Fedor Shirshikov spune cum de a alege între proiectare, biologie și IT, proteine se luptă cu cancer, care este natura hidrofobie și de ce - marele combinator.
În cazul în care a studiat: a absolvit cu onoruri de la Institutul de Medicină Fundamentală și Biologie al Universității Federale din Kazan, acum studiază în școala postuniversitară în laboratorul de modelare a sistemelor biomoleculare al IBCh RAS
Ceea ce face: biologie moleculară
Poate că cel mai preferat subiect de mult timp a fost zoologia nevertebratelor, dar în al treilea an în programul meu a apărut o nouă disciplină, numită citologie. Lyudmila Malyutina, unul dintre cei mai talentați profesori de la Universitatea din Kazan, atât de interesant și captivant spus despre structura celulelor și structura proteinelor și a altor macromolecule biologice, că eu nu m-am putut imagina fara cercetare in biologie celulara si moleculara. Asta înseamnă ceea ce înseamnă prelegeri inspiratoare!
În general, trebuie să recunosc că atunci când aleg o universitate, am avut două alternative la direcția biologică. În timpul educației mele în liceu am studiat la o școală de artă și, în același timp, am fost îndepărtat de arta legării manuale. În general, ma împins la ideea de a continua educația într-un institut arhitectural la departamentul de proiectare. Cu toate acestea, nu am fost acolo pentru concurs. Deci, aparent, această direcție a fost populară. A doua alternativă a fost perspectiva de a învăța programarea. La școală, am fost foarte interesat de grafica pe calculator. În general, sfera intereselor mele a acoperit întotdeauna ceva din domeniul artelor și al științelor tehnice. Ca rezultat, prima impresie despre organismele vii ca fiind ceva foarte frumos și în felul lor depășea totul și am devenit student de biologie.
Chiar și atunci mi-a plăcut biologia moleculară. Există întotdeauna ceva de surprins aici, în ciuda simplității mijloacelor disponibile pentru natură. Natura este ca un strateg mare, își dezvăluie secretele doar celor care pentru o lungă perioadă de timp privindu-l. Pentru că am fost interesat, în special, moleculele de proteine, am avut încredere în opinia colegilor de conducere din cadrul Departamentului de Microbiologie și le-a cerut să-mi spună un laborator în cazul în care există un post vacant pentru un student și menținut de studiul proteinelor. Un astfel de laborator a devenit laboratorul de enzimologie inginerie a Universității din Kazan. Aici am inceput sa lucrez cu proteine enzimatice speciale, care sunt capabile sa catalizeze hidroliza - divizarea apei de molecule de acid ribonucleic (ARN). Astfel de proteine sunt numite ribonucleaze, sau, pe scurt, RNase.
RNazele sunt cele mai studiate tipuri de molecule de proteine. Dintre acestea, toată biochimia modernă și biologia moleculară au început odată. De exemplu, RNaza din pancreas de bovine, care se face referire ca la RNază A, a fost prima proteina din lume, pentru care descifrată secvență de aminoacizi, și a treia proteină care a devenit cunoscută pentru structura sa spațială sau terțiară. Cu toate acestea, așa cum se întâmplă adesea în știință, cât aflăm mai multe, cu atât mai multe întrebări ridică conștiința noastră. Despre primele informații au fost primite în urmă cu patruzeci de ani, care RNazei poate suprima dezvoltarea tumorilor și a distruge celulele tumorale într-un mod sigur, și anume, prin mecanismul apoptozei - forma de celule moarte, atunci când toate conținuturile interioare - ADN-ul tuturor structurilor intracelulare - este distrus. Prin urmare, apoptoza este uneori numită moarte. Acest lucru a provocat un nou interes pentru aceste proteine.
Spre deosebire de necroza - alte forme de celule moarte printr-un mecanism care ucide celula având incompatibile cu leziuni de viață - în timpul conținutului apoptozei rateaza celulelor tumorale la celulele vecine. Acest lucru înseamnă că efectul RNazei asupra celulelor tumorale este mult mai fiabile, practice și mai sigure pentru organism. In plus, aceste proteine nu afectează materialul genetic al celulelor primare constând din acid dezoxiribonucleic sau ADN, și astfel nu posedă mutagen - spre deosebire de majoritatea agenților chimioterapeutici utilizați.
