Нобеловият лауреат проф. Ранди Шекман: Съвременният свят е в безпорядък. И на Запад, и на Изток има авторитарни режими

„Изминахме дълъг път. През последните десетилетия и с напредването на технологиите успяхме да разчетем целия геном на всеки организъм“. Това казва нобеловият лауреат проф. Ранди Шекман – ученият, разкрил как работят мембраните на дрождите. Фундаменталното му откритие е довело до напредък в производството на храни и горива, както и до животоспасяващи лекарства и ваксини.

В специално интервю пред Виктория Петрова той говори за бъдещето на науката, изкуствения интелект, кризата в световната политика и защо най-големите открития се раждат, когато учените поемат риск.

Вашата работа дава на света и науката фундаментални и много важни отговори и знание, но професоре, колко далеко сме от това да разберем как работи клетката?

Изминахме дълъг път. През последните десетилетия и с напредването на технологиите успяхме да разчетем целия геном на всеки организъм.

Можем да предвидим структурата на всяка протеинова молекула, съществувала някога в природата. Дори можем да проектираме нови протеинови молекули, които никога не са съществували в природата.

Можем да променяме генома с помощта на прецизни инструменти за редактиране и модифициране на генетичния материал. Освен това едва сега започваме да поправяме генетични заболявания.

През последните няколко години поне две, а вероятно и три такива заболявания вече са обект на лечение чрез геномно редактиране. Така че сме изправени пред наистина исторически постижения, които би трябвало да допринесат за по-нататъшния напредък в лечението на човешките заболявания.

Вие знаехте ли какво точно търсите? Какво се надявахте да откриете? Как се случи вашето откритие?

Обучавах се при един от великите биохимици на XX век – човек на име Артър Корнбърг (бел. авт. – откривателят на ДНК полимераза I), който получава Нобелова награда през 1959 г. за откриването на първия ензим, способен да копира ДНК, използвайки информацията, записана в нея, за да създаде копие, комплементарна верига.

В неговата лаборатория изучавах механизма на удвояване на хромозомите и приложих наученото, за да разбера как клетките изграждат своите мембрани. Мембраните представляват много различен тип структура. Молекулите на ДНК и белтъците са сравнително стабилни структури, изградени чрез ковалентни връзки.

Те не се движат особено много. Могат да бъдат променяни, но мембраните са по-скоро като двумерни течности.

Мембраната обгръща клетката чрез двоен слой от липиди, а съставките в нея могат да се движат сравнително свободно, ограничени единствено от съпротивлението и силите вътре в самата мембрана. Това е много различно от ковалентните структури. Затова и разбирането как се изгражда една мембрана е съвсем различно от разбирането как се изграждат белтъците или нуклеиновите киселини.

Историята на тези изследвания в клетъчната биология ни помогна, с помощта на микроскопските методи, да разберем, че в клетките в нашето тяло, както и клетките на голяма част от организмите на Земята, които съдържат ядро, имат вътрешна система, която е отговорна за сглобяването, пакетирането и транспортирането на белтъчни молекули, предназначени да функционират извън клетката. Например човешкият геном съдържа около 23 000 гена, които кодират приблизително 100 000 различни белтъка. Всички тези белтъци се синтезират вътре в клетката, но около 30% от тях трябва да я напуснат.

Това са молекули като инсулин, хормони и растежни фактори. Те излизат от клетката и въздействат върху други клетки. Следователно трябва да съществува механизъм, който много прецизно и селективно да разпознава и прихваща молекулите, предназначени за износ от клетката, като оставя всички останали на мястото им.

Когато започнах научната си кариера, знаехме, че в клетката има мембрани, които организират този процес, но не знаехме почти нищо за неговите конкретни механизми. Как точно работи? Кои гени го контролират и изпълняват?

Затова реших да изучавам този процес в прост организъм – хлебната мая (бел. авт. – дрожди Saccharomyces cerevisiae), защото вече знаехме, че тя прилича на клетките в нашето тяло. И тя има ядро и мембранни структури, подобни на тези в човешките клетки.

Предимството ѝ пред човешките или животинските клетки беше, че може много лесно и евтино да се отглежда в лаборатория. Освен това позволява използването на класически генетични методи. Можете да изложите клетките на химично вещество, което предизвиква мутации, и след това да откриете мутации в гени, необходими за нормалния растеж на клетката.

Това не можеше да се прави с човешки или животински клетки по онова време. Днес вече може, но тогава не беше възможно. Затова използвахме маята като прост инструмент за изследване на клетъчния механизъм. Успяхме да открием цяла група гени, които организират този процес. Когато изолирахме и секвенирахме тези гени, впоследствие установихме, че същите гени съществуват и в човешкия геном.

Така, че основният план, по който работи този механизъм, е възникнал преди около два милиарда години на Земята – в почвата и водата – и е бил предаван през милиардите години еволюция до наши дни.

