Смета без фундамента

По фундаментальной науке ударило еще до кризиса. В правительствах многих стран, которые могут позволить себе такую роскошь, появилась идея, что наука только тогда чего-то стоит, когда ее находки можно внедрить в производство здесь и сейчас. Это понятно для ныне независимых стран – бывших республик Советского Союза, где зачастую нет денег на финансирование здравоохранения и образования. Но и, например, в богатой Британии стал развиваться именно такой подход, хотя и по другим причинам: здесь решили, что одной из основ «экономики знания», базирующейся не на производстве, а на продаже ноу-хау, станет быстрая оборачиваемость знаний.

Однако не ясно, насколько быстро знания готовы «оборачиваться». Этот вопрос мы рассмотрим на конкретном примере внедрения одного из достижений фундаментальной науки в жизнь.

Как мы знаем из школьной программы, белок синтезируется на матричной РНК (мРНК), начиная с трех стартовых нуклеотидов (кодона) АУГ, которые кодируют аминокислоту метионин. Транспортная РНК (тРНК), связанная с метионином, узнает кодон АУГ и занимает свое место. Все последующие аминокислоты доставляются другими транспортными РНК, которые узнают соответствующие кодоны. Всем этим процессом управляет рибосома – сложный комплекс, состоящий из особых рибосомальных РНК и белков. Рибосома катализирует образование химической связи между предыдущей аминокислотой и последующей, в результате чего постепенно образуется цепочка аминокислот – белок. В конце кодирующего белок участка мРНК находится один из трех кодонов, которым не соответствует никакая тРНК, так называемый «стоп-кодон». Когда рибосома доходит до него, специальные рибосомальные белки – факторы терминации – высвобождают синтезированную цепочку аминокислот. Если мутация в гене привела к появлению стоп-кодона в его середине, с мРНК будет считываться только часть белка, он будет короткий и дефектный.

Еще в конце 1950-х, вскоре после расшифровки структуры ДНК, Уотсон и Крик предположили, что генетический код универсален. То есть знание принципов организации генетической информации у безъядерных организмов (бактерий) будет применимо и к более высокоорганизованным, ядерным организмам, к которым относится и человек. Первые мутации, приведшие к тому, что стоп-кодон оказался в середине гена, были получены в начале 1960-х гг. у вирусов кишечной палочки, бактериофагов T4, двумя группами исследователей -- под руководством Эдгара в США и Келлнеберга в Швейцарии. У вирусов нет собственного белок-синтезирующего аппарата, только инструкция по синтезу – ДНК. Бактериофаги используют рибосомы и все необходимые для синтеза факторы бактерий, вводя свою ДНК внутрь клетки-хозяина. Поэтому, изучая генетическую организацию вируса, который содержит гораздо меньше генов, чем самая простая бактерия, легче делать выводы о том, как организовано считывание информации в бактериальной клетке.

В конце 1970-х гг. исследования стали развиваться на более сложных объектах. В качестве простейшей модели были выбраны пекарские дрожжи: как и человек, они относятся к ядерным организмам (эукариотам), многие фундаментальные процессы, такие, как синтез белка, у дрожжей идут по тем же принципам, что у человека, например, рибосомы у них той же величины (бактериальные меньше, потому что рибосомальная РНК и белки рибосом устроены у них несколько иначе). В то же время, технически работа с дрожжами мало чем отличается от работы с кишечной палочкой. Они растут в простой жидкой среде и на чашках Петри, мутации легко получить с помощью химических веществ и ультрафиолетового света. В Советском Союзе эти исследования проводились в Москве, в частности, в Институте им. Энгельгардта, в лаборатории ныне покойного Л. Л. Киселева, который был авторитетом мирового уровня в области изучения процессов белкового синтеза.

В результате работы, в том числе и советских ученых, у дрожжей были получены мутации такого же типа, что и у бактериофагов и бактерий. К тому времени было уже известно, что на синтез белка у бактерий влияют некоторые антибиотики. Например, всем известный стрептомицин вызывает у кишечной палочки ошибки в работе рибосомы. При исследовании дрожжей оказалось, что некоторые вещества также изменяют работу и рибосомы таким образом, что обычные тРНК узнают стоп-кодоны и с «ненормальной» мРНК считывается почти нормальный белок.

