Вначале — несколько очевидных мыслей.

1. Что бы ни творилось в стране, в ней никогда не перестанут рождаться умные дети.
2. Умный ребенок редко может сам вырасти в умного взрослого. Чтобы взрослеть в умную сторону, ему обычно нужно находиться в правильной экосистеме, где есть с кем поговорить о ядерном магнитном резонансе, ранних стихах Гейне и молекулярной генетике. И где просто весело и интересно.
3. В нашей стране такие системы в глубоком загоне; если ребенку из крупного города еще есть куда податься, то ребенок из провинции находится в куда как худшем положении.
4. Для того, чтобы страна процветала, в ней должно быть как можно больше умных взрослых.
5. И еще, чтобы страна процветала, в ней должна развиваться наука.
6. Наука — это занятие для молодых и дерзких. В науке главное — не знания (они есть в интернете, в книгах, да и много где еще), не умения (получить навыки лабораторной работы — не сложней, чем научиться водить машину), а правильные и свежие идеи и незамыленный взгляд. Открытие может сделать даже талантливый школьник без специальной подготовки.
7. Поэтому чем раньше приобщать детей к настоящей науке, тем больше толку из этого выйдет.
8. Наука — это очень интересно.

А теперь, раз уж вы дочитали до этого места, я расскажу вам о том, как несколько молодых людей взяли и сделали кое-что действительно интересное.

О городе

Город Пущино стоит на берегу Оки — там, где лес переходит в степь; когда приезжаешь сюда из Москвы, от простора и воздуха перехватывает дыхание. Город был выстроен в середине прошлого века с тщанием и любовью, для того, чтобы лучшие умы того времени в замечательных условиях продвигали семимильными шагами науку, находящуюся на стыке физики, химии, математики и биологии. Тогда все так и получалось, но последние двадцать лет город пребывает в полубессознательном состоянии. Одни ученые уехали, другие состарились, на смену им почти никто не пришел. В огромных институтах работают лишь немногие (честь им и хвала). Большинство лабораторий пустует, и на самое передовое оборудование двадцатого века ложится пыль века двадцать первого.

Впрочем, не всё так ужасно. В городе часто идут конференции, школы для детей и взрослых. А еще с 2012 года при поддержке фонда «Династия» здесь проводится Школа молекулярной и теоретической биологии — мероприятие, равного которому в России нет и никогда не было.

О школе

Идея школы очень проста. В одном месте собираются ведущие молекулярные и теоретические биологи (как отечественные, так и зарубежные) и еще неоперившиеся, но уже талантливые школьники, отобранные по конкурсу со всей России. Им предоставляется оборудование некоторых пущинских научных институтов, и там они в течение двух недель полноценно работают бок о бок. Проблемы, которые они пытаются разрешить, подобраны так, чтобы с ними можно было управиться в две недели, но проблемы эти не выдуманные, важные и нерешенные: анализ генетического материала живых организмов, структур белковых молекул, предсказания их взаимодействий, подбор новых веществ, имеющих интересные биохимические активности и множество других задач, которыми занимается современная молекулярная и теоретическая биология. Всё это, в соответствии с заголовком Школы, выбиралось учеными для тематик исследований и воплощалось в работавших в рамках проекта лабораториях.

Полина Ш., студентка МФТИ, сотрудница Школы: «...на Школу меня позвал Петя Власов. Было страшновато согласиться, потому что я раньше не имела подобного опыта и заканчивала только первый курс, но Петя сказал, что я действительно нужна. Мне было это очень интересно, я чувствовала себя неким промежуточным звеном между опытными учеными и старшеклассниками. Они все очень классные! Мне кажется, что на этой школе у всех было кое-что общее — горящие глаза... Я была почти уверена в том, что все должно получиться. Казалось, что по-другому в таком интересном проекте просто не может быть. А еще я хотела быть как можно более полезной, ведь не зря же такие случайности происходят иногда!».

Наука — это ведь такая тусовка: свой язык, свои шутки, своя иерархия, свои ценности, свои общие места. Стать частью этой тусовки, понять, что она — твоя, так просто в неформальной обстановке, непринужденно болтая во время раскапывания в пробирки или чертыхаясь, когда белки не разбежались на форезе. В результате барьер между школьником и маститым ученым ломается или не возникает вовсе; школьников на первый взгляд и не отличишь от молодых преподавателей. Очевидцы утверждают, что «взрослым» приходится применять против «детей» силу только в одном случае: когда «дети» ночь напролет роются в научной литературе и базах данных, разбираясь, почему гены в этом фаге расположены именно в таком порядке или что заставило этот белок принять именно данную конформацию.

