Интродукция биодеструкторов

Если же на загрязненной территории нет таких микрооргани! мов-биодеструкторов, их туда приходится «внедрять».

Нельзя не учитывать экологические принципы, влияющие н эффективность интродукции в окружающую среду микрооргани! мов-биодеструкторов. Выживут ли они там, будет зависеть от тоге смогут ли они, используя некое соединение как субстрат, занят определенную экологическую нишу. После разрушения субстрат «разрушитель» исчезает, либо его численность резко снижается.

Успех интродукции зависит не только от способности микробо к разложению данного соединения, но и от численности «десанта» а также от условий окружающей среды. Температура, уровни рН аэрации, наличие воды и питательных веществ определяют резула тат в той же мере, что и конкуренция «пришельцев» с природно микрофлорой.

Новый этап

Большие надежды связаны с ГМ-биодеструкторами. Они буду «справляться» с несколькими ксенобиотиками сразу, причем бе добавления дополнительных субстратов, обладать устойчивостью! нежелательным факторам окружающей среды (скажем, к тяж< лым металлам и т. д.). С развитием исследований в этом направят нии дебаты об интродукции ГМ-микроорганизмов в окружающу! среду становятся все ожесточеннее. Правда, кое о чем договоритьс все же удалось: например, проверке подлежит безопасность про дукта, а не методы его модификации. Однако законы, принятые странах ЕС, в США и Японии, не позволяют пока интродуцироват в окружающую среду даже весьма эффективные ГМ-микроорга низмы или требуют получения на это специальных разрешений, в что времени уходит больше, чем на саму биоремедиацию.

Микробы в борьбе с химическим оружием

Биоремедиация имеет непосредственное отношение и к уничтож» нию химического оружия. Этот процесс состоит из двух этапов. Н первом биологически обезвреживают фосфорорганические соедя нения (зарин, заман) или химически нейтрализуют такие соедшн ния, как иприт или люизит. Взаимодействие необходимого ф мента (органофосфатгидролазы) с фосфорорганическими соедине ниями хорошо изучено, и фермент весьма эффективен. На второи этапе продукты детоксикации или нейтрализации утилизирую микроорганизмы. Сегодня очевидно, что справляются с этим он вполне успешно.

126

На помощь приходят растения

Известно, что растения аккумулируют тяжелые металлы, извлекая их из почвы или воды. На этом свойстве основана фиторемедиация, подразделяемая на фитоэкстракцию и ризофильтрацию. Под фито-экстракцией понимают использование быстрорастущих растений для извлечения тяжелых металлов из почвы. Ризофильтрация — это аб­сорбция и концентрация корнями растений токсичных металлов из воды. Растения, вобравшие в себя металлы, компостируют либо сжигают.

Растения заметно различаются по аккумулирующей способ­ности. Так, брюссельская капуста может накапливать до 3,5% свинца (от сухого веса растений), а ее корни — до 20% . Это расте­ние успешно аккумулирует также медь, никель, хром, цинк и т. д.

Фиторемедиация перспективна и для очистки почвы и воды от радионуклидов. А вот токсичные органические соединения рас­тениями не разлагаются. Хотя некоторые авторы настаивают на снижении концентрации органических загрязнений при фиторе-меднации, разрушают их в основном не растения, а микроорга­низмы, обитающие в их ризосфере.

Хочется верить в дальнейшее развитие биоремедиации, связан­ное, в частности, с комплексным использованием растений и ризо-сферных микроорганизмов. Растения будут с успехом извлекать из почвы тяжелые металлы, а ризосферные бактерии — разлагать органические соединения. Кроме того, ризосферные микроорга­низмы повышают эффективность фиторемедиации, способствуя росту растений, а растения — развитию обитающих на их корнях микроорганизмов.

Биотехнология и медицина

Беседа с академиком Г.П. Георгиевым директором Института биологии гена PAHJ

Медицина без лекарств

• Георгий Павлович, как человек, хорошо знакомый и с фун-j даментальнои биологией, и с попытками использовать ее достиже­ ния, в том числе и в борьбе с болезнями, ощущаете ли Вы, что сего­ дня в медицине происходят серьезные изменения, своего рода прорыв к принципиально новым возможностям лечения? Можно, ли говорить о революции в медицине XXI века?

