От микро до макро — в интересах человека

Вопросы генетических исследований в характерном, обоюдоостром, преломлении (и как область фундаментального знания, и как технологический аспект прикладных решений) стали научной основой последнего заседания президиума Сибирского отделения Российской академии наук. Сегодня, когда уровень решаемых фундаментальных научных задач привел к тому, что XXI век назван веком биологии, одновременно трудно найти сферу исследовательских интересов, которая была бы настолько же и практической, нацеленной на задачи в наивысшей степени прикладные.

Смысловой уравновешивающей рифмой к рассмотрению вопросов генетического микрокосмоса, бесконечность которого еще долго будет потрясать пытливое воображение исследователей, стали проблемы макрокосмического масштаба. Экологические и климатические системы, тема географического сопряжения интересов разных стран — все это предстало глобальным и неразрывным комплексом научных интересов СО РАН.

Вселенная внутри нас
— За полчаса моего выступления в организме каждого из нас произошло 20 квадриллионов повреждений ДНК! — руководитель группы взаимодействия полимеров Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН доктор биологических наук Дмитрий Жарков сдержан в проявлении эмоций, предоставляя цифрам говорить самим за себя. — Спешу вас успокоить: подавляющее большинство этих повреждений исправлены. Впрочем, восемь мутаций остались навсегда. Единственное, что может утешать, что, как правило, эти мутации относятся к функциям, не значительным для основных процессов жизнедеятельности. Но ситуация не всегда складывается так благополучно.

За астрономический коэффициент удачного исправления химических повреждений и самых разнообразных нарушений структуры ДНК, которые возникают в количестве 1018 за сутки, отвечает механизм ферментной репарации, заложенный природой как раз для того, чтобы организм мог справляться с подобной лавиной нарушений. В этой битве за наше с вами здоровье природные силы почти что равны: насколько велики порядки численности повреждений и разрывов ДНК, настолько же неутомимо трудятся ферменты репарации, выдергивая дефектный участок, по возможности заменяя его, — одним словом, исправляя все то, что нужно исправить.

К сожалению, работа у трудяг-ферментов не закончится никогда. Причин постоянного возникновения новых и новых повреждений молекул ДНК множество: это и солнечный свет (причём как ультрафиолет, так и просто яркий, видимый), и радиация, которая в той или иной мере присутствует в жизни, пожалуй, любого горожанина, и различные физические и химические воздействия. Более того, повреждения возникают даже при нормальном биосинтезе ДНК в процессе обычной жизнедеятельности клеток.

— Представим, что ДНК-молекула человека равняется длине Транссибирской магистрали. Тогда рабочим пришлось бы исправлять повреждения на каждых ста метрах пути! — образно характеризует масштабы проблемы Дмитрий Жарков.

Но при всем этом генетическая система человеческого организма относительно стабильна: при нормальном положении дел ферменты репарации справляются с возникающими повреждениями. Серьезные проблемы начинаются, когда возникают дефекты в самой системе ферментной репарации. Подобные нарушения могут привести к онкологическим заболеваниям, непереносимости солнечного света, стать причиной различных синдромов нейродегенеративного характера, когда под угрозой, например, оказываются нейронные связи головного мозга.

Однако современная наука достигла того порога знания, за которым уже открываются возможности, которые предыдущим поколениям показались бы чем-то фантастическим, когда тот или иной синдром становился приговором и на его лавинообразное развитие врачи могли смотреть, лишь опустив руки.

Сегодня же знания о ферментах репарации позволяют решать и предотвращать множество подобных осложнений. Так, стало возможным уже сейчас на молекулярном уровне применять маркеры, помогающие распознать то или иное заболевание на самой ранней стадии. Появилась возможность рассмотреть генетическую предрасположенность человека к определенному недугу. Стоит ли говорить, насколько подобное знание бесценно с точки зрения практической медицины?

Помимо диагностической функции, ферменты репарации уже сегодня используются в некоторых случаях непосредственно для лечения. Одним из таких шагов является пример созданного лекарства, компенсирующего УФ-чувствительность. На стадии клинических исследований — противоопухолевая терапия, в основе которой, опять же, — знания о ферментах репарации. Если говорить о столь популярных ныне нанотехнологиях, то сибирские ученые уверенно заявляют: более полное овладение тайнами механизма репарации позволит в будущем создавать на основе ДНК наноконструкции любой требуемой формы и назначения.