Ася В., участница Школы, ныне студентка КГУ: «...мне первое что вспоминается про Школу — люди. Дети, которые не соответствуют шаблону „ботана-олимпиадника“, и взрослые, которые ломают стереотипы об ученых, как о суровых старых бородатых дядьках. И атмосфера школы в целом, атмосфера, царившая в нашей лабе...».

Дыры в образовании школьников залатываются с помощью лекций, которые читают ведущие специалисты в своей области. По вечерам, чтобы ни у кого не закипели мозги, идут неформальные занятия — пение, прослушивание музыки и прочее, не требующее напряжения и без того «наевшегося» за день мозга — хоть вышивание крестиком, хоть игра в волейбол...

Софья Х., участница Школы: «...мне запомнился контраст холодной погоды и теплой обстановки на курсе. А еще непринужденные беседы и обучение в дружеской обстановке...».

О драг-дизайне, белке Wnt, рецепторе Frizzled и давно известном лекарстве от проказы

Одной из почти десятка лабораторий, организованных на Школе, был проект с заголовком «Rational Drug Design». Рациональный дизайн лекарственных средств — это первый этап создания лекарств, который проводится с помощью компьютерных, а не живых, моделей. Никто не стоит с пипетатором над бесконечными стопками чашек Петри с культурами клеток, никто не заносит шприцы над пищащими крысами — вместо этого лекарства моделируются и подгоняются под мишень с помощью компьютерных программ. Так удается сэкономить время, деньги и силы: «шлак» отсеивается, и до «живых» моделей доходят только самые перспективные вещества. (Подробнее о конструировании лекарственных молекул и роли компьютерных моделей в этом процессе можно прочесть в статье «Драг-дизайн: как в современном мире создаются новые лекарства» [1].)

Петя В., к.ф.-м.н., руководитель теоретической части проекта: «...рациональный дизайн лекарственных препаратов мне вообще всегда нравился в качестве платформы для объяснения школьникам современной науки в целом — не только молекулярной биологии. Ведь в моделировании взаимодействий белков и малых молекул востребованы и физика, химия, математика... потому именно эту тему для проекта Биошколы я и избрал. Оставалось только подобрать конкретную и интересную задачу».

В поисках актуальной задачи обсуждения шли со многими коллегами-учёными, и один из них — Володя Катанаев, занимающийся среди прочего клеточной дифференцировкой, — подсказал интересную мишень: как раз незадолго до Школы вышла работа, авторам которой впервые удалось кристаллизовать комплекс сигнального белка Wnt и его рецептора Frizzled — ключевых участников одного из важнейших каскадов дифференцировки клеток. (Чуть более подробно про сигнальный путь Wnt можно прочесть в статье «Важнейшие стрелочники клеток организма: белки Wnt» [2].)

Володя К., д.б.н., руководитель экспериментальной части проекта: «...Wnt-зависимый сигнальный каскад — это цепь внутриклеточных сигнальных реакций, запускаемая белковым фактором роста Wnt и приводящая к активной клеточной пролиферации — то есть, делению. Если данный каскад гиперактивен, то он заставит клетки делиться патологически часто. Именно избыточная активация этого каскада стоит за раковым перерождением для одной из самых опасных опухолей — трижды-негативного рака молочной железы».

Кристаллическая структура белка-мишени — это для дизайнера лекарств все равно, что для военного — подробный план местности, которую нужно захватить. Если точно знаешь, как устроен функциональный центр белка, гораздо легче подобрать вещество, которое накрепко прилипнет к этому центру, «заклинит» его, нарушит работу и заблокирует белок-мишень — а значит, и весь каскад, в котором этот белок участвует. Такое вещество — это и есть лекарство. Ну, или его прототип.

Итак, работа по проекту стартовала в предположении, что с помощью теоретических расчётов можно найти вещества, способные взаимодействовать с упомянутыми белками. Причём были взяты самые что ни на есть изученные и утверждённые к использованию вещества — лекарственные препараты. Кажется, какой резон — ведь они уже лекарства «от чего-то»? Но полные спектры их биохимических активностей до сих пор мало изучены, а в то же время уже известны многие свойства, побочные эффекты, дозировка. И при обнаружении нового терапевтически перспективного эффекта пустить вещество «в оборот» куда проще, чем в случае с совсем малоизученным соединением. Аналогичные успешные работы уже приводили к использованию известных лекарственных препаратов в новом качестве — хотя и вероятность попасть пальцем в небо при небольшой выборке веществ, прямо скажем, велика. Но, как догадывается проницательный читатель, — в этом случае палец попал куда нужно.

