Молекулярный биолог Яков Журинский не просто расскажет подросткам об удивительных свойствах клетки, но и покажет, насколько мир науки, биологии в частности, может быть понятным, стройным и красивым.

Яков, расскажите, пожалуйста, о себе и том, чем вы занимаетесь?

Я получил степень PhD в Вейцмановском университете, занимаясь биологией раковых клеток. Потом я работал в Рокфеллеровском университете в Нью-Йорке у Пола Нерса — человека, получившего Нобелевскую премию за открытие клеточного цикла. Пол выяснил, как клетка принимает самое главное решение в своей жизни — решение разделиться на две дочки. Дело в том, что каждой из дочек должна достаться точная копия генетического материала клетки-мамы. Поэтому клетки сначала удваивают свой генетический материал и уже потом делятся пополам.

Эти два события должны быть точно скоординированы во времени. Если клетка попробует разделиться до того, как ее генетический материал удвоится, то обеим дочерним клеткам достанется по кусочку непонятно чего, какие-нибудь обрывки ДНК, с которыми нельзя жить. Так что эта регуляция — вопрос жизни и смерти.

И Нерс еще в восьмидесятые годы обнаружил, что открытый им ген дрожжей, отвечающий за эту регуляцию, сохранился практически неизменным в течение сотен миллионов лет и работает в наших с вами клетках по тому же механизму.

У Нерса я занимался тем, как клетка координирует процессы роста и регуляции главного клеточного процесса — это когда из генов получаются белки. Первый этап этого процесса называется транскрипция — когда у вас берется ген и делается его копия. Это как если мы берем поваренную книгу в библиотеке и делаем копию одной странички, чтобы потом по ней дома приготовить еду. Получается, что поваренная книга — это хромосома, в которой много генов, а процесс ксерокопирования страничек для их доставки на кухню — это и есть транскрипция. Мы открыли, что клетки, когда растут, знают, что они теперь уже большие, и ускоряют транскрипцию четырех тысяч генов одновременно. Мы были первыми, кто продемонстрировал такую скоординированную регуляцию множества генов и показал ее связь со способностью клетки узнать о своем размере.

То есть вы занимаетесь генетикой? Или это медицина? Или биология?

Вы знаете, это раньше были слова: генетики, молекулярные биологи, клеточные биологи, биологи развития, вирусологи. Большая часть этих слов потеряла смысл, потому что сегодня ученые, чтобы ответить на какой-то вопрос, используют методы из всех этих дисциплин.

Если мы смотрим на клетку в микроскоп, то можно сказать, что мы клеточные биологи. А если мы скрещиваем клетки дрожжей, чтобы получить клетку с нужной комбинацией генов, — мы генетики. Иногда мне нужно из клеток выделить какой-то белок — это биохимия, а в другой раз заменить один ген на другой — уже генная инженерия. И если для этого я делаю в пробирке копию гена и меняю его — это называется молекулярная биология.

Получается, что фактически методы всех этих дисциплин соединяются сегодня вместе для ответа на интересующий нас вопрос. При этом, конечно же, вопросы мои были про биологию клетки.

А для чего вы все это делаете?

У меня есть два ответа. Более прикладной состоит в том, что клетки дрожжей во всех главных вещах, которые они умеют делать, фантастически похожи на клетки человека. При этом клетки человека очень сложные и хрупкие, и когда мы начинаем их выращивать в чашках Петри, возникает масса ограничений, потому что клетки внутри тела и в инкубаторе ведут себя по-разному — скорее всего, в них что-то сломалось еще до того, как их поместили в чашку Петри. А клетка дрожжей, с которой мы работаем в экспериментальной системе, фактически идентична той же клетке в дикой природе, она чувствует себя замечательно и там, и там: размножается, спаривается, выделяет споры, дает потомство. Поняв, как эти вещи работают и как они регулируются в клетках дрожжей, мы поймем, что происходит и в наших собственных клетках, — и это открывает дорогу для разработки новых лекарств.

Что касается второго ответа, то смотрите: бывает наука, когда мы, например, используем модельные системы — клетки в чашке Петри, дрожжи, мышей, — чтобы научиться убивать определенную разновидность раковых клеток или лечить наследственную болезнь. Но бывает и другой вид науки, ближе уже к фундаментальным вещам, когда мы пытаемся выяснить, как все устроено.