Това откритие позволи на биотехнологичната индустрия, която тогава тепърва се зараждаше в района на Сан Франциско в началото на 80-те години, да използва маята като платформа за производство на големи количества клинично важни човешки белтъци.

Например помогнах на местна биотехнологична компания да въведе гена за човешкия инсулин в клетки от мая.

Разбира се, дрождите не произвеждат инсулин по естествен път. Но ако въведете съответния ген, те не само започват да го синтезират, но и го отделят извън клетката по същия начин, както собствените си белтъци. Днес около една трета от световното производство на рекомбинантен човешки инсулин се осъществява в огромни ферментационни инсталации с дрожди.

Това практическо приложение беше напълно неочаквано за мен.

Аз просто бях учен, занимаващ се с фундаментални изследвания върху начина, по който функционират клетките. Но когато направите фундаментално откритие, почти неизбежно се появява и някакво практическо приложение. Именно в това се състои връзката между фундаменталната наука и приложенията ѝ в здравеопазването и технологиите.

Кое ви се струва по-удивително: че клетката безпогрешно знае какво, кога и къде да транспортира, или че понякога допуска грешки?

Всъщност много генетични заболявания се дължат именно на мутации, които нарушават този механизъм. Като разбираме кои гени участват и как работят, можем по-добре да разберем защо възникват определени заболявания и как протичат те.

Работите върху изясняването на причините за болестта на Паркинсон. Докъде сте стигнали в изследванията си?

Аз работя върху малка част от този проблем, но ролята ми е значително по-широка – да организирам международни усилия, които обединяват стотици лаборатории, занимаващи се с фундаментални изследвания за болестта на Паркинсон.

Моята лаборатория изследва един конкретен аспект, но при пациентите с Паркинсон възниква огромен набор от различни проблеми.

За мен тази тема има и лично, трагично измерение. Съпругата ми страдаше от Паркинсон в продължение на 20 години, докато не почина преди осем години и половина.

След смъртта ѝ бях поканен да помогна за създаването на международна мрежа от изследователи, финансирана от Сергей Брин.

Г-н Брин е съосновател на Гугъл. Той е изключително заможен, но в семейството му има наследствена обремененост с Паркинсон. Той и майка му носят мутация в един от около двадесетте гена, свързани с различни наследствени форми на заболяването. Майка му е тежко засегната от Паркинсон, докато той засега няма симптоми. Но като съосновател на Google той разполага със значителни ресурси.

Затова е инвестирал стотици милиони долари във Фондация „Майкъл Дж. Фокс“, която подпомага пациентите и клиничните изследвания. За фундаментална наука обаче организацията разполагаше с относително ограничен бюджет.

Г-н Брин смяташе, че е необходимо специално и целенасочено внимание към фундаменталните изследвания, за да се стигне до истинската причина – до корена на заболяването.

Затова той се съгласи да подкрепи тази инициатива с инвестиции на стойност над един милиард долара.

Всъщност следващата седмица ще проведем наша среща в Барселона. Международната мрежа ще се събере там, за да посрещне нови изследователски екипи, които наскоро се присъединиха към програмата. Те ще проучват различни аспекти на заболяването на молекулярно и клетъчно ниво.

Смятате ли, че скоро ще можем да преодолеем това заболяване?

Много съм оптимистично настроен, но това е сложно заболяване. За първи път е признато преди около 200 години и през тези 200 години не е постигнат напредък, който да забави прогресията му.

Затова това е дълъг процес. Но вярваме, че чрез тази фундаментална научна работа ще открием нови цели, мишени, върху които биотехнологичната и фармацевтичната индустрия ще могат да действат. Още сега има много насоки, които произлизат от работата на тази изследователска мрежа. Оптимист съм, дори бих казал уверен, че когато програмата приключи след пет години, ще имаме нови лекарства в клинични изпитвания, които може да показват по-голямо обещание.

Но това е много дълъг процес. Като гледам историята на лечението на рака, съм много обнадежден, защото сме постигнали огромен напредък, след като разбрахме, че ракът много често е генетично заболяване.

Това направи възможно създаването на лекарства и подходи, които се насочват към коренната причина на рака. И днес почти всеки ден се появяват нови научни статии и новини за нови терапии, които постепенно намаляват смъртността от рак по света. Затова мисля, че и болестта на Паркинсон ще последва същия път.

Следите ли новините? Какво мислите за съвременния свят?

Съвременният свят е в безпорядък. Новините са много потискащи.

Чета различни източници, за да получавам различни гледни точки, но в момента това е мрачен период в света. И на Запад, и на Изток има авторитарни режими, които заплашват демократичните институции. Много съм загрижен за това, което се случва в САЩ.

Има, бих казал, целенасочени атаки срещу науката, срещу влиянието на науката и финансирането на научните изследвания. Според мен политическото ръководство не е достатъчно информирано и наистина съм много притеснен.

