מהי ביואינפורמטיקה? מדוע שיבוט ממותות הוא מתיחה מוחלטת? מי בעצם מרוויח מהפצת המיתוס על הסכנות של מזונות GMO, ומדוע, הודות לעמידות העולמית של מחלות לאנטיביוטיקה, אנו חוזרים לתחילת המאה ה -20? דיברנו על זה ועל דברים רבים אחרים עם מיכאיל גלפנד, ביואינפורמטיסט רוסי מצטיין, פרופסור באוניברסיטת מוסקבה וחבר באקדמיה האירופית.
מיכאיל סרגייביץ 'גלפנד - ביואינפורמאי רוסי מפורסם, דוקטור למדעי הביולוגיה, מועמד למדעי הפיזיקה והמתמטיקה, פרופסור בפקולטה לביו -הנדסה וביואינפורמטיקה באוניברסיטת מוסקבה, חבר האקדמיה האירופית, סגן מנהל המכון לבעיות העברת מידע של האקדמיה הרוסית למדעים, חברת המועצה הציבורית מטעם משרד החינוך והמדע של הפדרציה הרוסית, סגן העורך הראשי של העיתון "טרויצקי וריאנט-מדע".
תחומי מחקר: גנומיקה השוואתית, metagenomics, שחזור מטבולי והערה תפקודית של גנים וחלבונים, חיפוש אותות רגולטוריים, התפתחות של מסלולים מטבוליים ומערכות רגולטוריות, שחבור חלופי (תהליך המאפשר לגן אחד לייצר מספר mRNA ובהתאם לכך חלבונים - NS), תכונות סטטיסטיות של רצפי DNA.
מיכאיל גלפנד ידוע גם באקטיביזם האזרחי שלו. הוא אחד המייסדים והפעילים של קהילת רשת "דיסרט", העוסקת בזיהוי התעללויות, הונאה וזיוף בתחום ההגנה על עבודת הדוקטורט והענקת תארים אקדמיים ברוסיה.
מיכאיל סרגייביץ ', מהי ביואינפורמטיקה?
- ביואינפורמטיקה היא דרך לביצוע ביולוגיה הדורשת עיבוד כמות גדולה מאוד של נתונים. באופן כללי, אותו דבר קורה עם הביולוגיה שקרה פעם עם פיזיקה באנרגיה גבוהה ועם אסטרופיזיקה, כשהיו הרבה נתונים.
מתברר כי באמצעות כל המידע הזה, אתה יכול לעשות הרבה דברים מעניינים.
לדוגמה, מה שאנו עושים כעת הוא לחזות את תפקודי החלבונים, ללמוד כיצד מוסדרים גנים וכו '. הדבר נעשה באמצעות ניתוח רצף והתוצאה מנוסחת במונחים טבעיים לביולוגים: נגיד, חלבון זה עושה זאת כי, וזה הגן נדלק בתנאים כאלה ואחרים.
בנוסף, הודות לביואינפורמטיקה, ניתן היה להשמיע הצהרות על התא כולו. במובן מסוים, הביולוגיה המולקולרית הייתה בעבר מדע רדוקציוניסטי - אחד הסתכל על תא חתיכה אחר חלק, פירק אותו לגנים נפרדים, חלבונים בודדים. עכשיו אפשר ללמוד אותו לגמרי ברמה המולקולרית. לפני כן לא יכולנו לעשות זאת - לא היו מספיק הזדמנויות.
אבל כל זה הוא הצד הטכני של הביואינפורמטיקה.
הצד הבסיסי הוא חקר האבולוציה המולקולרית. התברר כי השוואת הגנום שיש לנו כעת, נוכל לומר משהו על האופן בו הם השתנו עם הזמן. בגסות, איך זה קרה? זה כנראה הדבר המעניין ביותר בביואינפורמטיקה.
האם תוכל למנות את ההישגים החשובים ביותר, לדעתך, בתחום הביואינפורמטיקה בשנים האחרונות?
