Яндекс.Метрика

«А для людей у нас Русфонд»

Как ученые из Казани и Токио изучают сверхспособности животных и причем тут созданная Русфондом лаборатория

Олег Гусев. Фото из личного архива
Регистр потенциальных доноров костного мозга имени Васи Перевощикова, созданный Русфондом, в прошлом месяце перешагнул рубеж в 50 тыс. человек. Генотип почти 97% из них был определен в нашей казанской лаборатории. Мало кто знает, что у нее есть сестра-близнец под названием «Лаборатория экстремальной биологии». Обе лаборатории построены по японским стандартам «бережливой науки», а родилась вся эта схема во многом благодаря генетику Олегу Гусеву. Он рассказал нам о японских принципах организации труда, о «хорошем» раке, о необычных животных и о том, как их изучение подтолкнет медицину.

Моллюски и криминал

Я уже 20 лет живу в Японии, последние пять лет преподаю и веду исследования на медицинском факультете Университета Джунтендо и в научно-исследовательском институте RIKEN. Сижу, разговариваю с вами, а за окном, посмотрите, Токио.

Как так получилось? Я хотел стать физиком, побеждал на олимпиадах, но в 11-м классе увлекся зоологией, причем совершенно маргинальной темой – биологическими часами моллюсков. Окончил биофак Казанского федерального университета (КФУ).

Представьте Казань начала 1990-х, это был один из самых криминальных городов России, какие там моллюски. Но я решил доказать, что зоологу есть куда двигаться. Подал заявку на грант Министерства образования, культуры, спорта, науки и технологий Японии для проведения исследований и обучения. Потом мы списались с одним японским профессором, установились хорошие отношения, я получил стипендию и до конца аспирантуры финансировался японской стороной. У меня своих денег тогда вообще не было.

Еще в Казани пытался учить японский. Но самостоятельно это почти невозможно, запомнил только несколько фраз. И из-за этого меня там определили в продвинутую группу. Это был полный хардкор, курс выживания: все учебники на японском, язык методом погружения. Сейчас я говорю свободно. Но пишу не очень – моя одиннадцатилетняя дочка в 6-м классе японской школы лучше меня пишет и читает.

«Подсмотрели структуру у японцев»

Я не уехал насовсем: аспирантуру окончил одновременно в Токио и в КФУ, продолжал приезжать в Казань и работать там на кафедре зоологии беспозвоночных. А в 2014 году началась движуха: в рамках программы развития конкурентоспособности вузов мы создали в КФУ Лабораторию экстремальной биологии. Она с самого начала сотрудничала с RIKEN, у которого очень тесные связи с КФУ. Мы подсмотрели у японцев эффективную структуру организации исследований. Проблема российской науки – много оборудования закупается и не используется. У нас денег было немного, и мы на основе японского опыта организовали приборную базу в Казани самым рациональным образом: ничего лишнего, и все работает. Это основа нашей философии.

Что еще? Приведу самый простой пример. Высокопроизводительное оборудование, на котором мы работаем, – это в том числе и большое зло. Если произойдет контаминация – случайно занесем чужую ДНК, – прибор ее тоже прочтет, и будет искажен большой объем данных. Во время пандемии был целый ряд скандалов в этой сфере. В США, например, во многих лабораториях тесты давали ложноположительные сигналы из-за контаминации.

Чтобы этого точно не случилось, нужна очень жесткая организация пространства. Ее мы тоже подсмотрели за границей. В одной комнате только сбор образцов, во второй выделяется ДНК или РНК, затем через специальное окошечко передаем результаты в третью комнату и так далее. Это очень строгий протокол – только так и никак иначе. У нас очень часто лаборатории используют помещения, построенные для других целей. В Казани тоже – это бывшая клиника, я там лежал лет в 12. Пришлось многое переделать.

Геном и его кусочек

Казанский (Приволжский) федеральный университет. Фото: пресс-служба КФУ
С Русфондом вот как получилось. Направление нашей лаборатории выглядит немного по-детски: экстремальная биология, животные со сверхспособностями. Но в основе простая логика: российская наука, в том числе генетика, сейчас не в первых рядах. Вырваться вперед можно, только если изучаешь какую-то необычную область.