Юля П., участница Школы, ныне студентка МФТИ: «...мне почему-то очень запомнилось, как мы все искали ошибку в коде, который объединял данные по веществам из нескольких баз данных. Мы понимали, что что-то здесь не то, и где-то чего-то не хватает, дорабатывали... и вдруг всё получилось. Это было захватывающе :-)».

Как это обычно бывает в науке, проект не уложился в сроки, и расчёты были продолжены уже после Школы, на домашних компьютерах. Четырнадцать из исследованных веществ зарекомендовали себя в этих расчетах очень неплохо и были закуплены для экспериментальной проверки на «живых» клеточных моделях в лаборатории упомянутого Володи Катанаева в Швейцарии. Эта проверка принесла приятные вести о четырех препаратах, показавших требуемую активность. Правда, по ходу работы пришло понимание, что на практике вещества действуют не на том этапе каскада, на который их изначально нацеливали, и блокируют не саму пару Wnt—Frizzled, а нижележащие каскады — ну что ж, в науке и так случается: хотели, как лучше, а получилось, кхм, тоже хорошо...

Юра М., участник Школы, ныне студент ВШЭ: «...когда экспериментаторы всерьёз заинтересовались результатами, я поверил уже наверняка, что публикация будет!».

Ну а далее последовала научная рутина. Написание статьи, в которой все эти «штрихи к портрету» проекта и результаты отражены максимально подробно; «отлуп» из первого журнала («статья по неприоритетной для издания тематике»); позитивные отклики во втором журнале; ответы рецензентам и итог — выход публикации, акцент в которой был сделан в пользу одного препарата — клофазимина, — эффект которого оказался наиболее существенным на клетках опухоли.

Володя К.: «...клофазимин — препарат, десятилетиями используемый при лечение проказы и туберкулеза, и никто не мог предположить, что это лекарство предложит исцеление от других болезней. Но, как мы выяснили в нашей работе, клофазимин оказался эффективным ингибитором Wnt-каскада. Он не только специфически предотвращает рост раковых клеток, но и мало влияет на здоровые. Если испытания на животных моделях и в клинике пройдут успешно, клофазимин может в будущем стать новым лекарством от трижды-негативной формы рака молочной железы, против которой на данный момент не существует эффективных лекарств».

Петя В.: «...думаю, „по-честноку“ нам, конечно, очень повезло. С белком-мишенью... с Володей, который его подсказал... друг с другом... с настройками программ, в конце концов. Но ведь эта Школа такой и была задумана — повышающей вероятность воплощения везения в отдельно взятых проектах. А в науке так обычно и происходит — люди собираются... везут-везут... а потом и им тоже начинает везти».

Этот проект — маленький шажок для науки. Но куда и как далеко уведёт дорога, начавшаяся с этого шага, самых молодых его соучастников? Вдруг для кого-то мечты о сказочном институте НИИ ЧАВО обернутся самым что ни на есть настоящим волшебством в научной лаборатории?

Федя К., PhD, научный директор Школы: «...главным результатом Школы — и самым ярким впечатлением от неё — стало то, что „с первого раза“ сработала концепция совместной работы учёных высокого уровня и школьников. Было совершенно неочевидно, что обе эти стороны, со столь разными устремлениями, окажутся искренне заинтересованы в совместной работе. Но теперь мы уверены, что нам не просто удалась конкретное мероприятие — Школа подтвердила правоту концепции, заложенной в её основу».

Школа прошла и в следующем, 2013 году (теперь уже тоже прошедшем), и предполагает и дальше собирать под одной крышей ученых и школьников.

Юра М.: «...А ещё — очень вернуться хочется. Потому что все было очень классно организовано и появилось много друзей и знакомых, с которыми бы хотелось снова встретится. Очень интересно узнать, как устроена Школа изнутри и стать ее сотрудником».

Ах, да! Те, кому уж совсем интересны детали, могут прочесть научную публикацию, появившуюся по результатам сотрудничества школьников и ученых: Anti-leprosy drug clofazimine inhibits growth of triple-negative breast cancer cells via inhibition of canonical Wnt signaling [3].

Литература

1. Драг-дизайн: как в современном мире создаются новые лекарства;
2. Важнейшие стрелочники клеток организма: белки Wnt;
3. A.V. Koval, P. Vlasov, P. Shichkova, S. Khunderyakova, Y. Markov, et. al.. (2014). Anti-leprosy drug clofazimine inhibits growth of triple-negative breast cancer cells via inhibition of canonical Wnt signaling. Biochemical Pharmacology. 87, 571-578.