- למשל, התברר שרב -תאיות התרחשו לא פעם אחת, אלא מספר פעמים באופן עצמאי.כשלימדו אותי בבית הספר, לימדו אותי את זה: קודם היו חיידקים, אחר כך הופיעו יצורים מורכבים יותר, אחר כך רב תאיים וכו ', פטריות עם אצות נחשבו לצמחים נמוכים יותר. כעת התברר כי בצמחים ובעלי חיים רב -תאיים קמו באופן עצמאי מבחינת דרכי האבולוציה שלהם. התברר שהפטריות היו אפילו יותר קרובות אלינו מאשר לצמחים. אצות חומות נסעו בדרך כלל לכיוון השני, הן גם פיתחו רב -תאיות בדרכן שלהן.
הם גם גילו שאבותינו היברידים עם הניאנדרטלים. התברר שיש גם דניסובנים - קרובי משפחה רחוקים של הניאנדרטלים. באופן כללי, מצב זה הוכיח כי הופעתו של האדם המודרני היא סוגיה מורכבת בהרבה ממה שנראה לנו קודם לכן. אחרי הכל, חשבנו שמוצאנו הוא ענף רציף, קו. עם זאת, ניתוח הגנום הראה שלפני 50 אלף שנה שלושה מינים שונים של אנשים הלכו ברחבי אירואסיה - קרו -מגנונים (אנחנו ואבותינו), הניאנדרטלים ודניסובנים, וכולם השתלבו זה בזה בצירופים שונים.
בגנום של כל אירופאי או אסיאתי מודרני (אך לא אפריקאי), בממוצע, כ -2% מהווריאנטים של הגן הם גנים ניאנדרטליים, ולאנשים שהתיישבו פעם באינדונזיה ובאוסטרליה יש 5% נוספים מהגנים של דניסובאן.
תגליות אלו חשובות מבחינת השקפת עולם - הן משנות את ההבנה שלנו כיצד אדם קם.
באופן כללי, עם הופעתן של טכניקות ניסוי חדשות, אנו לומדים יותר ויותר חדשים, אך מסתבר שעדיין איננו יודעים הרבה. ישנה הבנה גוברת של כמה שנותר לגלות. במובן מסוים, זוהי תקופה רומנטית.
בהזדמנות זו, אני תמיד מספר את אותה מטאפורה. תארו לעצמכם, אנשים גרו על החוף, הם חשבו שזה אי קטן. בגלל האובך הוא לא נראה לעין. כשהערפל התבהר, התברר שיש יבשת שלמה. ואפילו עם הרים, שמאחוריהם כלל לא ברור מה אפשר למצוא. המצב זהה בערך במדע המודרני.
איזו התקדמות חלה בתחום הגנומיקה של סרטן בשנים האחרונות?
- ההישגים היו, שוב, הודות להתקדמות הטכנולוגית. למדנו לקבוע את הרצף הגנומי של זוגות רקמות בריאים לגידול, ולהבין מדוע תא בריא הפך לגידול. התברר שאין סיבה אחת, ואפילו במבט ראשון לאותם תאים סרטניים יש מספר הבדלים. בפרט, בשל מוטציות, מהן יש הרבה בתאים אלה.
הופיעה משימה לא טריוויאלית - להבין אילו מוטציות היו הגורם לתהליך, ואילו מהן התרחשו במקרה. ניסויים מתחילים כעת לרצף שלישיות - תאים בריאים, סרטן וגרורות - כדי לקבוע מה מוביל לגרורות.
היום למדנו לרצף את הגנום של תאים בודדים. בנוגע לסרטן, יש סיבה להאמין שאוכלוסיית התאים של מחלה זו היא הטרוגנית מאוד, והתפתחות הסרטן מתרחשת עקב מוטציות המובילות לעקירה של אוכלוסיות מסוימות על ידי אחרים. רצף של תאים סרטניים בודדים יעזור לשפר את ההבנה, ולכן רבים מחכים בעניין לתוצאות הניסויים הללו.
אבל למעשה, אני לא ממש אוהב לדבר על אונקולוגיה - אני לא רוצה לתת לאנשים תקווה לשווא. רק אחזור על מה שכבר הזכרתי: סרטן יכול להיות הטרוגני - זה יכול להסביר את הצלחתו או כישלונו של טיפול כזה או אחר. יכול להיות מצב אחר - גידולים בחלקים שונים של הגוף, אך עם אותו מבנה מולקולרי. ובמקרה זה, תרופה אחת יכולה לטפל במספר סוגים של גידולים, וקביעת מבנה התאים הסרטניים יכולה לסייע בבחירת תרופות יעילות יותר לסרטן.