Это наша тема. А метод – полногеномный анализ. Мы занимаемся оценкой состояния сразу всех генов – выделяем их и изучаем, как каждый из них работает. У нас в Японии и в Казани сходный приборный парк – высокопроизводительные секвенаторы Illumina для полногеномного анализа.

Когда Русфонд предложил КФУ сотрудничество, мы поняли, что структура нашей лаборатории, оборудование, квалификация сотрудников вполне подходят для работы с регистром доноров костного мозга. Мы анализируем весь геном, а вам нужен кусочек, где находятся гены тканевой совместимости.

Возникла очень простая идея: не изобретать велосипед, а создать для Русфонда и на его средства такую же лабораторию, как наша. Первые несколько тысяч типирований мы провели на нашем оборудовании. Убедились, что все работает, и затем в нашем же здании появилась сестра-близнец нашей лаборатории, которая работала уже исключительно на Русфонд.

С Леной Шагимардановой, которая ее возглавила с самого начала и организовала весь процесс, мы знакомы лет 25, со времен практики на Беломорской биостанции. Она тоже училась в магистратуре в Японии, ей предлагали там аспирантуру, но она вернулась в Казань, причем совершенно сознательно. Она микробиолог, я генетик, переквалифицировавшийся из зоолога, у обоих образование такое фундаментальное-фундаментальное. Занимаемся наукой.

Сверхкомар, суперпиявка и экстрамышь

Наша любимая фишечка – организмы, которые способны на что-то очень необычное. У нас их целый зоопарк. Первым стал африканский комар. В Северной Африке, где он живет, все очень жестко, на девять месяцев в году жизнь прекращается. Все зарываются глубоко в землю или умирают. А его личинка, мотыль, просто высыхает. Не страдает от жары, не потеет, не пьет, как мы, из фляжки. Просто останавливает все процессы. С одной стороны, это очень интересно как биологический феномен. А с другой... Как, например, устроить огромные проблемы биотехнологической компании? Отключить ей холодильники на пару дней – без заморозки все их замечательные вакцины пропадут. А тут технология хранения живых клеток без заморозки.

Интересно, что из сотен видов комаров только один этому научился. Суть в том, что у него в состоянии стресса происходит замена всей воды в организме на сахар, комар превращается в идеальный леденец. А в дождливый сезон «тает» и оживает.

Все это он делает за счет так называемых белков теплового шока. Это первая линия ответа на жаркую погоду, она есть у всех организмов: при нагревании соответствующий ген начинает их активно вырабатывать. А у нашего «неправильного» комара те же белки включают программу «засахаривания».

Наш засушенный комар переносит и радиацию – дозу, которая убила бы 500 человек. Сейчас он с кучей других существ улетел в космос – все они маринуются на внешней стороне станции, посмотрим, как перенесут.

А есть, наоборот, пиявка, которую можно бросить в жидкий азот. Она замерзает, а потом кладешь ее на стол – растаяла и дальше поползла. На самом деле не существует животных, которые по-настоящему промерзают: вода расширяется при замерзании и разрывает организм изнутри. У лягушки во льду внутри специальные белки, которые поддерживают жидкое состояние. А пиявка промерзает насквозь.

В этом году у нас появился новый объект – иглистая мышь, жительница Сахары. Хищник может практически полностью сорвать с нее кожу – она остается в зубах, а иглистая мышь голышом убегает в укрытие, и кожа потом восстанавливается без шрамов. Тут ведь сразу чувствуется возможность практического использования, да?

Отдельная программа у нас по анализу микробов, которые живут в реакторе «Фукусима-1». Там дикая радиационная атмосфера, а микробам хоть бы что. Причем это довольно обычные организмы, не что-то невиданное.

Перезапустить жизнь

Олег Гусев. Фото из личного архива
Подозреваю, что назрел вопрос. Есть лаборатории, которые всю жизнь занимаются, например, эмбрионами кур. А тут и космос, и Сахара, и жидкий азот. Секрет прост: мы для всех этих животных используем общий методологический подход – полногеномный анализ. Помещаем в пробирку ДНК и РНК, сравниваем удивительные организмы с обычными и находим генетические отличия. Мы даже сумели внедрить гены этих странных существ в модельные клетки человека и передать им некоторые «сверхспособности», например возможность храниться при менее глубокой заморозке, чем требуется для обычных клеток. Практически в морозильнике. Такая прямо околовоенная тематика, правда?