Кои са водещите сили в науката днес? Силните в науката същите ли са като силните в геополитиката?

Китай се появява много силно като водеща сила в фундаменталната наука и това не е само през последните две-три години. Това е дългосрочна тенденция през последните 20 години – бюджетът за наука в Китай непрекъснато нараства в сравнение със Запада.

И това е добре за науката, но не е добре за политическата свобода, защото учените в Китай все още трябва да се съобразяват с политическата линия. Те не са толкова свободни да изразяват мнението си, както сме ние на Запад. А аз ценя свободата на изразяване.

Съединените щати в момента, според мен, са в упадък в науката заради политическа намеса и ограничено финансиране.

Но съм уверен, че поради нуждите – нуждата от технологии, здравеопазване и напредък в медицината – хората в крайна сметка ще осъзнаят стойността на науката, в която преди са инвестирали. Населението застарява, а болестите се увеличават с възрастта. При невродегенеративните заболявания – не само Паркинсон, но и Алцхаймер – в момента почти няма ефективни решения.

И тези състояния ще се влошават, ако не намерим по-добри лечения. Затова това е наложително – просто не можем да позволим тези атаки срещу науката да продължат, ако искаме да подобрим продължителността на живота на хората.

А какво според вас ще бъде следващото важно откритие?

Не мога да предскажа бъдещето, нямам кристална топка, така че не мога да кажа.

Изкуственият интелект ще има огромно влияние – той вече има такова, особено при откриването на нови направления за изследване.

Но все още вярвам, че активната експериментална наука ще продължи. Не мисля, че AI ще я замести, но ще помогне да се насочим към области, които могат да бъдат разбрани чрез огромни масиви от данни.

Там AI е наистина силен – в анализа на изключително сложни данни и в откриването на неща, които хората все още не са забелязали.

Затова съм уверен, че активното сътрудничество между науката и изкуствения интелект ще ускори още повече темпото на откритията.

Имате ли съвет към младите хора?

Да. Млад човек, който се интересува от наука, трябва да изследва собствените си творчески инстинкти. Не бива да се ограничава само до учебни часове и четене на учебници. Трябва да излиза навън и сам да изследва света.

Много учени имат първите си научни преживявания именно чрез собствена индивидуална творческа инициатива.

Затова всички училища трябва да дават на учениците възможност да изследват самостоятелно, а не да бъдат ограничавани само от това, което пише в учебниците или което учителят преподава.

Някои от най-великите учени, които познавам, са имали такива възможности, когато са били много млади, и това им е дало увереност, че могат да направят нещо наистина оригинално.

Мисля, че учените трябва да поемат рискове. Те трябва да бъдат като „комарджии“ – хора, които залагат на неизвестното. И най-добрите учени са готови да поемат такива рискове. Именно така се правят големите научни открития.

А какво е щастието за вас и за какво мечтаете?

Мечтая за по-мирен свят. На първо място – свят, в който хората могат да пътуват и да общуват свободно, и в който различните култури се уважават, а не са източник на напрежение.

В момента САЩ, поне през целия ми живот, винаги са били страна на имигранти. Това за мен е основата и силата на тази държава – че сме приемали хора от всички култури и сме ги смесвали. За съжаление, това в момента е под атака от настоящата администрация, която вижда имигрантите като „други“, които не принадлежат тук. Това е наистина опасна тенденция.

Понеже разбирате градивните елементи на живота – клетката – откъде започва движението в живота – от материята или от информацията?

Всичко започва от материята, но в хода на еволюцията на живота, по стечение на обстоятелствата, тя се е превърнала в източник на информация.

За да се появи клетката на Земята, молекулите, които я изграждат, е трябвало да възникнат чрез химични реакции.

И чрез огромен брой случайни комбинации в продължение на милиарди години, молекулите са се подредили така, че да създадат информация, която може да поддържа живота и клетката.

Това вероятно е отнело около милиард години, преди първите клетки да се появят от „супата“ от химични елементи, които са били във водите, почвите и атмосферата на Земята.

След като веднъж се появи клетка, която може да се копира, е било неизбежно тя да се променя. И така, 2 милиарда години по-късно, виждаме огромното разнообразие на живота.

Аз съм убеден, че условията, при които животът се е появил на Земята, съществуват и другаде във Вселената и че животът се е появил и там. Той ще бъде различен от нас, но ще следва принципите на еволюцията.

Една форма на живот ще се адаптира и ще оцелява според условията, в които се намира, и това ще поддържа еволюционния процес.

Надявам се, че може би още в рамките на моя живот ще открием на планети около далечни звезди атмосфери, които съдържат молекули, които носят отпечатък, белега на живота там.

Това ще бъде революционно откритие, когато се случи. И съм сигурен, че ще се случи – ако не в моя живот, то във вашия.