בזמן האחרון דיברו הרבה על שיבוט ממותות. מה אתה חושב על זה - האם זה אפשרי ולמה זה בכלל נחוץ?
- זו שטות מוחלטת ורמאות. כעת אין שום אפשרות טכנית לעשות זאת - לא בארצנו ולא במערב.
בהקשר של שיבוט, בדרך כלל מוזכר מדען דרום קוריאני (שמו הוא Hwang y Suk - NS), הידוע כזיוף תוצאותיו. הוא באמת שיבט כלב, ואז אמר שהוא שיבוט אדם ופרסם כמה מאמרים מזויפים שבגללם גורש מהאוניברסיטה …
איש עדיין אינו יודע כיצד לשבט יונק על ידי הזרקת חומר גנטי ליונק אחר. הם עשו זאת על חיידקים, אך לא על יונקים.
בתיאוריה, אם זה אפשרי, זה מאוד קשה. אם למשל אתה מגולל את ה- DNA של אדם, אתה מקבל תור באורך של שלושה מטרים. גם אם איכשהו תצליח לסנתז DNA כל עוד כרומוזום ממותה, לא תוכל לשחזר את מצבו הפיזיולוגי הנכון. אם אתה מציג דנ"א שהועתק פלאים במבחנה ליונק אחר, זה פשוט לא מכה שורש שם ומתדרדר.
באופן כללי, ישנם קשיים כאלה שאי אפשר לפתור כרגע.
מה דעתך על ה- DNA של הדינוזאורים, האם עדיין ניתן לפענח את הגנום שלהם? אחרי הכל, ה- DNA אינו חי כפי שחלף מאז עידן הדינוזאורים
- ה- DNA ממש לא חי כל כך הרבה זמן. השיא הוא כמאות אלפי שנים. עם DNA בן עשרות אלפי שנים מתבצעים ניסויים - עם אותם ניאנדרטלים, למשל. ה- DNA שנמצא בעצמותיו של איש היידלברג במערה הספרדית סימה דה לוס הוסוס ולאחר מכן פענח אותו על ידי מדענים היה בן כ -400 אלף שנה. אבל זה היה DNA מיטוכונדריאלי, לא גרעיני.
עם הזמן, ה- DNA מתקלקל. באורגניזם חי, ישנם מנגנונים המשקמים אותו. עם זאת, כאשר הוא שוכב באדמה, דבר אינו מונע את הרסו, במיוחד באקלים לח וחם.
חלבונים נהרסים לאט יותר. היו מאמרים שבהם אנשים טענו שהם מסוגלים לקבוע את רצף חלבוני הקולגן בדינוזאור. הייתה אז הרבה חילוקי דעות בקהילה המדעית - רבים סברו שזו טעות ניסיונית.
אתה יכול ללכת לכיוון השני: קח את הרצפים המודרניים של ציפורים, תנינים, יונקים ודגים מודרניים, בנה עץ פילוגנטי מחלבונים אלה - כדי לשחזר לפי רצפים כיצד חלבונים אלה התפתחו במהלך האבולוציה. ואז לשחזר כיצד נראו החלבונים האלה בצומת פנימי מסוים - למשל, בצומת דינוזאורים ולאחר מכן לסנתז חלבון זה. סוג זה של עבודה כבר נעשה, כולל עם דינוזאורים. באמצעות שיטה זו, ניתן היה אפילו לסנתז חלבונים שהיו באב הקדמון המשותף של כל החיידקים.
ומי שבוכה על דינוזאורים יכול לצאת החוצה ולנשק כל יונה - זהו אביו הישיר של הדינוזאור, אותו קו אבולוציוני שנשמר בציפורים ותנינים מודרניים.
מה אתה חושב על המיתוס הפופולרי על הסכנות של מזונות GMO? האם הם באמת מזיקים?
