Реакционеры

В среду в канадском Университете Альберты представлен черновой вариант метаболома человека – полного и взаимосвязанного описания всех биохимических реакций, происходящих в организме Homo sapiens.

Проблема

Биохимия – не вчера явившаяся наука. О реакциях, характерных для всех живых существ, или же специфичных для нашего биологического вида, наука знает уже очень много. Иногда даже кажется – невероятно много. Практически про каждое вещество, которое можно обнаружить в организме, известно, как оно вырабатывается и как утилизируется. Как правило, понятны и функции соединения, его роль.

Тут можно привести в качестве аналогии представление ученых об экономике. Как формируется цена в конкретном магазине и как избежать затоваривания бочкотары, нынче учат в любом профильном вузе. И понимание соответствующих процессов у экономистов довольно ясное.

А вот с уверенностью дать менее тривиальные оценки (скажем, как повлияет на уровень финансирования детских садов национализация нефтяной отрасли) уже не получается. То есть, конечно, у каждого эксперта будет свое представление на этот счет и какие-то из этих представлений кажутся нормальному человеку более правдоподобными, а какие-то – надуманными, но нельзя не признать, что определенная доказательная база имеется у каждой из предлагающих свои оценки сторон.

Для медицины такой уровень доказательности не подходит. Есть и еще один важный фактор: эксперименты на обществе кое-где еще позволяется ставить, эксперименты же на человеке обычно считаются недопустимыми. Есть противники и у экспериментов на животных, да и не всеми человеческими болезнями они болеют. Когда же дело доходит до таких проблем, как болезнь Альцгеймера, опыты на животных и вовсе непонятно как проводить: невозможно же спросить кошку, не забывает ли она подробностей своей молодости…

Система

Единственный выход из положения в такой ситуации – создать всеобъемлющую (компьютерную) модель всех-всех-всех процессов обмена веществ в одном отдельно взятом организме.

То есть речь идет не об описании каждого процесса, а о каталогизации и количественных оценках всех реакций, ведь продукты одного процесса в организме – это исходные материалы для какого-то другого.

Создание такой системы позволит ставить перед содержащей эту модель компьютером самые неожиданные вопросы. Как повлияет на курчавость волос отказ от потребления огурцов диабетиками в возрасте 13-29 лет, будет узнать не сложнее, чем сейчас оценить, как в компьютерной стратегии на "научный прогресс" влияет перемена исходного ландшафта игрового мира с горного на равнинный. Надо будет просто задать исходные данные и немного подождать.

Вся совокупность процессов обмена веществ в организме, с момента их поступления извне до образования конечных продуктов, называется метаболизмом. По аналогии с геномом (совокупностью информации, передающейся генетически от поколения к поколению) и протеомом (исчерпывающим описанием всех существующих в организме белков), совокупность данных обо всех реакциях назвали метаболомом.

Модель

"Метаболический паспорт человека" – метаболом – готов начерно. Первым делом учитываются общие для всех людей (и многих других живых существ) пути метаболизма. Затем придет очередь специфических особенностей, определяющих различия между людьми (от цвета кожи до тонких психологических процессов, вроде склонности к депрессиям) и, конечно, патологического метаболизма, обуславливающего болезни.

Венцом развития моделирования метаболома станет изучение на этой модели воздействия известных, а в итоге и только воображаемых лекарств. Фактически, метаболом позволит не перебирать те или иные комбинации препаратов или других лечебных методов, а просто передавать химикам задания на синтез той конкретной "магической пули", которая будет идеально подходить для исправления заданной проблемы.

Как сообщает программа "Гранит науки" радио "Эхо Москвы", работа ученых из Университета Альберты восходит к концепции, разработанной в России.

В 2004 году в Вестнике Российской академии наук была опубликована теоретическая статья академика Льва Пирузяна "Метаболический паспорт человека - основа новой стратегии в фармакологии". В этой работе Пирузян утверждает необходимость индивидуальной метаболической паспортизации (или портретизации, если угодно) каждого человека.

Индивидуальные особенности метаболизма, основанные на генетических особенностях, не только делают человека более или менее предрасположенным ко многим заболеваниям, но и заставляют его по-разному реагировать на многие химические, в том числе и лекарственные вещества.

К примеру, в метаболическом паспорте, в отличие от паспорта гражданского, будет и графа "этническая принадлежность". Дело в том, что есть болезни, свойственные определенным национальным группам. Самый известный пример – это некоторые формы рака груди, встречающиеся только у евреев-ашкенази.

Работа

На сегодня канадскими исследователями каталогизированы и охарактеризованы 2500 находящихся в организме человека веществ (сообщается, что это около 95 процентов их общего количества), 1200 лекарственных препаратов и 3500 пищевых компонентов.

По мнению ученых, метаболомный проект окажет на медицину и терапию даже более существенное влияние, чем проект "Геном человека", поскольку метаболом в качестве индикатора здоровья и протекающих в организме физиологических процессов несравненно чувствительнее.

"Метаболомы - это осведомители генома", - говорит руководитель проекта профессор вычислительной биологии Университета Альберты Дэвид Вишарт (David Wishart). По его подсчетам, единичная "ошибка" в наследственной информации может привести к стотысячекратному изменению в уровне метаболизма. Метаболом будет использоваться для предсказания, предупреждения и мониторинга многих генетических, инфекционных и связанных с загрязнением окружающей среды заболеваний.

Метаболом находится в исключительной зависимости от того, что человек ест, где он живет, от времени суток, времени года, общего состояния его здоровья и даже от душевного состояния, отмечается в документе, распространенном Университетом Альберты.

На сегодняшний день большая часть медицинских исследований биохимии организма основана на измерении содержания веществ в крови и моче. В клинической практике исследуются концентрации менее чем одного процента всех известных участников метаболизма. Описание метаболома позволит врачам найти новые, более точные и удобные индикаторы различных патологических состояний.

Авторы считают, что результаты их работы являются отправной точкой для начала новой эры диагностики, профилактики и мониторинга заболеваний. Фактически, речь идет о появлении новой, метаболической медицины.

Статья проиллюстрирована сценами метаболических процессов лейкоцитарной экстравазации из фильма "Внутренняя жизнь клетки", производство студии XVIVO и Медицинского института Ховарда Хьюза Гарвардского университета, 2006 год.
(Версии фильма с англоязычными пояснениями доступны здесь.)