Небольшая группа исследователей предлагает вниманию научной общественности амбициозный проект под названием «Протеом человека» (Human Proteome Project), направленный на каталогизацию и характеризацию всех белков, содержащихся в человеческом организме [1]. Однако предполагаемая стоимость инициативы — около 1 миллиарда долларов США — вызывает некоторые сомнения по поводу того, удастся ли учёным получить это финансирование и требуемую поддержку.

Эта идея витала в воздухе ещё в середине 1990-х, когда только обретал форму проект по секвенированию генома человека — естественным «наследником» которого должно был стать протеомное начинание. Однако координированных усилий по «индексации» всех человеческих белков так и не было предпринято — не в последнюю очередь из-за пугающей сложности и методологической неясности этой проблемы. Дело в том, что каждый кодирующий белóк ген способен давать начало десяткам вариантов одного и того же белкá, каждый из которых может ещё дополнительно модифицироваться уже после синтеза, умножая число вариаций до плохо поддающейся оценке величины. Все эти белки имеют индивидуальный уровень экспрессии в различные моменты развития в каждом из более чем двухсот типов человеческих клеток. «Всё это казалось просто за пределами понимания», — говорит Джон Берджерон (John Bergeron) из канадского Университета МакГилла в Монреале, бывший президент организации «Протеом человека» (HUPO, Human Proteome Organization).

Теперь Берджерон и группа учёных-«протеомщиков» предлагают план масштабного проекта по исследованию протеома человека. Предполагается, что в результате проекта будет установлено, какие белки присутствуют в каждой ткани организма, где они располагаются в клетке и с какими ещё белками они взаимодействуют. (Геномная последовательность, в отличие от такой «протеомной карты», лишь указывает место в хромосоме, где находится ген того или иного белка, но не реальную активность этого гена в определённой ткани.) Сторонники проекта утверждают, что подобный «белковый каталог» будет бесценным инструментом в поиске новых фармацевтических мишеней или биомаркеров, служащих для контроля над ходом заболевания. «Стоимость подобного проекта — это сущие копейки, когда подумаешь о ценности той информации, которую даст картирование „строительных блоков“ Жизни», — говорит Маттиас Улен (Mathias Uhlen) из Королевского технологического института в Стокгольме, который также участвует в организации проекта.

Уже было проведено два симпозиума по обсуждению предстоящего проекта (последний состоялся в январе 2008 г. на о. Барбадос), и организаторы рассчитывают пообщаться с более широким кругом «протеомщиков» по поводу перспектив начинания на конгрессе HUPO в Амстердаме в августе этого года.

Организаторы будущего проекта, разработавшие его черновую версию, считают, что теперь осуществимость планов резко повысилась — учитывая, что число генов, кодирующих белок, сократилось за счёт выявления ошибок в аннотации. Так, одно время считалось, что белки кодируют 50–100 тысяч генов, но, по последним данным, это число было существенно переоценено, и сейчас речь идёт лишь о ≈21 000 генах, что существенно упрощает поставленную задачу. (см. «В полку генов убыло» [2]. — А. Ч.) Кроме того, консорциум планирует сконцентрироваться только на одной форме белкá, производимой каждым гéном, оставляя «за бортом» многочисленные модификации. «Мы избавились от чрезмерной сложности, — заявляет Берджерон. — Задачей было составить проект, выполнимый в обозримые сроки с ограниченными сверху затратами и с чётко обозначенными промежуточными вехами».

В планы исследователей входит использование трёх основных экспериментальные методик, результаты которых будут дополнять друг друга. Первая — масс-спектрометрия, предназначенная для идентификации и определения количества белков в образцах тканей; вторая основывается на получении антител к каждому рассматриваемому белку, чтобы изучить его распределение в тканях и клетках; в задачи третьей входит установление «партнёров» каждого белка — то есть, идентификация всех белок-белковых взаимодействий. Найдётся в проекте место и для биоинформатики — чтобы создать удобные онлайновые базы для хранения и анализа полученных данных. Кроме того, планируется сделать коммерчески доступными библиотеки реагентов и антител, наработанных в процессе работы.

Берджерон планирует, что работа будет разделена между многими лабораториями по всему миру. По его словам, первый этап проекта — включающий, в частности, сбор и анализ уже существующих масс-спектрометрических данных — займёт около шести месяцев, а последующий за ним «пилотный» проект длительностью от одного до трёх лет будет посвящён детальному анализу всех белков 21-й — самой маленькой — человеческой хромосомы. Весь проект, по его оценкам, займёт около десяти лет.

«Это весьма масштабное начинание для HUPO, равного которому им никогда ещё не приходилось доводить до конца», — говорит Пол Темпст (Paul Tempst), эксперт по протеомике одного из нью-йоркских раковых центров. Организация уже делала несколько менее крупных протеомных проектов — в частности, по исследованию протеомов плазмы крови, печени и мозга, — однако каждый раз оказывалось, что разные лаборатории — даже в пределах одного института — частенько идентифицировали существенно различающиеся наборы белков в одном и том же образце! «Всё это показало, что в плазме крови (и в других образцах тканей) содержится множество разных белков, но вот какие именно — ответ на этот вопрос может быть разным в зависимости от места, где выполняется работа, — если только не будет создано технологической базы, обеспечивающей стандартизацию процессов», — отмечает Темпст.

В ответ на это Берджерон говорит, что технология масс-спектрометрии значительно усовершенствовалась, и теперь большинство проблем с воспроизводимостью результатов при многократных повторах, так долго бросавших тень на всю область, уже решено. Однако другая сложность возникает при анализе образца, содержащего смесь белков в существенно различающихся концентрациях — когда некоторые из них могут быть представлены всего несколькими десятками или сотнями молекул. И как раз в таких ситуациях будут проявляться преимущества «трёхстороннего» подхода — когда недостатки одной технологии могут восполняться достоинствами двух других.

Стивен Карр (Stephen Carr), «протеомщик» из массачусетского Кембриджа, считает, что проект, скорее всего, будет поддержан, однако сомневается относительно деталей «пилотного» проекта. По его мнению, намного более полезным, чем «картирование» протеома одной из хромосом, было бы исследование протеомов митохондриальной или плазматической мембраны, поскольку это наверняка даст массу информации о биологии мембранных процессов и связанных с ними заболеваниях.

Координация проекта «Протеом человека» обещает быть весьма непростой задачей. По сравнению с геномными проектами, где вся работа была выполнена сравнительно небольшим числом слаженно работавших научных центров, тут будет вовлечено намного большее число лабораторий, что гарантирует нездоровую конкуренцию и может снизить эффективность совместной работы. Плюс, «убедить людей, что задача стоит запрашиваемого финансирования — это будет тот ещё бой», — говорит Майкл Уошбурн (Michael Washburn), директор по протеомике из Медицинского исследовательского института Стоуэрс в Канзасе (штат Миссури, США).

Теперь начинателям протеомной инициативы осталось подать свой проект в организации, способные финансировать столь масштабные исследования, — такие как Национальные институты здоровья США или в Комиссию Европейского Союза. Многие считают, что у проекта будет больше шансов на успех, если организаторы сделают более сильный акцент на медицинском аспекте исследования — новых перспективах излечения тяжёлых заболеваний — таких, например, как рак.

Литература

1. Helen Pearson. (2008). Biologists initiate plan to map human proteome. Nature. 452, 920-921;
2. В полку генов убыло.