Теорию петербургского ученого о происхождении рака проверят на суперкомпьютере
Теории почти 30 лет. Но, по словам автора доктора биологических наук Андрея Козлова, возможность подтвердить ее экспериментально представилась не так давно – когда появились новые методы молекулярной биологии и вычислительные мощности, способные «переварить» гигантские потоки данных. «За биологию» в проекте отвечает Институт общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН (ИОГен РАН), за вычисления – Политех Петра Великого, где есть суперкомпьютер. Автор теории – одновременно и руководитель лаборатории в ИОГене, и профессор в Политехе.
ФОТО pixabay
Эволюционная роль
– Новые теории, как правило, парадоксальны, – говорит Андрей Козлов.
Привычно считать, что опухоль – однозначно плохо. Но, напоминает профессор, так думали и о вирусах, пока не выяснилось, что они играют важнейшую роль в эволюции: переносят генетическую информацию.
Андрей Козлов когда-то защищал диссертацию в Институте онкологии им. Петрова; на его глазах, можно сказать, поколебалась так называемая теория онкогена – гена, который может подталкивать развитие рака. Казалось: откроем онкоген – победим болезнь. Но их открыты уже сотни, а сокрушительной победы все нет: одни виды рака успешно лечим, другие никак не поддаются.
Ученый рассуждает: онкоопухоли – с одной стороны, страшная патология, но почему тогда они распространены во всем мире многоклеточных организмов? Почему предрасположенность к некоторым наследуется? Почему большинство опухолей остаются доброкачественными и не убивают хозяев?
– И мы переходим от убеждения, что опухоли – однозначно патология, к вопросу: что тогда они делают?
Андрей Козлов полагает – что «принимают самое активное участие в эволюции».
В названии – «Лаборатория неофункционализации генов» (ее и возглавляет Козлов) – суть самой теории.
Если упрощенно: в процессе эволюции возникали новые гены, опухоль предоставляла им этакую площадку для работы. Постепенно клетки опухоли обретали новые функции. А когда возникает новая функция – появляется новый орган.
– Выяснилось, что в опухоли работают гены, которые никогда не работают в нормальных тканях, – добавляет директор института Вавилова членкор РАН Александр Кудрявцев.
Тогда понятно, почему опухоли чаще всего появляются в молочной железе и в простате: эти органы с эволюционной точки зрения очень молоды. Они «помнят», из каких опухолевых структур происходили.
Еще, к примеру, жировая ткань – тоже относительно молодое эволюционное приобретение, и жировики, или липомы, – самые частые опухоли. К счастью, не злокачественные.
Из теории в практику
Если у опухолей – эволюционная роль, что это поменяет в лечении? От того, что когда-то благодаря опухолям позвоночные обзавелись очередным полезным органом, нынешнему конкретному пациенту не легче.
Но, рассуждает Андрей Козлов, некоторые теории в онкологии уже предпочитают не использовать «крайние способы убийства опухолей». Например, вместо высоких концентраций лекарств в некоторых клиниках применяют более щадящие подходы – ту же иммунотерапию: опухоль не уничтожают, организм сам держит ее рост под контролем. Потому что, в конце концов, цель одна: чтобы пациент дольше жил.
В онкологии два важных момента, продолжает Александр Кудрявцев.
Первый – диагностика. Принципиально, чтобы она была ранней. Диагностировать опухоль с помощью онкомаркеров в крови – метод несовершенный, есть риск упустить начало болезни. Но если есть гены, которые работают только в опухолях, на них можно ориентироваться. Александр Кудрявцев полагает, что получить технологичные решения для диагностики «можно очень быстро, в ближайшие годы». А при ранней диагностике и традиционная терапия весьма успешна.
Второй момент – новые методы лечения. Как говорит профессор Кудрявцев, пока неизвестно: работа ли определенных генов приводит к образованию опухоли? Или наоборот: образование опухоли «включает» эти гены? Наука уже умеет «выключать» определенные гены – возможно, удастся блокировать их так, что опухоль «просто перестанет расти».
Посчитать и сравнить
– Не надо убивать опухоль – надо ее «перепрограммировать», – «переводят» биологическую теорию Козлова на язык компьютерщиков в Политехе.
В науке есть «принцип дополнительности»: нет ничего однозначно плохого или хорошего, комментирует зав. лабораторией «Суперкомпьютерные технологии и машинное обучение» Политеха Владимир Заборовский. У программистов есть шутейный закон: в любой написанной программе существует 10 ошибок – это значит, что, исправив одну, порождаешь другую.
– Судя по всему, и опухоли несут в себе двойственную природу, – продолжает аналогию Владимир Заборовский. – С одной стороны, могут погубить носителя, с другой – создают пространство для возможностей, изменений.
Когда первокурсникам дают вопрос на засыпку: «Про что компьютерные науки?», те обычно отвечают: «Про компьютеры». Ну-ну. А астрономия тогда – «про телескопы»?
– Компьютерные науки – про то, как, используя информацию, получать новые результаты, – определяет профессор Заборовский.
Человеку для обработки таких объемов данных не хватит памяти и вычислительных мощностей. Но и суперкомпьютер с колоссальными хранилищами данных и вычислительными возможностями – просто «нагревательный прибор», если не сформулирован правильный запрос. А сделать запрос может только человек.
Задача, поставленная Андреем Козловым, – «классическая задача компьютерных наук», считает Владимир Заборовский: сравнение кодовых последовательностей. ДНК – это «текст»: суперкомпьютер сравнит «тексты» клеток в опухолевых тканях и в нормальных. На этот год запланирован большой вычислительный эксперимент на суперкомпьютере: глобальное сравнение этих «текстов».
Найти хороших «землекопов»
Андрей Козлов выступал со своей теорией на крупных научных площадках, и, по словам Александра Кудрявцева, «большинство ученых позитивно ее воспринимают, что редкость в научной среде».
Раньше Андрей Козлов говорил, что, если теория подтвердится, ждать ее воплощения, скажем, в медицине – лет двадцать – тридцать.
Владимир Заборовский уверен, столько времени не понадобится:
– Сегодня мы находимся в той точке, когда принятое правильное решение, отработанное на компьютерных моделях, может внедряться прямо с колес. Мне кажется, мы имеем возможность радикально ускорить внедрение востребованных технологий в медицину.
Но у нас, продолжает Андрей Козлов, в том, что касается внедрения научных достижений в практику, есть «национальные особенности»: «Нужны не столько даже финансы, сколько политическая воля».
Вероятно, благодаря ей появилась Федеральная программа развития генетических технологий на 2019 – 2027 годы. Один из ее пунктов – подготовить 3 тысячи молодых генетиков. Но профессор Кудрявцев не уверен, что их хватит. Он приводит в пример задачку из школьного учебника: «Десять землекопов выроют яму в десять раз быстрее, чем один. И найти финансы на лопаты и на зарплаты не самое сложное. Вот найти самих хороших «землекопов» – большая задача».
Материал опубликован в газете «Санкт-Петербургские ведомости» № 78 (6916) от 04.05.2021 под заголовком «Перепрограммировать опухоль».
Комментарии