Анализировать протеины труднее, чем подсчитать и оприходовать гены. Ведь иметь с ними дело хлопотно: они подчас изменчивы, как Протей; они меняют свою структуру вслед за изменением химической среды, да и, в отличие от ДНК, их вряд ли размножишь в пробирке. Если расшифровка генома (точнее, составление его карты) была автоматизирована так, что «с ней справилась бы любая обезьяна», как едко заметил нобелевский лауреат Джеймс Уотсон, один из открывателей структуры ДНК, то методы анализа протеинов гораздо сложнее.
Однако, невзирая на эти проблемы, все больше университетских ученых берется за честолюбивую задачу – анализ протеома (о работе российских биологов в области белковых исследований смотрите, например, статью «От зеленых вирусов к изумрудным овцам» в «Знание – сила» № 4 за 2001 год и статьи «Темы номера» в «Знание – сила» № 7 за 2001 год).
Отвечая на вопрос, для чего нужна расшифровка генома, ученые подчеркивают. что знание генов убережет человека от наследственных недугов. Однако не все болезни передаются нам по наследству. Многие никак не связаны с «родовым проклятием». Выявить эти болезни «в зародыше» можно, лишь узнав, как изменился состав белков внутри наших клеток. По этой перемене можно заранее заметить патологические процессы, начавшиеся в организме. Заметить – и вовремя вмешаться!
Таким образом, одну из важнейших целей, стоящих перед учеными, занятыми анализом протеома. можно сформулировать так: поиск его характерных изменений, присущих различным видам заболеваний. Это облегчит диагностику, позволит, например, распознавать разные виды опухолей и поможет избежать неправильного лечения. В то же время собранные сведения дают возможность выбрать четко обоснованную терапию. Болезнь можно будет лечить применительно к анатомии и физиологии конкретного человека.
Наконец, упомянем еще одну причину, по которой биохимики занимаются протеомом, – правда, она более всего интересна им: в клетках человека есть множество совершенно непонятных белков; лишь наблюдение за ними позволит уяснить, для чего они нужны.
Однако, как проанализировать все те белки, что находятся внутри клетки? И как упростить этот метод, чтобы можно было быстро изучить содержимое клетки? Иначе будет потеряно время, нужное для лечения пациента!
Чтобы увидеть состав протеома, ученые прибегают к двумерному гелевому электрофорезу Процедура эта протекает в два этапа. Сперва протеины клетки сортируются по их заряду. Затем они попадают в гель, играющий роль сита; здесь протеины разделяют по их величине. Опытные биохимики могут таким образом разделить до десяти тысяч белков и маркировать их.
Так можно составить что-то вроде визитной карточки данной клетки, где примерно указан состав белков. Если человек заболеет, узор пятен на «карточке» изменится. Регулярно сравнивая протеомы больной и здоровой клетки, удается оценить течение болезни и процессы, ей сопутствующие.
Анализ можно не только проводить в лабораторных условиях вживую, но и имитировать на компьютере. Когда речь идет об уже известных протеинах, ученые располагают банком данных, где собраны сведения о том, как выглядят продукты разложения белков под действием определенного фермента. Сравнивая элементы, полученные в пробирке, с каталогом, можно установить, какой белок был в пробирке. Если ничего похожего в каталоге не нашлось, то с помощью масс-спектрометра исследуют его фрагменты.
Впрочем, как и в случае с расшифровкой генома, слышны критические голоса. Раздражает, например, что столько денег тратится «на поиски иголки в стоге сена». Ведь, по оценкам биохимиков, в сложных клетках насчитывается до тридцати тысяч белков. Функции большинства их пока неизвестны. Как правило, из этой смеси удается выловить лишь отдельные фрагменты. Что именно попало «в сети ученых» – важнейшие для этой клетки белки или так, что-то побочное, – на этот вопрос даже бывалые ловцы не могут ответить.
Есть предложения поступать по- другому: исследовать не состав протеинов, а то, как они реагируют с другими протеинами. Это поможет понять функции отдельных белковых молекул. Действуя по такой схеме, можно довольно быстро выявить важнейшие протеины, отвечающие за ту или иную болезнь. Как только удастся это сделать, можно изготовить лекарство, которое справится с болезнью. По этому методу уже разработаны ингибитор для сдерживания протеолитических ферментов, используемый при лечении больных ВИЧ-инфекцией, а также ингибитор, используемый при лечении больных гриппом.
