Протеомика. Лидер науки XXI века
Александр Волков
Итак, в 2000 году, наконец, удалось составить точную карту генома человека – получить бесконечный ряд «букв», в котором среди биологического мусора затеряны отдельные «слова», то бишь гены. Теперь многие специалисты заняты «биогерменевтикой» – они истолковывают добытую запись, отыскивая среди непонятицы знаков все новые гены.
Но в поисках случайных «слов» не теряем ли мы общий смысл сказанного? Гены – всего лишь «инструкция», «схема», по которой изготовлен подлинный «продукт»: протеины, то есть белки*. Говоря языком, понятным всем, гены – поваренная книга, испещренная тысячами рецептов; протеины – угощение, выставленное на стол.
Все живое состоит прежде всего из протеинов. В процессах, протекающих внутри организмов, участвует невероятное множество белковых молекул. Для биохимиков все более понятно, что разнообразие жизненных процессов нельзя сводить исключительно к генам. Его надо искать на других стадиях – стадии клетки и стадии протеинов.
В начале XX века протеины уже пребывали в центре внимания ученых. Именно тогда стало ясно, что белковые молекулы являются основными участниками жизненных процессов. Поэтому их назвали «протеинами» (от греческого слова protos, «первый», «важнейший»). Когда в середине века было доказано, что молекулы ДНК содержат уникальную информацию о структуре белка, тогда внимание ученых переключилось на генетический код живых организмов. Интерес вызывали нуклеиновые кислоты, в частности, ДНК и РНК, а вот протеины казались теперь чем-то второстепенным.
Еще в шестидесятые годы ученые выяснили приблизительный механизм возникновения протеинов. В ядре каждой клетки тела – за исключением красных кровяных телец – содержится точная схема белковых молекул, из которых состоит организм. Если клетке нужен какой-либо белок, то соответствующий ген, спрятанный внутри ядра, изготавливает его копию.
До недавнего времени считалось, что у каждого гена имеется схема всего одного протеина с одной-единственной функцией. Однако выяснилось, что все гораздо сложнее. Так, у человека один и тот же ген иногда участвует в синтезе нескольких белков; всего их может быть до двух десятков.
Мало того! Многие протеины со временем меняются, и гены никак не влияют на этот процесс. Происходит это путем присоединения к белковым молекулам особых побочных групп – фосфатидов, сахаридов или ненасыщенных углеродных цепочек. Все эти события – как и образование пространственной структуры белка – никак не отмечены в каких-либо схемах (генах).
Другими словами: даже если генетикам удастся полностью истолковать геном, они – вернемся к нашему кулинарному сравнению – окажутся в положении посетителя ресторана, который заказал несколько блюд из предложенного ему меню, но когда их список был отправлен на кухню, с удивлением и ужасом узнал, что, как бы он ни обдумывал заказ, на этой «протеиновой кухне» все равно приготовят «что-нибудь на свое усмотрение», выбрав такие добавки и приправы, что никогда не поймешь, чем тебя угостят.
По аналогии с геномом – совокупностью всех человеческих генов – сумму всех протеиновых молекул, сформированных в клетке на определенный момент времени, называют «протеомом». Геном говорит, какие процессы могут теоретически протекать внутри данной клетки, а протеом – судя по имеющимся протеинам – подсказывает, что в самом деле происходит здесь.
Геном имеет неизменный вид; протеом постоянно меняется. Ведь на сосгав белковых молекул влияют самые разные факторы: выбор питательных веществ и приток кислорода, перенесенный стресс, принятые по рецепту лекарства и даже механическое давление. Организм все время реагирует на состояние окружающей среды, пытаясь сохранить физиологическое равновесие. Внешние факторы, наоборот, стремятся нарушить его. Эти процессы связаны с синтезом, преобразованием и разложением белков. Итак, «протеом» – это опись имущества клетки по состоянию на данную минуту или моментальное фото, запечатлевшее одно из мгновений в ее жизни.