Все это идет в плотной связке с японскими коллегами: мы вычленяем эти удивительные гены, а японские коллеги проводят функциональный анализ – получают соответствующий этим генам белок и смотрят, что он умеет делать.

Когда я про это рассказываю, обязательно кто-то из зала задает вопрос: ну а что на практике? когда вы сможете засушить и оживить хотя бы кошку? Звучит как шутка. Но это близко к реальности! Например, несколько лет назад в Японии была запатентована такая технология: внедрив в человеческие клетки один белок из нашего комара, удается хранить их не при –80 градусах, а при –20. Огромный шаг для биомедицины – это же температура в обычном морозильнике. Совсем другая стоимость, энергозатраты, безопасность.

Еще пример – недавняя статья, написанная в коллаборации с москвичами. Суть в том, что все процессы в клетке можно полностью и мгновенно остановить.

Если взять однопроцентный раствор неодима – это такой редкоземельный металл – и поместить в него клетки, жизнь в них остановится. Шел, шел, поднял ногу для следующего шага и – хоп! Замер. Физика процесса понятна: неодим замещает в клетке кальций, а без кальция весь метаболизм мгновенно останавливается. В таком состоянии клетка может просуществовать 7–8 часов, а главное, потом жизнь можно перезапустить!

Это страшно интересно. Это уникальная перспектива научиться, например, хранить трансплантат при комнатной температуре. И это дешево: неодим почти не используется в биотехе, только как контрастный агент для сканирующей микроскопии.

Какой рак лучше

Можно ли таким же способом изучать сверхспособности у людей? Кто-то не боится холода, у кого-то абсолютная память, кто-то музыку сочиняет... Это очень интересная тема, но мы идем по простому пути. Нам нужно иметь под рукой много объектов для анализа. К сожалению, трудно собрать много суперустойчивых людей и исследовать их геном. Особенно в России, где почти не развита система биобанков.

И все-таки мы используем полногеномное секвенирование и для медицинских исследований.

В частности, изучаем наследственные случаи в онкологии: пытаемся выявить мутации, которые нужно проверять при подозрении на наследственные формы рака. Как в случае гена BRCA у Анджелины Джоли. Вообще, если не дай бог заболевать раком молочной железы, то лучше наследственным. Про него больше известно – понятны причины, легче контролировать ход болезни. Но на раки, связанные с наследственностью, к сожалению, приходится всего 10–15%. Этот проект, начатый в партнерстве с Республиканским клиническим онкологическим диспансером в Казани, вышел за пределы республики, а наши наработки стали основной для более крупных проектов в Москве и Санкт-Петербурге.

Второе медицинское направление, где помогает полногеномное секвенирование, – это прогностические маркеры. Они позволяют предсказать развитие уже существующей болезни. Конкретный пример – наши исследования рака эндометрия. Это рак с довольно хорошим прогнозом. Тут проблема вот в чем: при удалении первичной опухоли нередко удаляют и окружающие лимфоузлы. Это дает некоторую страховку от метастазов, но вообще потеря лимфоузлов – не очень хорошо. И исследования показывают, что в восьми случаях из десяти этого можно было не делать. Мы изучаем работу генов первичной опухоли, чтобы прямо во время операции провести исследование и понять, скажется ли она на лимфоузлах.

Полногеномный анализ дает знание о работе десятков тысяч генов одновременно: японским коллегам удалось выделить среди них три маркера, которые очень четко говорят о том, нужно ли удалять лимфоузлы. Маркеры – это не сами гены, а то, насколько активно они работают.

Сложность, однако, в том, что одни и те же гены в разных клетках работают по-разному – отсюда разнообразие клеток. Важно понять, что происходит в каждой клетке, а не «в среднем по больнице». Вместе с Эндокринологическим научным центром мы создаем атлас работы генов на уровне отдельных клеток при различных эндокринных заболеваниях, чтобы понять их закономерности и найти цели для терапии. Недавно вышла статья – это работа австрийских коллег, мы там только помогали: они проанализировали на уровне отдельных клеток, как развивается надпочечник в эмбрионе человека. И оказалось, что на определенном этапе работа генов очень напоминает то, что происходит при нейробластоме. Это новая философия – на базе знаний о том, как происходит развитие патологии в отдельных клетках, формировать терапевтические подходы, постараться направить процесс в обратную сторону.