• Безусловно, эта революция происходит, совершается нц наших глазах, и самое главное — мы ждем много новых, гораздо! более значительных для сохранения жизни и здоровья резулы татов в ближайшем будущем. Уже сегодня мы представляем себе структуру генома человека. И хотя еще многое неизвестно о функциях массы генов в геноме, данные его расшифровки все шире начинают использоваться в медицине. И по мере того как мы познаем функции и предназначение генов, мы одновременно, все больше узнаем и об их «ответственности» в развитии различи ных болезней, прежде всего таких страшных для человечества,; как рак, сердечно-сосудистые заболевания, нервные болезни⁵ (невропатология), в которых генетическим факторам принадле-] жит видная роль.

• Нельзя ли рассказать о раке несколько подробнее — ведь не секрет, что эта болезнь до сих пор вызывает у людей какой-то oco-j бый, почти мистический ужас. Уж сколько десятилетий мы пыта-1

128

Iемся бороться с раком, но все еще остаемся перед ним почти безза-I щитными.

I — Рак некоторые специалисты вообще склонны считать наслед­ственной болезнью. Ныне уже не вызывает сомнения, что причина этого заболевания кроется внутри клетки. В клетке накапливаются мутации (изменения), в результате чего она перерождается в рако­вую. Сегодня биологи и медики (границу между ними подчас и про­вести-то невозможно) уже располагают рядом методов (не столь уж и сложных, но главное — день ото дня упрощающихся), которые позво­ляют судить о том, претерпел ли изменения определенный ген в ге­номе пациента, как он «ведет себя» в клетке. Таким образом, уже се­годня при надлежащем обследовании можно установить, как при данной болезни «работают» те или иные гены, повреждены они или нет, и тем самым выяснить, от каких генов зависит конкретное забо­левание. Конечно, на самом деле все не так просто, ибо одна и та же болезнь иногда обусловлена целым набором различных «поврежде­ний» генов, проявляющихся в том числе и в этом заболевании и вно­сящих свою лепту в те или иные нарушения в организме, но в целом этот подход выглядит обнадеживающим.

• И как же в перспективе будет выглядеть схема лечения? Как это поможет будущим больным?

• По мере того как мы узнаем, какие гены в геноме повреж­ дены, мы приобретаем уверенность, что с помощью тех методов, ко­ торые будут разработаны в XXI веке, мы в конце концов научимся подавлять активность «поврежденных» (подвергшихся мутациям) генов, выступающих в роли «вредных агентов» и провоцирующих данное заболевание. Это один подход, который сегодня довольно активно развивается и с которым связаны немалые надежды.

С другой стороны, мы изучаем не только гены, но и белки, вы­рабатываемые в организме по «командам» этих генов. Так вот, ока­зывается, белки, произведенные под,«управлением» исправного гена, препятствуют развитию заболеваний, которые вызваны раз­нообразными дефектами того нее гена, возникшими в результате мутаций. И это второй подход в генной терапии — не подавлять «вредные» гены, а стимулировать продукцию «полезных», т. е. либо способствовать росту их активности, либо просто вводить в ор­ганизм выработанные под их контролем белки.

Вот эти два главных направления генной терапии, которая в XXI веке во многом будет определять лицо всей медицины, дол­жны избавить нас от большинства тяжелых заболеваний, столь омрачающих нашу жизнь сегодня, — мы о них просто забудем, как сегодня забыли о чуме и оспе.

9 - 4248

129

• После того как обозначены столь радужные перспективы, са мое время объяснить читателям, что же такое генная терапия. i

• Это очень широкое понятие, содержащее массу аспектов Генная терапия включает, например, введение определенных га нов в определенные ткани или клетки организма человека; получ< ние определенных белков с помощью определенных генов, а зате] использование этих белков для лечения человека от определенны болезней; поиск специальных ингибиторов (блокаторов синтезг определенных белков различных генов, претерпевших «вредные изменения. Генная терапия — это разветвленный комплекс лече( ных мероприятий, которые основаны на понимании функции топ или иного гена и его роли в возникновении болезни.

• Но будут ли «исправленные» гены, которые предполагаете использовать как лекарства, наследоваться? Сможем ли мы «oi корректировать» генетическую информацию человека раз и ш всегда?

• Нет, развиваемые сегодня методы — это пока попытка выл< чить конкретные заболевания у конкретного больного. Если у ш циента были исходно «вредные» гены (многие гены, как я уже oi мечал, становятся «вредными» в результате различных мутаци под действием тех или иных факторов в течение всей жизни, но бь| вает, что ген поврежден изначально — так называемая наслед ственная патология), «исправить» их в большинстве случаев м] пока не можем. Хотя в будущем и эта проблема будет решена, та что «исправленный» ген будет наследоваться в последующих пока лениях.

