Биолог Павел Федураев: «Ценность научного открытия определяется временем»

Кандидат биологических наук, сотрудник лаборатории природных антиоксидантов Института живых систем БФУ им. Канта Павел Федураев занимается очень интересным исследованием, результаты которого в перспективе могут помочь справиться с такой напастью, как полегание злаковых, в частности, - пшеницы. Впрочем, научные интересы Павла этим не ограничиваются. В интервью kantiana.ru он рассказал о том, почему понимание того, как клетка существует в условиях недостатка кислорода может помочь в создании эффективных методов лечения рака, какую роль в развитии злаковых играет лигнин и зачем знаменитый велогонщик Лэнс Армстронг принимал запрещённые препараты, способствующие выбросу в кровь эритропоэтина.

- Павел, недавно в Информационном центре атомной энергии Калининграда (ИЦАЭ) вы  прочитали лекцию о нобелевских лауреатах по физиологии и медицине 2019 года. Насколько значимо, на ваш взгляд, открытие, которое было отмечено столь высокой наградой?

- Очень часто эту премию называют просто – «Нобелевская премия по медицине». Но она не только по медицине, она – по физиологии и медицине. И в этом есть глубокий смысл. Отмечаются фундаментальные исследования,  которые находят применение в практической медицине.

 Премия в прошлом году была дана американцам Уильяму Кэлину и Греггу Семенза, а также британцу Питеру Рэтклиффу. Суть здесь вот в чем. Всем известно, что у нас есть клетки эритроциты – кровяные тельца, которые переносят кислород и потом -  углекислый газ как продукт распада органических соединений.

Эритропоэтин как вещество известен достаточно давно. Еще в 1905 году французский профессор медицины Поль Карно предположил, что существует  какой-то гормональный фактор, стимулирующий выработку эритроцитов. Долгое время считалось, что он вырабатывается только почками, но сейчас установлено, что практически все ткани могут синтезировать эритропоэтин, способствуя увеличению красных кровяных телец и вообще - разветвлению сети кровеносных сосудов.

Существует такой регуляторный фактор – HIF1α.

При достаточных количествах кислорода он довольно быстро распадается на составные части.

Если кислорода недостаточно, то HIF1α выступает как фактор транскрипции, то есть как фактор, который стимулирует выработку эритропоэтина.

Надо сказать, что спортсмены долгое время использовали его как стимулятор. Большие физические нагрузки требуют того, чтобы мышцы усиленно снабжались кислородом. Но, по-моему, в 2008 году применение эритропоэтина спортсменами было запрещено.

На этом препарате, кстати, попался известный велосипедист Лэнс Армстронг, который семь раз финишировал первым на Тур де Франс.

Так вот  - нобелевские лауреаты показали, каким образом клетка может адаптироваться к гипоксии (низким концентрациям кислорода ). То есть, к условиям острого дефицита эритропоэтина.

-  Какую пользу это открытие может принести в практическом плане?

 - Некоторые типы раковых клеток «прорастают», удаляясь от кровеносных сосудов. Это своеобразный механизм избегания иммунного ответа. И если раковые клетки ведут себя таким образом, значит, они стремятся получить меньше кислорода, следовательно, они постоянно живут в состоянии гипоксии.

 И понимание того, как клетка адаптируется к низким концентрациям кислорода дает нам возможность найти новые подходы к лечению онкологических заболеваний. И, кроме того, есть ряд заболеваний сердечно-сосудистой системы, которые также характеризуются низкими концентрациями кислорода в тканях. Например, ишемия.

- Прослеживаются ли в последнее время какие-либо тенденции в решениях Нобелевского комитета?

- Как правило, Нобелевскую премию присуждают не за какую-то отдельную работу, а за ряд публикаций по одной тематике.

То есть, Нобелевский комитет дает какому-то исследованию, что называется,  «отлежаться», окончательно созреть. Это необходимо, чтобы понять его научную и практическую перспективность. Единственный случай, когда Нобелевскую премию дали сразу, был связан с открытием терапевтических свойств инсулина. В 1923 году награды удостоились канадские исследователи Джон Маклеод и Фредерик Бантинг.

- Над чем работаете сейчас вы?

- Сейчас моя работа связана с пшеницей. Есть такой бифункциональный фермент у злаковых, который может вовлекать в метаболизм две ароматические аминокислоты - фенилаланин (тирозин)-аммиак-лиаза. Он играет очень важную роль в процессе разветвления метаболизма на первичный и вторичный. Первичный метаболизм обеспечивает основные ресурсы клетки - производство белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот, ряда органических кислот.

Вторичный же обеспечивает клетку вспомогательными, регуляторными соединениями. Вот этот фермент, если говорить просто, берет аминокислоты, отсоединяют от них аминогруппу и задействует оставшуюся часть во вторичном метаболизме, который во многом улучшает качество растения. Понятно, что любой вторичный метаболизм происходит за счет первичного. Но мы хотим усилить этот процесс, обеспечив вторичный метаболизм максимальным количеством материала.

А это как раз и делает этот фермент, о котором мы говорили выше. В частности, он способствует биосинтезу лигнина, способного выступать в качестве строительного материала для вторичной клеточной стенки - дополнительного защитного барьера растительной клетки.

- А зачем нам нужны растения с такой клеточной структурой?

-  Сейчас в сельском хозяйстве есть серьезная проблема с полеганием злаковых, из-за чего гибнет значительная часть урожая. А полегание происходит во многом из-за недостатка лигнина. Мы подбирали концентрации индукторов (то есть, аминокислот, которые метаболизируются данным ферментом), при которых стимулируется биосинтез вторичных метаболитов, в том числе и лигнин. Получились интересные результаты, которые легли в основу научной статьи, выход который ожидается в ближайшее время.

Сейчас идет очередная серия экспериментов, в ходе которых мы пытаемся выяснить,  как ведут себя растения без этого важного фермента.Результатом такой работы может стать создание препарата для предпосевной обработки семян, который по мере развития растения будет дополнительно стимулировать синтез вторичных соединений, в том числе и лигнина.