Trebuie să spun că timp de aproape patruzeci de ani de studiere a RNazei nu sa determinat care caracteristici ale structurii lor le permit să pătrundă în celula tumorală. Cu toate acestea, era deja bine cunoscut faptul că aceste proteine prezintă un risc mult mai mare pentru celulele tumorale decât pentru cele sănătoase. Această proprietate se numește "selectivitate".
Faptul este că abilitatea moleculelor de proteine de a forma dimeri este asociată cu prezența pe suprafața lor a zonelor care au proprietăți hidrofobe. Proprietățile hidrofobicității pot fi văzute foarte clar în timpul unei cină consistentă, când picături de grăsime plutesc pe suprafața supă. Pe măsură ce vasele se răcesc, picăturile mici de grăsime se îmbină între ele și se formează mari. Deci, este cu proteine: în apă, proteine care au suprafețe care sunt similare în proprietăți cu uleiul se pot lipi împreună. M-am întrebat dacă moleculele binazei aveau astfel de zone. Am construit un grafic pe calculatorul modificării hidrofobiei întregii proteine pe întreaga moleculă și am găsit o regiune spirală mică, pe care am numit-o segmentul hidrofob.
În biologie, în opinia mea, toate produsele lucrării științifice ar trebui să se bazeze pe o bază teoretică gravă. Teoria ar trebui să se desfășoare puțin înainte de practică, dar, bineînțeles, și să se uite înapoi la ea - ca și în fizică
De asemenea, hidrofobicitatea proteinei poate determina posibilitatea interacțiunii sale cu membrana celulei tumorale. Aceasta este o presupunere bine întemeiată și a constituit baza pentru noul meu mecanism propus de activitate antitumorală a unei anumite RNase. Acest mecanism ajută la explicarea modului în care astfel de proteine pot pătrunde în celula tumorală și pot determina moartea acesteia. În primul rând, cu ajutorul acestui segment, RNaza poate forma pori în membranele endozomilor, structurile prin care celulele umane, de exemplu, captează nutrienți din mediul extern.
În al doilea rând, în fiecare celulă a omului au organite speciale care produc energie în respirația noastră - mitocondrii. Membrana exterioara a mitocondriilor este foarte sensibil la formarea de pori sau alte defecte. Această proprietate permite să înceapă mecanismul morții celulare - cu efecte adverse (de exemplu, eșecul în mecanismele moleculare ale respirației când oxigenul molecular formează o formă activă chimic, afectând structura internă a celulei) proteinele celulare specifice (astfel de proteine aparțin familiei Bcl-2) cu prin regiunile lor hidrofobe încalcă permeabilitatea membranei exterioare a mitocondriile, ceea ce duce la moartea celulei. Controlul apoptoza celulelor tumorale este slăbit, și ea continuă să împartă - dar în detrimentul segmentului hidrofob al RNazei poate imita proteine din familia Bcl-2 și să-și îndeplinească funcțiile sale. Cunoștințe despre mecanismele de interacțiune a celulelor canceroase RNA-ză va ajuta la crearea unor medicamente mai eficiente.
Dimensiunea ribonucleazei din fluidul seminal al taurului - în imaginea obișnuită și tridimensională
Astfel, în activitatea mea de astăzi, tot ceea ce am început să mă implic în biologie, știința calculatoarelor și chiar în artele vizuale sa reunit. Am ales drept specializarea mea bioinformatica - una dintre cele mai rapid dezvoltate domenii ale stiintei moderne, combinand in abordarile matematice de cercetare matematica si programare.
Cea mai mare parte dintre cele mai avansate din punct de vedere al laboratoarelor științifice sunt formate din cel puțin un expert în domeniul bioinformatica. Așa că am decis să continue să se implice în bioinformatică într-una dintre cele mai mari centre științifice din Rusia, unde a investigat în mod activ interacțiunile hidrofobe de macromolecule biologice, și anume Institutul de Chimie Bioorganic numit după Academicienii MM Shemyakin și Yu.A. Ovchinnikov. Acum sunt în facultate și de a face munca de cercetare în simulare de laborator a sistemelor biomoleculare; Laboratorul nostru este condus de profesorul Roman E. Efremov. Institutul a lucrat și a lucrat mulți oameni de știință de renume ale muncii sale și, prin urmare, rămâne un mediu de lucru care inspiră cred că un factor important pentru a atrage tinerii profesioniști. Cred că istoria Institutului vorbește de la sine și de aceea am decis să continue să studieze în școală absolvent aici, la Moscova.