В 1980-е гг. начались исследования молекулярных механизмов наследственных болезней человека. Оказалось, что некоторые из них вызваны тем же типом мутаций – стоп-кодонами в различных генах, что приводит к отсутствию определенного нормального белка. Этим вызван, например, муковисцидоз, который выражается в нарушениях в дыхательной и пищеварительной системах, и другая болезнь – прогрессивная мышечная дистрофия. Устранить причину заболевания современными методами до сих пор невозможно, потому что она требует «переписывания инструкции», то есть ДНК. В 1990-х ученые для облегчения симптомов таких заболеваний предложили использовать антибиотики, которые, как было показано сначала на дрожжах, увеличивают процент считывания стоп-кодонов случайными тРНК.

Исправить саму инструкцию, которая приводит к появлению дефектного белка, таким способом нельзя, но увеличить количество ошибок обычно точной рибосомы можно, что приведет к считыванию белка нормальной длины. Но, во-первых, для заметного эффекта уже имеющихся антибиотиков, например, паромомицина, необходимы большие дозы лекарства, которые вызывают серьезные побочные эффекты. А во-вторых, результат действия антибиотиков зависит от конкретной мутации, которые у разных людей отличаются.

В конце 1990-х один из ученых, работавших в области изучения механизмов синтеза белка в дрожжах, американец Алан Якобсон (Alan Jacobson), решил использовать их для нахождения веществ, позволяющих специфически увеличить считывание стоп-кодонов. Его группа начала поиск с большого количества низкомолекулярных веществ, которые добавляли к дрожжам. За несколько лет из нескольких десятков тысяч веществ-кандидатов отобрали два или три, с которыми стали проводить клинические испытания. Сначала на мышах, теперь и на людях (2007), больных муковисцидозом. У большинства людей при приеме лекарства было получено облегчение симптомов заболевания без серьезных побочных эффектов. Есть большая вероятность, что самый перспективный из «кандидатов» будет внедрен в клинику.

А теперь посмотрим на временные рамки. От первых исследований до конкретного продукта прошло больше 50 лет. В настоящее время Алан Якобсон получил бы деньги на разработку системы проверки веществ на дрожжах. А вот с деньгами на предыдущие этапы (исследование оторванных от жизни мутантов дрожжей, а тем более бактериофагов, которые трудно привязать к конкретному заболеванию) было бы плохо.

Политики редко мыслят в пределах длиннее сроков следующих выборов: 3 – 5 лет. С учетом кризиса этот горизонт принятия решений сужается до годового бюджета. А финансирование получают те, кто обещает разработать и внедрить чудо-технологию сегодня. Но подобная технология не создается с нуля. Для нее нужна материально-техническая база и квалификация специалистов. И если первое решается выделением достаточных для покупки оборудования средств, второе – тот самый долгосрочный проект, который закладывается за десятки лет до сегодняшнего дня. Это видно на примере Южной Кореи, где хорошее финансирование при отсутствии западной традиции подготовки кадров пока не привело к получению результатов мирового уровня.

Возможно, к переоценке значения фундаментальной науки привело бы понимание того, что наука, как и искусство, делится на ту, которую можно применить в обозримом будущем (эквивалент массового искусства) и ту, результатов которой не видно в ближайшие 10 лет (элитарное). И как при распределении бюджетных денег на культуру политики не рассматривают финансирование поп-групп, а выделяют деньги на музеи и библиотеки, так же им нужно понимать, что прикладная наука сможет позаботиться о себе в большей степени, чем наука фундаментальная.

В Британии фундаментальная наука, за редким исключением, - именно университетская. Преподавателей отбирают на основе их научных достижений. Зарплату им платят за учебную нагрузку, а деньги на финансирование собственной лаборатории они получают из внешних грантов. В условиях финансового кризиса теряют работу научные сотрудники, но основа, сами преподаватели с их немодным интересом к фундаментальной науке, остаются. Это полумера, но она как-то работает.

Возможно, проблемы обучения специалистов с достаточным кругозором, и проведения исследований, не рассчитанных на быстрый результат, можно на постсоветском пространстве решить путем выделения денег на конкурсной основе на университетскую науку. Пока же в России львиная доля бюджетных средств, выделенных на науку, достается Академии наук, а львиную долю от оставшегося получает один центр – МГУ.

Никто не пытается выстроить дом на голой земле, без основы. Выделение же денег на прикладную, но не фундаментальную науку можно сравнить как раз с выделением денег на постройку стен с прочерком в графе «фундамент».

См. также:

Страница Виктории Дорониной на сайте Newcastle university