Парадоксальным образом этот подход очень часто тоже дает важные прорывы в лечении болезней, в медицине, в разных зонах человеческой деятельности. В прикладной физике материалов есть отличный пример такого прорыва — открытие графена. У ученых не было сначала цели сделать материал, который окажется хорош для какого-то прикладного исследования; люди просто изучали некоторый вопрос и в качестве ответа получили очень интересный результат. Что ими двигало? Это ведь не было желание изобрести лекарство или новый материал для ракет или еще для чего-нибудь. Ими двигало любопытство. Но поскольку эти люди делали свое дело очень хорошо, побочным образом они получили еще и такую замечательную вещь, как графен. За всю историю человечества мы видим таких примеров миллионы, и это то, почему мне нравится заниматься наукой.

Расскажите, пожалуйста, что будет в вашем курсе для подростков?

В первую очередь я бы хотел передать детям вот это свое ощущение бесконечной красоты живых существ и механизмов, которые в них заложены. Это как часовой механизм или программируемый робот, когда мы можем менять элементы и реально понимать, как этот механизм устроен; мы можем его разобрать и собрать обратно.

Безусловно, я планирую рассказать часть базовых вещей, потому что многие люди очень плохо себе представляют, зачем нужны белки, зачем — гены, чем они отличаются. Но дальше мне бы хотелось сделать акцент на зонах современной биологии, которые, пожалуй, совсем не затрагиваются в школе.

Например, я собираюсь рассказывать о том, как возникает симметрия и какую роль клеточный скелет играет в образовании формы, симметрии и как он вообще участвует в функции клетки. Например, у меня есть две руки — правая и левая, они очень похожи, но не все наше тело симметрично. Сердце — слева, печень — скорее справа. Но при этом многие элементы нашего тела будут абсолютно симметричны: руки, череп. Как это получается? Почему? У нас была одна яйцеклетка, из которой получились все части тела. Как эта клетка знает, что, когда она делится, нужно сохранить симметрию? И почему мы не шар, как образуется разница между головой и хвостом у ящерицы?

За все это отвечают клетки. Я расскажу, как внутриклеточные структуры определяют асимметрию голова-хвост, которая, как мы выясним на нашем курсе, закладывается еще до того, как самая первая клетка разделилась.

Мы поговорим про осцилляторы — это когда клетка включает разнообразные мигалки внутри себя, отвечающие за периодические процессы. Так работает, например, клеточный цикл регуляции деления клетки. Клетка делится раз в несколько часов. Каждый раз перед тем, как делиться, она включает сигнал, который запускает каскад связанных с делением процессов, а потом выключает его. Как она знает, когда это делать — об этом мы тоже поговорим. Из каких элементов, из каких составных частей собраны эти мигалки.

Обязательно поговорим, как возникает план строения тела. Как регулируется работа генов, чтобы клетки нашего тела, возникшие из одной яйцеклетки, получились такими разными? Это реально передний край современной биологии, это вопросы, на которые отчасти уже есть ответы, но на самом деле до конца это не понятно. Это зона биологии, где сегодня есть еще много вопросов без ответов.

А чего наука пока не знает о человеке? И где еще сегодня передний край биологии?

Наука плохо понимает, что такое сознание. Как работает память, как работает мозг, как мозг возникает в ходе развития организма и как он меняется. Это вот один из передних краев, я не уверен, что мы много будем про это говорить на лекциях, но это одна из важнейших тем, и она очень быстро развивается.

Потом то, что называется big data — любой анализ биологических систем как единого целого. Как раньше работали ученые? Скажем, в человеческой клетке есть больше десяти тысяч разных белков, мы выделяли какой-нибудь один, получали пробирку, наполненную раствором этого белка. Дальше мы его всячески изучали: смотрели на его свойства, пытались понять, с какими другими белками он взаимодействует, и тратили на это 5–10 лет.

Что мы делаем сегодня? Мы берем клетку — например, клетку дрожжей с четырьмя тысячами генов, и смотрим на них на все сразу, а дальше методом компьютерного анализа пытаемся увидеть, как клетка как единая система отвечает на внешние воздействия, как адаптируется к изменениям среды или к своим потребностям, если ей, например, нужно делиться.

Если раньше мы смотрели на один белок, то сегодня — на тысячи. И понятно, что анализ этих данных требует других методов, требует большого количества математики, он требует других вопросов и других подходов. И это то, чем сегодняшние дети «Марабу» будут заниматься в будущем.

Я хочу дать подросткам чувство, что биология — это безумно красивая наука, что мы смотрим на схемы, которые перед нашими глазами включаются-выключаются, собираются-разбираются, которые обладают удивительным уровнем самоорганизации, но при этом мы можем все это понять, реально разобраться, как все работает.

И это главное — чувство красоты и чувство доступности. Обычный 16-летний школьник на самом деле может понять, чем занимается современный ученый в биологии, и вот мне хочется, чтобы они не только это увидели и поняли, но и поверили в свои силы — что это доступно и что это то, чем они тоже могут заниматься.