранта мы должны зачислить двух постдоков. Уже у нас работают молодая ученая из Санкт-Петербурга, кандидат наук, прошла по конкурсу, и девушка из Казани.

- Молодежь не сетует на низкие доходы?

- С грантами по 100 тысяч рублей выходит. В России практикуется чисто американская система финансирования науки. Базовая зарплата небольшая, а с грантами - приличная.

- А как с оснащением?

- При Ю.Овчинникове в институте был модерн, коллективу завидовали. За 90-е годы оборудование сильно поизносилось - не было денег обновлять. Сейчас грех жаловаться. За последние годы также удалось обновить все базовое биохимическое оборудование. Наш институт выиграл ЦКП (Центр коллективного пользования). Мы сумели закупить новый прибор - имиджер животных, система “Айвис”. Можно на компьютере в 3D наблюдать изменения у подопытной мышки.

- Кстати, о ЦКП. Будет ли загрузка?

- Это лучший прибор в Москве. Пригласили коллег, думаю, не заставят себя долго ждать.

Но наука не делается на одном приборе: когда нужно, ездим в Европейскую молекулярно-биологическую лабораторию (Гамбург) или в Санкт-Петербург, в Академический университет к академику Ж.И.Алферову.

- Выходит, всего хватает?

- Не хватает конвейера типа “университет - лаборатория - биотехкомпания”. И еще тяжело от чудовищного документооборота. Зачем он нужен? Читайте статьи в научных журналах - там все сказано. Отчеты, особенно для Минобрнауки, становятся отдельным непосильным трудом. Мечтаю, что придет момент, когда, если по гранту опубликована статья в топовом журнале, отчет требовать не будут. Ведь статья проходит рецензирование научным сообществом.

Трудно с заказом расходных материалов. Реактивы идут долго, и они существенно дороже, чем у зарубежных коллег. Да поговорите с ребятами в лаборатории.

Я вам представлю коллег.

Роман Калинин занимается как раз CARами - разработкой химерных антигенных рецепторов. “Это для терапии рака. Клетки самого пациента надо модифицировать так, чтобы они уничтожали раковую опухоль, - рассказывает, немного смущаясь, Роман. - Как завершим фундаментальные исследования, перейдем в прикладным - есть хорошее взаимодействие с медицинскими учреждениями”.

Станислав Терехов исследует микробиоту диких животных. Недавно он и его соратники обнаружили в слюне сибирского бурого медведя вещество, защищающее его от стафилококка - смертельно опасной бактерии, вызывающей широкий спектр заболеваний - от воспаления ран до пневмонии и менингита.

Кандидат биологических наук Яков Ломакин занимаемся комбинаторными библиотеками. “Мы ищем и определяем новые аутоантигены и их взаимосвязь с вирусными или бактериальными пептидами. Уже создали две библиотеки по 10 тысяч образцов каждая для вирусных пептидов и аутопептидов (это библиотеки белков человека)”, - рассказал ученый.

Инженер-исследователь Азад Мамедов закончил биофак МГУ по специальности “биохимия”. Работал два с половиной года в Швейцарии, в США. Сейчас - в России, не намерен куда-либо уезжать. Говорит, что в родной лаборатории можно без проблем работать.

Неожиданно вышли на проблему, которую не будут решать ни МОН, ни РНФ, а только сами ребята и дирекция института.

- Перед центральным входом припарковано с десяток велосипедов - сотрудники научного учреждения любят экологичный транспорт и здоровый образ жизни?

- Да, - оживляются мои собеседники в лаборатории. - Плохо только, что охрана не несет за них ответственность. Вот сделали бы велостоянку с видеонаблюдением... Это позволило бы трудиться спокойно, мы ведь здесь работаем, как правило, допоздна.