«Наука в Сибири»
№ 7 (2742)
18 февраля 2010 г.
ЧТОБЫ РАЗ И НАВСЕГДА
ИЗБАВИТЬСЯ ОТ ВРЕДНОГО ПАРАЗИТА
В.А. Мордвинов, доктор биологических наук
 |
В нашем регионе сложилась чрезвычайная ситуация, связанная с поражением речной рыбы крошечным паразитом — описторхом, очень опасным для человека. Этот гельминт, печёночный сосальщик Opisthorchis felineus, часто называют кошачьей или сибирской двуусткой. Как возбудитель описторхоза человека, заболевания с длительным, рецидивирующим течением, O.felineus был открыт профессором Томского университета К. Н. Виноградовым более ста лет назад.
Проблема описторхоза не решена до сих пор. Глистные инвазии, обусловленные O.felineus, поражают печень и желчные протоки, индуцируют онкологические заболевания, метаболические заболевания (ожирение, диабет и др.), дисфункции эндокринной и иммунной систем. Точно определить истинный уровень пораженности населения опистохозом достаточно сложно, поскольку ранние стадии инвазии в большинстве случаев протекают без клинических проявлений, а в хронической стадии клиническая симптоматика неспецифична. Клинические проявления этого гельмитоза имеют полиморфную картину с отсутствием четких симптомов, позволяющих адекватно и своевременно поставить диагноз. Они варьируют от бессимптомной инвазии до крайне тяжелых заболеваний, иногда со смертельным исходом. В средней полосе Евразии самый крупный и напряженный очаг описторхоза — Обь-Иртышский — охватывает десять областей России и Казахстана. В бассейне Среднего Приобья пораженность местного населения достигает
Не следует недооценивать вредные последствия и других глистных инвазий — они оказывают выраженное патологическое воздействие на людей, прежде всего на детей, и имеют большое медико-социальное значение. Глистные инвазии значительно снижают сопротивляемость организма, истощают иммунную систему, осложняют задачи точной диагностики и эффективного лечения других патологий и приводят к серьезной потере трудоспособности населения. Ряд гельминтозов, например, дифиллоботриоз, так же широко, как и описторхоз, распространен среди населения России, причем последние годы наблюдается тенденция к росту этого заболевания. Узкое место медицинских исследований проблемы гельминтозов — отсутствие надежной диагностики возбудителей. Кроме совершенствования методов диагностики, важным звеном в борьбе с гельминтозами является разработка эффективных и безопасных лекарственных препаратов. И именно сегодня в развитых странах в технологиях создания лекарственных препаратов происходит революция, основанная на современных методах молекулярной биологии.
В Институте цитологии и генетики СО РАН около четырех лет назад были начаты исследования в области молекулярной паразитологии — изучение паразитов и их взаимодействия с хозяевами на молекулярном уровне. Основное внимание решено было уделить возбудителям описторхоза и дифиллоботриоза. При этом основной акцент делается на создание методической платформы, позволяющей проводить не только комплексное молекулярно-генетическое изучение паразитов, но и осуществлять разработку лекарственных препаратов. Составляющие такой платформы — методы геномики, протеомики, метаболомики, биоинформатики, генетической инженерии, комбинаторной молекулярной биологии.
В настоящее время учеными ИЦиГ СО РАН активно проводятся масштабные исследования генетического разнообразия природных популяций O.felineus и близких к нему видов в Новосибирской, Томской, Омской областях, в Ханты-Мансийском автономном округе. Их результаты позволили создать базу для развития методов ДНК-диагностики возбудителей описторхоза, выявления и оценки напряженности природных очагов этого заболевания и перейти к следующему этапу работы — расшифровки генома O.felineus.