- הפגיעה של GMO היא מיתוס, כי אין ניסוי מצפוני אחד שיוכיח את הנזק הזה. הניסויים שעליהם כתבו בעיתונים הם ניסויים באיכות נמוכה מאוד, שאינם מוכיחים דבר. שם, אפילו איכות העיבוד הסטטיסטי של הנתונים המתקבלים נמוכה. לדוגמה, מתוצאות הניסוי הידוע לשמצה של החוקר הצרפתי ז'יל -אריק סראליני, עולה כי חולדות זכרים, להיפך, הן GMO שימושי מאוד - הן חיות יותר.
למעשה, הם בדקו לא מעט. כל תעשיית בעלי החיים בארצות הברית היא ניסוי אחד גדול בשימוש במוצרים מהונדסים גנטית. אם באמת GMO יזיק, זה יהיה מורגש מהר מאוד.
היחס כלפי GMO במדינה שלנו הוא שילוב עצוב של שלושה דברים. הראשון הוא, אני מבקש סליחה, מבורות האוכלוסייה. אם עכשיו תעצור אדם ברחוב ותשאל על עגבניות GMO, הוא יענה שיש עגבניות בעגבנייה GMO, אבל אין עגבניות בעגבנייה רגילה, או שטויות דומות אחרות.
השני הוא חוסר ההגינות של אנשים שעושים קריירה פוליטית בנושא הפגיעה של GMO. חלקם אולי באמת פסיכוס אמיתיים, אבל חלק ניכר מאנשים כאלה, אני בטוח, מחשבים ציניקנים שפשוט משפרים את רווחתם.
השלישי הוא בורותם של העיתונאים. מצד אחד, הם אינם מסוגלים להבין אם אומרים להם את האמת או לא, מצד שני, הם רודפים אחרי תחושה. אחרי הכל, העובדה ש- GMO אינם מזיקים לבריאות אינה סנסציונית במיוחד. אבל להראות תמונה של חולדה הסובלת מסרטן מהניסוי של סרליני, לתת כותרת בהירה היא תחושה. ומעטים יודעים שזהו למעשה שורה מיוחדת של חולדות המגודלות לחקר הסרטן - לכולן גידולים גדלים.
אני אגיד יותר - יש יתרונות של ממש מ- GMO. לאחרונה קראתי מאמר שבו מדענים חישבו עד כמה פוחת העומס של קוטלי עשבים וקוטלי חרקים בשדות בהם גדלים גידולי GMO. כלומר, דברים ממש מזיקים - רעלים - כבר לא נחוצים כל כך בזכות GMO, העומס על השדה מצטמצם בעשרות אחוזים.
GMO טובים לכלכלה, במיוחד למדינות מתפתחות, כולל רוסיה מבחינת חקלאות. לכן, ייצור פולי הסויה GMO הוא הרבה פחות יקר בהשוואה לפולי סויה רגילים. צמצום רכישת קוטלי חרקים גם מפחית עלויות.
יתרון נוסף של GMO הוא חיסול מחסור בוויטמינים. במזונות מסוימים חסרים ויטמינים, למשל, האורז דל בוויטמין A. לכן, באסיה, שבה האורז הוא התוצר העיקרי של התזונה של אנשים (שוב, לא עשיר), מחסור בוויטמין נפוץ, וכתוצאה מכך ילדים הם נולד עיוור.
לכן מדענים ייצרו אורז GMO, בו שתלו גנים של חמניות. גנים חדשים אלה אפשרו לאורז לייצר קרוטן, וזה מה שצריך כדי לחסל מחסור בוויטמין ועיוורון. כך שכל אדם שצועק ללא מחשבה על הנזק הנורא של GMO אחראי באופן אישי לילדים עיוורים.
גם בסיטואציה של GMOs אקולוגים מפתיעים אותי. אחרי הכל, אתה יכול, למשל, לדון בהשפעה של שדות GMO על הסביבה: אין נתונים על פגיעה, אך תיאורטית בלבד, זה אפשרי. במקום זאת, אנשי איכות הסביבה, למרבה הצער, מאוד אוהבים להידחק להמון האנטי-GMO ולהשתמש בשיטות חסרות מצפון שלהם להילחם על מטרות סביבתיות טובות לכאורה.
