Гены, бактерии и… эволюция
Рассказывает член-корреспондент РАН Пётр Сергиев, директор Института функциональной геномики МГУ, профессор химического факультета МГУ и Сколтеха
Как только биологи овладели методами, позволяющими довольно быстро и эффективно устанавливать последовательность нуклеотидов в ДНК, объёмы накапливаемой генетической информации начали расти ускоренными темпами. Расшифрованы геномы множества организмов, от простейших до высокоорганизованных. Но чтобы понять, какой ген за что отвечает, от чего зависит активность генов и как можно на неё повлиять, необходимы дальнейшие исследования. И такие исследования ведутся. Их проводят на модельных организмах, в частности, на бактериях и дрожжах. Об этом — два интервью.
— Пётр Владимирович, правда ли, что в вашей научной жизни журнал «Наука и жизнь» сыграл определённую роль?
— Совершенно замечательную роль сыграл! Когда в 2009 году трём учёным в нашей области — Венки Рамакришнану, Тому Стайцу и Аде Йонат присудили Нобелевскую премию за исследование структуры рибосомы, я написал в «Науку и жизнь» статью, которая повествовала и о структуре рибосомы, и об этой премии. В то время меня интересовали гены, отвечающие за модификацию рибосомы у кишечной палочки. Рибосома, как вы знаете, — это молекулярная машина, которая занимается синтезом белка. Было известно, какие модифицированные нуклеотиды есть в рибосоме и где они расположены, но не было известно, как они работают, как влияют на синтез белка. По крайней мере, для многих нуклеотидов не было известно. Иначе говоря, был набор всех генов, и нужно было сопоставить эти гены с работой, которую они делают, — сложить пазл функциональной геномики.
В начале 2000-х научная группа Хироши Мори в Японии сделала коллекцию всех нокаутных штаммов кишечной палочки — чуть больше трёх тысяч штаммов, в каждом из которых один из генов был инактивирован. И теми же японцами была создана ещё большая коллекция, четыре с небольшим тысячи штаммов, где каждый ген поставлен под контроль регулируемого промотора и его можно включать и выключать по своему усмотрению и нарабатывать белок.
Мне очень захотелось эту коллекцию привезти в Россию: это потрясающий инструмент, для функциональной геномики абсолютно необходимый. Сначала я долго мучился, пытаясь найти какую-нибудь компанию, которая бы мне привезла и растаможила такой груз. Но речь шла о 10—12 тысячах штаммов бактерий, а не о партии китайских пуховиков, поэтому все таможенные брокеры шарахались от этой задачи.
В результате я попросил друзей из Стокгольмского университета заказать коллекцию штаммов для нас. Она распространяется японцами абсолютно бесплатно. Бактерии прислали в Стокгольм, я запасся бумагами, которые гласили, что эти штаммы совершенно безвредны…
— А так и есть?
— Да, это не патогенная кишечная палочка, она нужна только для работы. И вот повёз я коллекцию из Швеции. На Шереметьевской таможне по-честному пошёл в «красный коридор» и сказал, что в этих больших коробках находится десяток тысяч штаммов бактерий. Меня тут же задержали, сказав, что ввезти такое нельзя. Я долго убеждал таможенников, что это реально нужно для работы и не опасно, но они были непреклонны. Убедил их только свежий выпуск «Науки и жизни».
— Таможенники выписывали журнал?
— Нет, но в аэропорту меня встречала жена и как раз привезла мне этот выпуск, он только-только вышел. Мы показали журнал на таможне — дескать, это та область, где Нобелевские премии дают, для этого нам и нужны эти штаммы. Таможенники вошли в положение, но сказали, что надо придумать какое-то обоснование для ввоза штаммов. И предложили ввезти их как предмет моего хобби.
— То есть штаммы для личного пользования?
— Да. Я занимал тогда должность доцента. Они меня спрашивают, хочу ли я стать профессором? Конечно, отвечаю, хочу. Вот это и можно считать личной целью. Такую объяснительную я написал…
— И действительно стали профессором.
— Действительно стал. Сейчас эта коллекция у нас, и мы делимся штаммами со всеми заинтересованными исследователями.
— Она вам помогла в работе?
— Да, конечно! Мы в тот момент изучали РНК-метилтрансферазы и кишечные палочки. Сопоставляя возможные места модификации и используя нокаутные линии из этой коллекции, мы нашли функцию шести генов кишечной палочки, для которых она была неизвестна. Более того, мы показали, как ферменты модифицируют нуклеотиды, и для реальных случаев оказалось возможным узнать, зачем это нужно; как метилированные нуклеотиды создают гидрофобную поверхность — своеобразный клей между субъединицами рибосомы, чтобы они легче друг с другом соединялись для работы. А некоторые модификации нужны для правильной работы регуляторных механизмов.