Mi se pare că bioinformatica va avea o evoluție bună în țara noastră în multe privințe, pentru că am avut întotdeauna programatori și teoreticieni puternici în domeniul fizicii, chimiei și biologiei. Acesta este un domeniu pentru care este necesar doar un calculator cu acces la baze de date - aici nu va fi posibil să depindem de livrări de reactivi sau de orice altceva din străinătate. Și, deși partea practică a științei este importantă, în opinia mea, toate produsele lucrării științifice ar trebui să se bazeze pe o bază teoretică gravă. Teoria ar trebui să se desfășoare cu puțin înainte de practică, dar, bineînțeles, și să se uite înapoi la ea - ca în fizică. Biologia, după părerea mea, va avea același sistem de viziune științifică asupra lumii. Deși, aceasta este mai dependentă și determinată de viziunea asupra lumii a cercetătorilor înșiși.
Prezicerea viitorului în ceea ce privește creșterea în biologie moleculară într-un moment în care aproape toate disciplinele biologice se confruntă cu o perioadă de acumulare rapidă și rapidă a tot felul de fapte și o cantitate mare de informații despre genomul organismelor vii, este destul de dificil. Cu toate acestea, în opinia mea, una dintre descoperirile cele mai interesante se află în domeniul Epigenetics.
In cea mai simpla abordare pentru epigenetica intelege schimba fenotip care nu depinde de schimbările în secvența ADN în genom. Este important ca o astfel de schimbare să poată fi cauzată de evenimente externe corpului - unele influențe de mediu. Se știe că genomul poate fi supus modificării chimice. Unele gene pot fi "tăcute" ca rezultat al unei astfel de modificări, iar unele pot brusc "trezi". De exemplu, gemenii identici cu prima divizie a oului sunt genomuri identice, dar in cele din urma a organismelor în creștere afectează factori diferiți, iar informațiile din genomul lor este distorsionat în multe feluri - face gemeni mici, dar diferite în aparență și alte caracteristici. În plus, gemenii din cauza fenomenelor epigenetice pot avea o predispoziție diferită față de cancer sau alte boli. Acum se știe că fenomenele epigenetice sunt implicate în apariția anumitor tipuri de cancer.
"Bazele biochimiei" Albert Leninger
"Gene egoistă" de Richard Dawkins
"Biomembrane" de Robert Gennes
Am fost mult timp interesat de moleculele de proteine, care au devenit cunoscute din cauza capacității de a provoca boala vacă nebună - prioni. Ei au capacitatea unică de a extinde structura sa printre identic în compoziția chimică și secvențe de aminoacizi ale proteinelor care realizează în funcție fiziologică normală a corpului. În starea normală, proteinele prionice sunt încă implicate în formarea contactelor intercellulare. Dar, odată cu apariția patologiei, proteinele prionice își schimbă structura și, acumulând, transformă creierul în asemănarea unui burete. Astfel de boli, din păcate, pot fi nu numai infecțioase, ci și moștenite. De exemplu, o persoană este expusă la insomnia familială fatală - boli prionice, care ar putea începe la persoanele tinere cu vârsta de 30 de ani. Există mai multe etape ale dezvoltării bolii, cu o durată foarte scurtă. În ultimele etape, o persoană își pierde capacitatea de a adormi și de a vorbi. Toate acestea sunt însoțite de o mare pierdere în greutate. Medicamentele nu există încă, dar în inima acestor boli este enigma dispozitivului și proprietățile proteinei prionice. Acesta este un domeniu larg de activitate pentru bioinformatică, iar acest subiect este foarte interesant pentru mine.
În viitor, aș dori să continuu să studiez bioinformatica și modelarea moleculară. Acesta este prezentul și viitorul biologiei moderne, prin urmare, acum este necesar să stăpânim astfel de metode. De asemenea, este important ca în Rusia să se realizeze progrese suplimentare în studiul RNasei. Avem toate condițiile pentru asta. În orice caz, trebuie să continuăm să lucrăm în această direcție pentru a înțelege mai bine baza moleculară a terapiei cancerului. Nu e așa de simplu. Cu toate acestea, cine știe, probabil că primul medicament antitumoral va apărea în țara noastră. Aș dori acest lucru și, prin urmare, doresc colegilor mei din Rusia să aibă succes în acest domeniu.
