Сторінка
3

Протеоміка

ВІД ГЕНОМІКИ ДО ПРОТЕОМІКИ

Якщо за нормальних умов геном є стабільним, то протеом — надзвичайно динамічний і змінюється залежно від функціонального стану клітини. Предметом вивчення протеоміки є не лише якісний та кількісний склад білків, але й визначення їх функції, локалізації, модифікацій, взаємодії з іншими молекулами тощо. На сьогоднішній день вже охарактеризовано цілу низку білків. Однак робота з розшифрування протеому ведеться значно повільніше, ніж геному. За підрахунками, оптимальним був би скринінг декількох тисяч білків за день, однак сьогоднішній темп аналізу білків складає десятки–сотні за день. Така низька швидкість структурного аналізу білків зумовлена використанням надзвичайно тонкої та трудомісткої технології. На першій стадії аналізу використовують двовимірний гель-електрофорез, який з 70-х років минулого століття все ще є «золотим стандартом» протеомної технології. В результаті проведення цього етапу дослідження звичайно виявляють до 1500 білкових плям. На другій стадії кожну пляму виділяють і обробляють відповідними ферментами. На третій стадії утворені пептидні фрагменти аналізують за допомогою мас-спектрометрії. Набір характерних пептидних фрагментів індивідуального білка — це «відбиток пальця», котрий можна легко порівняти з уже відомими фрагментами каталогізованих білків. Нещодавно почали застосовувати нові технології з використанням іммобілізованих на скляній пластинці антитіл, які зв’язують специфічні білки (Hadlington S. Snipping away at the human genome // Scrip Magazine. — 2000. — 94. — P. 55–57).

Крім того, білки є набагато складнішими, ніж нуклеїнові кислоти. Їх активність істотно змінюється внаслідок приєднання до молекули білка залишків фосфорної кислоти, певних цукрів, жирних кислот тощо. Тобто один і той самий білок може мати різну просторову будову, розташування в клітині, функцію та активність, що надзвичайно ускладнює розшифрування його біологічного значення. Більше того, один і той самий ген може кодувати різні білки. Це залежить від того, де починається і де закінчується зчитування генетичної інформації з матричної РНК при її трансляції. Ситуація ускладнюється ще й тим, що один білок може виконувати декілька функцій і навпаки, одна й та сама функція може забезпечуватися декількома білками (Fields S. Рroteomics: рroteomics in genomeland // Science. — 2001. — 291. — Р. 1221–1224). Біохіміки вважають, що у звичайній спеціалізованій клітині одночасно присутні не більше 10 тис. білків у різних кількостях. Набір білків постійно змінюється залежно від фази клітинного циклу, ступеня диференціювання клітини, впливу факторів навколишнього середовища тощо.

ГЕНОМ/ПРОТЕОМ І ПАТОЛОГІЯ

На сьогоднішній день вже ідентифіковано сотні генів, зв’язок яких з певними захворюваннями чітко доведений. Значним успіхом є те, що практично щотижня надходить інформація про розшифрування нового «патологічного гена». З часом науковці сподіваються виявити ще більшу кількість таких генів. Наступним кроком після встановлення структури патологічного гена є аналіз функціональних властивостей білка даного гена. Після цього розробляється активна субстанція, яка має або замістити функцію ушкодженого білка, або, навпаки, інгібувати його активність. Іншим підходом є введення в клітину нормального варіанта ушкодженого гена.

Багато захворювань спричинено патогенною дією мікроорганізмів. Найновіші досягнення у галузі біотехнології уможливлюють вивчення взаємодії геному та протеому людини з геномом та протеомом патогенних мікроорганізмів. Це, наприклад, дає змогу розробити практичні заходи для боротьби з антибіотикорезистентністю багатьох штамів мікроорганізмів. Деякі захворювання обумовлені розладами регуляції метаболічних процесів та порушенням передачі гормональних сигналів усередину клітини. Їх ефективне лікування, як вважають учені, буде тісно пов’язано з використанням досягнень фармакогеноміки та фармакопротеоміки.

ГЕНОМІКА/ПРОТЕОМІКА І ФАРМІНДУСТРІЯ

Із розшифруванням геному людини у біотехнологічній індустрії відкрилося «друге дихання». Важливу роль у цьому відіграв Міжнародний консорціум з секвенування (встановлення послідовностей ДНК) геному людини (International Human Genome Sequencing Consortium (IHGSC), який координує зусилля 20 наукових лабораторій та академічних центрів світу (International Human Genome Sequencing Consortium // Nature. — 2001. — 409. — Р. 860–921). Альтернативний проект з розшифрування геному людини виконала приватна компанія «Селера геномікс» (Celera Genomics, Venter J.C. et al. // Science. — 2001. — 291. — Р. 1304–1351). Одержані результати загальнодоступні на веб-сайті www.sciencemag.org. З результатами досліджень, представленими IHGSC, можна ознайомитися в Інтернеті (http://genome.cse.ucsc.edu), де містяться відомості про структуру і розташування в хромосомах перших 2300 генів. Компанія «Селера геномікс» має намір розповсюджувати інформацію про структуру геному людини на комерційній основі.

Вже сьогодні деякі компанії успішно проводять клінічні випробування принципово нових лікарських засобів, розроблених з використанням досягнень геноміки та протеоміки, які призначені для лікування генетичних порушень, вірусних і онкологічних захворювань. Наприклад, доведено високу ефективність препарату Коагулін-В компанії «Avigen», який використовують для лікування гемофілії, tgDCC-E1A компанії «Targeted Genetics», призначений для генної терапії рецидивуючого раку голови та шиї, резистентного до стандартної терапії, тощо. Багато інших препаратів виявилися надзвичайно ефективними на стадії доклінічного випробування.

Нещодавно на засіданні Національної академії наук США компанія «Genset» оприлюднила результати доклінічних випробувань препарату Фамоксин — специфічного білка для лікування ожиріння. Доведено, що Фамоксин істотно знижує як рівень вільних жирних кислот у плазмі крові мишей, у раціоні яких був високий вміст жирів та цукрів, так і масу тіла. При цьому кількість спожитого корму залишалась незмінною. Компанія сподівається, що препарат можна буде застосовувати також для лікування цукрового діабету, деяких метаболічних розладів і захворювань ЦНС.