Здесь уместно отметить, что в мировой науке всё больше развивается интерес к выполнению геномных проектов: в настоящее время полностью расшифрованы геномы многих сотен бактерий, более 25 геномов эукариот, в процессе выполнения находится до 400 зарегистрированных проектов по исследованию геномов эукариот. В нашей стране, к сожалению, наблюдается отставание от этой основополагающей мировой тенденции. Участие ряда российских организаций в геномных исследованиях, проводимых за рубежом, не решает проблемы. Сложившаяся ситуация, если она не будет преодолена в ближайшем будущем, обрекает российскую биологию, биомедицину и биотехнологию на отставание не только от мировых лидеров, но даже от заведомых аутсайдеров мировой биологической науки. Сказанное выше определяет исключительно высокий приоритет и значимость для российской биологии исследований, проводимых в ИЦиГ СО РАН и направленных на полную расшифровку генома O.felineus.
Геном этого печеночного сосальщика хорошо подходит в качестве объекта для полногеномных исследований. Это компактный гаплоидный геном размером примерно в десять раз меньше генома человека (около 300 млн пар оснований), распределенный по 7 хромосомам. Размер генома имеет большое значение для сроков выполнения работ и их стоимости, но при этом опыт организации и реализации проекта по расшифровке небольшого генома, несомненно, будет способствовать развитию крупномасштабных биотехнологических проектов. Данные, полученные при выполнении проекта по расшифровке генома O.felineus, окажут неоценимую помощь при исследовании организации и функции геномов и генетических программ развития древних многоклеточных животных, при изучении молекулярных механизмов взаимодействия паразитов с иммунной системой хозяев, а также при выявлении генов и белков-мишеней для разработки эффективной антипаразитарной терапии.
Реализация проекта на полной расшифровке генома O.felineus ведется совместно с Центром «Биоинженерия» РАН при непосредственном участии руководителя Центра академика К. Г. Скрябина. Кроме того, в проекте принимают участие научные организации, работающие в рамках программы СО РАН «Геномика, протеомика, биоинформатика», возглавляемой академиком Р. З. Сагдеевым. Именно эта программа позволила ряду институтов СО РАН, включая ИЦиГ, существенно модернизировать приборный парк и создать необходимую базу для полногеномных исследований.
Следует отметить, что реализация первого российского эукариотического геномного проекта — расшифровка генома возбудителя описторхоза O.felineus — возможна именно в Академгородке, потому что здесь имеется уникальное сочетание экспериментальных и биоинформационных возможностей. Биоинформатика позволяет проанализировать ситуацию как бы на четырех тесно связанных друг с другом уровнях. Первый — это генетический текст, то есть нуклеотидная последовательность ДНК; второй — тоже текст, но сначала в форме РНК, а затем в форме аминокислотной последовательности белка; следующий, третий уровень — пространственная структура белка. Наконец, последний, четвертый уровень — это предсказание функции белка на основании знания его первичной и предсказанной трехмерной структуры. Таким образом, структурная и сравнительная геномика через биоинформатику как бы переходит в новый раздел геномики, который обычно называют функциональной геномикой.
Функциональная геномика тесно соприкасается и фактически перекрывается с направлением биологии, получившим название «протеомика», основной предмет изучения которого — белки и их взаимодействия в живых организмах, в том числе — в человеческом. В ИЦиГ СО РАН уже приняты на вооружение самые современные методы экспериментальной протеомики: двумерный гель-электрофорез белков, высокоэффективная жидкостная хроматография с последующим анализом индивидуализированных фракций белков с помощью времяпролетных масс-спектрометров и др. Эти методы будут использованы для анализа и реконструкции протеомного портрета зрелой паразитирующей формы O.felineus. В первую очередь будут охарактеризованы белки, пептиды и метаболиты, выделяемые O.felineus при взаимодействии с организмом хозяина. Результаты этой работы позволят выявить фармакологические мишени, при воздействии на которые происходит отторжение паразитов, восстановление тканей и функций пораженного органа, и позволят приступить к созданию высокоспецифичных и эффективных лекарственных антипаразитарных препаратов.
В заключение необходимо отметить, что успех выполнения изложенной выше программы исследований возбудителя описторхоза и создания новых лекарственных препаратов для лечения этого заболевания обеспечивается взаимодействием многих направлений биомедицинских наук, вооруженных самыми современными технологиями. Кооперация медицины и фармакологии, молекулярной биологии и экологии, биотехнологии и биоинформатики позволит решить поставленные задачи и раз и навсегда избавить человечество от вредного паразита O.felineus.
стр. 8