Своеобразным подытоживанием уровня сегодняшнего развития биотехнологий генетического направления стало высказывание Дмитрия Жаркова о медицинском прикладном аспекте данной тематики:

— Сейчас вопрос заключается не в том, чтобы заменять поврежденные фрагменты ДНК, это сегодня возможно. Проблема в том, чтобы в медицинских целях уметь сделать это не отдельно в какой-то клетке, а во всех клетках органа, который требуется вылечить, а то и во всем организме, доставив до каждой из десяти триллионов клеток человека необходимый лечебный агент.

Климатическая глобализация
Если биологические науки раскрывают тайны бесконечного пространства, заключенного внутри человека, отвечая в конечном итоге на один из важнейших вопросов мироздания «что есть человек?», то не менее остро в нынешних условиях стоит проблема среды обитания, в которой человек существует: что будет с природой, не потеряет ли биосфера привычный «ландшафт», единственно пригодный для разумной жизни на Земле? В той или иной мере эти мотивы нашли преломление сразу в двух вопросах повестки заседания президиума, при подведении итогов комплексных проверок Института географии им. В. Б. Сочавы СО РАН и Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН.

Единый, глобальный мир постепенно проявляет себя во всем — о необходимости обращать внимание на глобальную географию сказал председатель объединенного ученого совета наук о Земле академик Николай Добрецов. Председатель Сибирского отделения академик Александр Асеев в свою очередь дополнил: география должна в известной мере быть и экономической. Особенно явственно эти аспекты дают о себе знать в нашем регионе, в Сибири, — в силу ее ключевого положения, на стыке без преувеличения всего со всем.

Для реализации подобного подхода в полной мере перед Институтом географии стоит сегодня задача налаживания интеграции с научными организациями, чьи исследовательские интересы лежат в непосредственной близости: институты геологического, биологического, горного профиля и другие. При этом, говоря об интеграционных научных задачах, участники заседания подчеркнули: необходимо не забывать и международное взаимодействие — насущные проблемы трансграничных территорий возможно разрешать лишь сообща.

В целях осуществления деятельности в данном русле, для решения таких масштабных задач Институт географии осуществляет работу по конкретным актуальным направлениям, среди которых: выполнение по заданию Правительства РФ экологического зонирования и водоохранного проектирования озера Байкал, комплексное исследование проблем рекреационной деятельности Байкальского региона, установление региональных особенностей минерально-сырьевых производств Азиатской России и многие другие — спектр приложения географического знания сегодня чрезвычайно широк и одновременно в каждом из этих направлений без преувеличения приоритетен.

Такая междисциплинарная многозадачность, с очевидностью демонстрирующая связь региональных и глобальных процессов, наглядно прослеживается в сфере фундаментальных и прикладных исследований Института мониторинга климатических и экологических систем (ИМКЭС) СО РАН. Сегодня силами ИМКЭСа идет изучение связи климатических и биосферных процессов в лесоболотных экосистемах и горных комплексах, совершенствуются информационно-измерительные технологии мониторинга природно-климатических систем, идет развитие вычислительного моделирования различных процессов, что в свою очередь закономерно ставит вопросы создания новых приборов, элементов и материалов для контроля окружающей среды. Одно из приоритетных детищ института — создание унифицированной системы мониторинга природно-климатических процессов в Сибири, концепция создания которого специалистами ИМКЭСа уже разработана. Согласно замыслам сеть из двенадцати опорных станций позволит мониторить состояние атмосферы, гидросферы и биосферы практически от Урала до Дальнего Востока.

Кроме того: работа ИМКЭСа непосредственно сопряжена со «Стратегией деятельности в области гидрометеорологии и смежных с ней областях на период до 2030 года (с учетом аспектов изменения климата)», утвержденной распоряжением Правительства РФ 3 сентября 2010 года, в рамках которой есть явная доминанта: вопросы климата и экологии заслуженно выходят на передний план, в число стратегических интересов государственного масштаба.

* * *
Насколько разными не оказались бы темы, обсуждавшиеся на заседании президиума СО РАН, ведь их векторы, казалось бы, направлены в прямо противоположные стороны (микро- и макрокосмос), объединяющий фокус научного знания очевиден — это человек, являющийся символической границей меж этих двух миров и который в конечном итоге оказывается главной целью всех горних ученых трудов. Как никогда, пожалуй, прежде.