Ускорение поиска лекарства от рака

Электронные информационные технологии не только вдыхают жизнь в существующие отрасли, но и рождают новые. Хорошим примером может служить связанная с высокими рисками сфера генетических исследований, где компаниям приходится годами вкладывать огромные ресурсы без какой бы то ни было гарантии успеха. В таких областях, оперирующих исключительно знаниями, переход на электронные информационные потоки может означать удвоение темпов исследований и повышение шансов на успех. Предметом генетических исследований является молекула ДНК, которую часто называют строительным кирпичиком биологической жизни. ДНК содержит гены, управляющие всеми клеточными процессами, такими, как усвоение питательных веществ, клеточное дыхание, построение различных элементов и структур живой клетки. В процессе генетического кодирования гены управляют типом и количеством синтезируемых белков; белки же непосредственно реализуют все химические процессы внутри клетки. Если ДНК будет повреждена или подвергнется мутации, ее управляющие инструкции могут оказаться неверны; в результате вместо нужных белков начнут синтезироваться их измененные формы или изменится объем «производства» — нарушится химический баланс клетки. А когда на клеточном уровне развиваются такие процессы, организм в целом заболевает или даже умирает.

Прогресс генетических исследований, как и науки вообще, состоит в возникновении последовательностей неожиданных ассоциаций. Чем большим объемом информации о работе своих коллег располагает ученый, тем выше вероятность того, что чужие успехи закроют пробелы в его собственных достижениях и обнаружатся ассоциации между, казалось бы, никак не связанными данными. Ученые одними из первых — более двух десятилетий назад — начали активно использовать Интернет для обмена информацией. А генетики нашли особое применение уникальным возможностям Сети с точки зрения поддержки коллективной работы.

Интенсивность этого электронного сотрудничества потрясает. Ученые постоянно обмениваются друг с другом по электронной почте новыми идеями, их анализом и критикой. Через Интернет они находят научные статьи по интересующей их тематике намного быстрее, чем это можно было бы сделать по другим каналам. Они постоянно держатся в курсе работы «конкурентов» и последних достижений в своей области науки. Когда биотехнологическая компания ICOS, одним из членов совета директоров которой я являюсь, опубликовала в Интернете материалы своих новых генетических исследований, они очень скоро привлекли внимание специалиста, занимающегося проблемой деградации костной ткани, и еще одного, специализирующегося на способности женщин успешно вынашивать беременность положенный срок. Когда я бываю в ICOS, тамошние ученые как о чем-то само собой разумеющемся говорят о совместной работе со своими коллегами, один из которых живет в Нью-Йорке, другой — в Сент-Луисе, а третий — вообще в Англии.

В биотехнологической компании средства поддержки коллективной работы обеспечивают улучшение информационного обмена между специалистами, занимающимися исследованием ДНК, синтезом ДНК и химическими технологиями. Все вместе они работают над поиском новых генов и веществ, которые бы образовывали полезные лекарственные препараты, реагируя с продуктами генетического кодирования. Обычно выделением новых и идентификацией мутантных генов занимаются одни люди, а определением их функций — другие. Это разные дисциплины, но они обе необходимы для создания лекарственных препаратов, и применение электронного инструментария помогает в работе специалистов обеих этих категорий. Ученые используют их на стадии исследования, а химики — на стадии анализа. Химик может визуально сравнить графические представления структур ожидаемых продуктов синтеза с химическими структурами известных лекарственных препаратов и сделать те или иные предположения о свойствах новых веществ. Например, молекула, сходная по структуре с известным токсином, может быть немедленно исключена из дальнейших исследований.

Одна из самых замечательных находок, сделанных специалистами ICOS, — открытие возможной роли в развитии многих видов рака избыточной экспрессии гена, называемого Atr. В настоящее время в ICOS ведутся исследования, как сделать опухолевые клетки более чувствительными к рентгеновскому облучению, чтобы повысить эффективность лучевой терапии рака. Поражающее действие рентгеновских лучей состоит в том, что они разрывают цепочки ДНК. Ген Atr кодирует белки, являющиеся частью клеточного механизма, который обнаруживает повреждения молекулы ДНК и инициирует ее восстановление. Если специалистам ICOS удастся подавить экспрессию Atr в раковых клетках, это может замедлить работу их восстановительного механизма и, таким образом, сделать эти клетки более уязвимыми для рентгеновского излучения.

Когда ICOS приступала к реализации этого проекта, о механизме восстановления ДНК в человеческих клетках было известно сравнительно мало. Но ген, вызывающий проблемы с восстановлением поврежденных радиацией цепочек ДН К дрожжевых клеток, уже был идентифицирован. Для выявления функционально эквивалентного элемента человеческого генома специалисты ICOS и привлеченный к работе их коллега из Великобритании успешно применили к одной из доступных в Интернете баз данных ДНК сложную методику анализа, использующую распознавание образов. Найденный ими ген, который получил название Atr, присутствует в трех из 23 человеческих хромосом.

Одновременно специалисты института Воллума в Центре исследований в области здравоохранения штата Орегон в Портленде обнаружили фрагмент человеческой хромосомы, содержащий множество генов, в число функций которых входило, в частности, предотвращение превращения исходных недифференцированных клеток, называемых стволовыми, в клетки мышечной ткани. Выяснив, что интересующий их ген расположен в хромосоме номер три, эти ученые обратились к Интернету и вышли на данные исследований ICOS. В дальнейшем, работая уже вместе, сотрудники двух исследовательских организаций выяснили, что именно ген Atr заставляет клетки размножаться недифференцированными, вместо того чтобы созревать в специализированные клетки одной из тканей, таких, как мышечная или нервная. Обратившись к базе данных по опухолям, опубликованной на одном из узлов Интернета, они обнаружили, что в пораженных раком тканях молочной железы и простаты, а также в образцах мелкоклеточного рака легкого присутствует слишком много копий этого гена. Был сделан вывод, что избыточное тиражирование Atr способно вызывать многие виды рака или способствовать их развитию.

Никакая другая коммуникационная среда не способна была бы столько дать для развития описанного научного взаимодействия, сколько дал Интернет. Без Сети все эти специалисты, занимающиеся исследованиями ДНК, могли бы оставаться вне поля зрения друг друга долгие годы или даже не встретиться вообще. В прошлом такие встречи были делом случая, требовали настоящего везения. Интернет же создал всемирную «классную доску», на которой ученые разных стран могут работать вместе. Исследователи ICOS попытались отыскать ген-«хранитель», отвечающий за восстановление молекулы ДНК перед ее копированием. И в сотрудничестве с коллегами из института Воллума сделали неожиданное открытие: результатом подавления экспрессии гена Atr может стать не просто ослабление опухолевых клеток, а их превращение в клетки нормальной ткани.

Пока слишком рано говорить о том, приведет ли исследование Atr к созданию эффективного препарата для борьбы с раком. Специалисты 1COS сумели выделить этот ген и получить его чистую форму, но теперь им предстоит найти ингибитор. Именно ингибитор, если он когда-либо будет создан, станет эффективным противораковым средством. Эта работа похожа на задачу принца, который уже нашел Золушку и теперь пытается отыскать в груде из нескольких сотен тысяч туфелек одну-единственную, что придется ей точно по ноге.