А еще мы делаем атлас работы генов в мышцах человека. Их более 600, только глазом управляют шесть мышц. И гены в них работают по-разному. Например, при дистрофии Дюшенна неправильно функционирует один из белков. И что интересно, на некоторых мышцах эта мутация не сказывается. Надо понять, почему это происходит. Мы пытаемся выделить регуляторные элементы, которые отвечают за запуск генов в определенных тканях. Это путь к созданию, например, препаратов, которые активируют нужный ген только в мышцах и не затронут другие ткани, чтобы не было побочных эффектов.

Деньги и эволюция

У нас в Японии небольшая лаборатория – одновременно работает человек восемь-десять. В Казани – примерно 30, из которых восемь отвечают только за Русфонд. Мы трепетно к этому относимся, деньги строго разграничены. Русфонд финансирует свою лабораторию, а мы – мы с этого года сами зарабатываем.

Произошла правильная эволюция. Сначала ребята-энтузиасты – в данном случае мы – организовали работу. Когда стало понятно, в том числе по моим публикациям, что дело пошло, университет сделал нам первую важную финансовую инъекцию – выделил средства на строительство лаборатории и первые годы работы. Но финансирование непосредственно от университета снижалось: сначала было 14 млн руб. в год, а в 2020‑м – уже 5 млн руб. Теперь мы сами привлекаем средства, в основном это гранты Министерства образования.

Собственные наши проекты все-таки научные. Наша специализация – это фундаментальная наука. Не готовые методы лечения, а хорошие статьи и задел для прикладных разработок. Сотрудничество с Русфондом, регистр доноров – наш самый-самый практический проект. Когда меня спрашивают, а что вы, ученые, делаете для людей, я говорю: а для людей у нас Русфонд. Все остальное – наука и перспектива.

И все-таки – очень аккуратно, полностью отвечая за неразглашение личной информации, – лаборатория Русфонда использует накопленный материал не только для поиска доноров, но и для анализа. Статистика десятков тысяч генотипов дает представление об их распространении. Мы открываем новые редкие подтипы HLA (так называются гены тканевой совместимости человека), и Лена Шагимарданова сообщает о них мировому сообществу. На эту тему у нас уже опубликовано больше десятка статей.

А еще потенциальные доноры – это прекрасная референсная база. Это по определению здоровые люди, и когда у нас есть протипированные выборки больных, эту базу можно использовать для сравнения. Проект Русфонда становится не только практическим, но и отчасти исследовательским. Причем очень востребованным в российском и международном научном сообществе.

Подпишитесь на канал Русфонда в Telegram — первыми узнавайте новости о тех, кому вы уже помогли, и о тех, кто нуждается в вашей помощи.

Оплатить
картой
Авто-
платежи
Оплатить
c PayPal
SberPay
Телефон
Другое

Информация о произведенном пожертвовании поступает в Русфонд в течение четырех банковских дней.

Информация о произведенном пожертвовании поступает в Русфонд в течение четырех банковских дней.

Информация о произведенном пожертвовании поступает в Русфонд в течение четырех банковских дней.

Информация о произведенном пожертвовании поступает в Русфонд в течение четырех банковских дней.

Отправить пожертвование можно со счета мобильного телефона оператора — «Мегафон», «Билайн», МТС или Tele2.

Введите номер своего телефона, а затем сумму пожертвования в форме внизу. После этого на ваш телефон будет отправлено СМС-сообщение с просьбой подтвердить платеж. Большое спасибо!


Информация о произведенном пожертвовании поступает в Русфонд в течение четырех банковских дней.

Скачайте мобильное приложение Русфонда:

App Store

Google Play

Другие способы

Банковский перевод Сбербанк Альфа•банк Кошелек РБК Money Кошелек Web Money ЮMoney

Как помочь из-за рубежа

Pay Pal SMS Банковская карта Банковские реквизиты Система платежей CONTACT
comments powered by HyperComments