מה, לדעתך, הסיכויים העתידיים לאנטיביוטיקה, אחרי הכל, באביב הודיע ארגון הבריאות העולמי על אזעקה עולמית - מחלות הופכות יותר ויותר עמידות לאנטיביוטיקה?
- באופן כללי, ההיסטוריה של האנטיביוטיקה היא המחשה יפה של התיאוריה האבולוציונית, המתוארת בבירור במסגרת הברירה הטבעית.
אנטיביוטיקה תמיד הייתה קיימת. חיידקי קרקע הרעילו איתם זה את זה מאז ומעולם. בהתאם לכך, הם למדו להתגונן ולפתח יציבות. עמידות זו התפשטה כאשר חיידקים בלעו את ה- DNA של מינים עמידים.
אבל אז התערב אדם והחל להיות מטופל באנטיביוטיקה עבור הפתוגנים שלו. פתוגנים מטבעם רגישים לאנטיביוטיקה מכיוון שהם לא נתקלו בחיידקי אדמה. כאשר אתה מתחיל לקחת אנטיביוטיקה ושותה את כל מהלךו, אתה הורג את כל האורגניזמים הפתוגניים. אם התחלת לקחת אותם, אתה מרגיש טוב יותר, והפסקת לקחת אותם, אז מסתבר שהרגת את החיידקים הרגישים, אך נשארת מעט עמידה; הם תמיד שם פשוט בגלל ההטרוגניות הגנטית של האוכלוסייה. ואז שוב האוכלוסייה מתפתחת, הופכת הטרוגנית, מופיעים בה וריאציות יציבות עוד יותר - ושוב אותו דבר: מהלך שהסתיים בטרם עת, פחות יציבים נהרגים, יציבים יותר נותרו ללא מתחרים והתרבו.
בתקופה מסוימת יצא לדרך פרויקט רוסי-אמריקאי, שבמסגרתו שופר הטיפול בשחפת בעזרת אמצעים מודרניים במספר בתי כלא (מקור הזנים העמידים הוא בתי כלא ומחנות, ובבתי הכלא הרוסים קיים מצב די קשה עם עמידות לאנטיביוטיקה של שחפת), אך למרבה הצערמסיבות פוליטיות הוא נסגר. יחד עם זאת, כאמור בדו"ח ארגון הבריאות העולמי, אחת הסיבות לעלייה בעמידות למחלות לאנטיביוטיקה היא התרגול הכולל והשיטתי של תת טיפול במחלות בקרב אוכלוסיית כדור הארץ כולו.
גורם נוסף להגברת העמידות החיידקית לאנטיביוטיקה הוא האופן המערבי להאכיל בעלי חיים במינונים קטנים של אנטיביוטיקה. כעת באיחוד האירופי נאסר מנהג כזה, אך הנזק שכבר הצליח להביא, ככל הנראה, הוא עצום. אחרי הכל, פתוגנים גם אצלנו וגם אצל יונקים, שמגדלים כמו בעלי חיים, הם באופן כללי זהים. אבל בחוות בעלי חיים נמצאים במגע עם האדמה, ופתוגנים בהם יכולים לבוא במגע עם חיידקי הקרקע מאוד שפיתחו להם עמידות, מה שגם מגביר את עמידותם של פתוגנים המזיקים לנו.
ואז מתברר כי ייצור אנטיביוטיקה אינו משתלם עבור חברות תרופות גדולות (קטנות לא יוכלו להתמודד איתו כלל). אנטיביוטיקה נלקחת במהלך קצר, ההתנגדות אליהן מופיעה מהר מאוד - כל זה אומר שהתרופה לא תהיה בשוק לאורך זמן. מסתבר שהכנת אנטיביוטיקה היא פשוט לא רווחית.
באשר למשל לשחפת בארצנו, שכבר עמידה ברוב האנטיביוטיקה הידועה, יכולה להיות רק חלופה אחת לאנטיביוטיקה. כמו בתחילת המאה הקודמת - קומיס, אתרי הרים … וזה הכל. כמובן, ביולוגים ורופאים מנסים לעשות משהו בנידון, אך עד כה יש מעט אופטימיות.
הראיון פורסם ב- Naked Science (מס '17, ינואר 2015).