• Иными словами, в медицине будущего предполагается со хранить два подхода? Первый (его, наверное, можно было б| условно назвать генным протезированием) — когда генетическа информация корректируется для излечения того или иного заб( левания только в одном поколении, и второй, который станет по, линнои генной терапией, — это наследуемое исправление генет: ческих «ошибок» и избавление человечества от многих болезн навсегда.

• Совершенно верно. Так, вы можете в конкретном случае в лечить конкретную болезнь, и как правило этого достаточно, и часто болезнь возникает в силу изменений, происходящих в орп низме в течение жизни. Эти представления выглядят особенно е тественными применительно к раковым заболеваниям, которы по мнению большинства специалистов, возникают в организме счет многочисленных мутаций в клетках, но совершенно не затр. гивают его генетический аппарат, так что нам надо просто победи¹

130

ролезнь. Если же в геноме человека изначально содержался ка-| кой-то «дефектный» ген, способствовавший развитию того или > Иного заболевания, конечно, его надо «корректировать», но это бо-; лее сложная задача, которая, судя по всему, будет полностью ре-¹ шена еще не скоро.

; — Георгий Павлович, могли бы Вы себе представить лет 20—30 назад, что основные надежды на избавление от самых тяжелых за­болеваний будут связаны с принципиально новыми способами ле­чения — лечения не лекарствами, а генами, и что эти подходы при­влекут к себе такое внимание общественности?

• Конечно, нет. В то время даже самые неисправимые фанта- .юры среди молекулярных биологов не могли и мечтать о расшиф­ ровке генома или хотя бы о том, что можно будет определять струк- i уру ДНК так просто, как это удается сегодня.

• Оправдан ли, на Ваш взгляд, тот большой общественный ин­ терес, который сегодня проявляется в мире к развитию этого на­ правления, или ожидания чудесного избавления от болезней не­ сколько преждевременны?

• Если учесть, что сотни миллионов людей в мире страдают от неизлечимых сегодня болезней, этот интерес нельзя счесть чрез­ мерным. Это интерес любого нормального человека ко всему, что касается его здоровья. Увы, не меньший интерес в нашем обществе i сгодня вызывает «целительство» и другой обман доверчивых со- 1 раждан, разочаровавшихся в нашей системе здравоохранения, но > го уже предмет отдельного разговора.

• Действительно ли, как считают многие, такое бурное разви- i ие этого направления медицины было трудно предсказать еще не- < колько лет назад?

• В биологии и медицине, как и во многих других областях ,шания, прогнозировать результаты любых исследований — дело иообще неблагодарное. Главная прелесть открытий в этих на-

^; уках — их неожиданность, непредсказуемость. В них можно со-• одать много красивых теорий, но почти со стопроцентной вероят-'• костью все они окажутся ошибочными. Эти области науки ^? развиваются преимущественно в направлении от эксперимента к теоретическим построениям. В этом, может быть, и кроется глав­ное отличие биологии от физики: почти все крупные открытия в би­ологии за последние полвека (а молекулярной биологии в 2003 г. Исполнилось как раз пятьдесят лет) оказывались совершенно не­ожиданными для авторов.

•к — Последний вопрос имеет более общий характер и навеян Ва­шим упоминанием о 50-летнем юбилее открытия структуры ДНК,

•* 131

знаменитой двойной спирали — одного из самых фундаменталы открытий в биологии. Не кажется ли Вам, что роль фундаментальЗ ных исследований, в частности в биологии, в последнее время стано-1 вится менее значительной? Конечно, разгадать тайны жизни было бы здорово, но, похоже, для общества важнее оказываются прорывы в медицине, сельском хозяйстве и т. д.

— Взаимоотношение фундаментальной науки и приложений оди­наково в любой области знания. В этом «тандеме» она всегда будет ли­дером. Фундаментальная наука всегда будет базой миропонимания,! основой картины мира. Кроме того, она всегда будет затратной и обре| менительной для общества, но в обществе, считающем себя цивилиа ванным, ее поддержка должна быть одной из важнейших задач Общество просто-напросто вынуждено всемерно содействовать ее ра витию. И чем более «сумасшедшими» и оторванными от жизни вь глядят полученные ею результаты, тем большее прикладное знач ние они потом будут иметь. Позволю себе проиллюстрировать утверждение всего на одном примере. О структуре и свойствах мы узнали совсем недавно из фундаментальных работ по молекул* ной биологии, страшно далеких от нужд и забот повседневной жизни. А сегодня эти знания уже широко используются во многих областях человеческой деятельности. Поэтому для общества, озабоченного своим развитием, фундаментальные исследования, конечно же, всегда останутся основой и движущей силой научно-техническог прогресса, важнейшей составной частью культуры и жизни самог общества.

Ю.Н. Елдышев