28 мая, пятница  |  Последнее обновление — 19:49  |  vz.ru
09:41 Разработан проект развития отечественной ядерной медициныВсе новости лентой
Видео RSS

Физика ДНК

Скопируйте код и вставьте в свой блог:
Также по теме:

Всеволод Твердислов, доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой биофизики МГУ:

Уважаемые посетители портала Russia.ru, сегодня гостем нашей передачи «Популярная наука» приглашен доктор физико-математических наук профессор Бостонского университета Максим Давидович Франк-Каменецкий, выпускник Физтеха Московского и уже много лет профессор Американского университета. Максим изначально работает в области физики нуклеиновых кислот, ну, и сопутствующих им. И об этом сегодня будет наша беседа. Но, Максим, если позволите, я начну вот с чего. В нашей памяти живет замечательное имя вашего отца Франк-Каменецкого Давида Альбертовича. Вот известного физика, который известен теплофизикой, ядерный физик. Вот в какой мере вот семейные традиции вас привели к генетике молекулярной?

Максим Франк-Каменецкий, профессор биомедицинской инженерии Бостонского университета:

Конечно, выбор физики, безусловно, ясно, что это играло большую роль. Но на самом деле, папа был необыкновенно широких интересов человек, астрофизикой он страшно много занимался и биофизикой тоже. Интересно, что он читал в то время, когда я учился на Физтехе, я слушал его курс молекулярной биологии. Это был первый самый курс молекулярной биологии, который читался.

Всеволод Твердислов:

Я первый раз об этом слышу, хотя я и учился там.

Максим Франк-Каменецкий:

Да, он прочел курс молекулярной биологии для студентов, которые интересуются этим. Кроме того, наверное, самый большой импульс был уже не от отца, а от моего учителя Александра Сергеевича Веденова, который был моим руководителем в студенческое время и потом руководителем моей, когда я кандидатскую диссертацию делал, потом уже он меня сориентировал работать с экспериментаторами. Это был Юрий Семенович Лазуркин, который, к сожалению, скончался в этом году, Веденова уже тоже нет. И вот я стал уже подключаться к реальным исследованиям в области ДНК.

Всеволод Твердислов:

Максим, скажите, такую вещь. Почему вдруг, казалось бы, область химии вот эта вот двойная спираль, почему говорят физика ДНК? Вот вы как физик там работаете. Что там физического в этой проблеме?

Максим Франк-Каменецкий:

Во-первых, имеется множество разных интересных особенностей ДНК, которые требуют физического аппарата и физических методов для исследования. Конечно, очень много, безусловно, химических аспектов.

Всеволод Твердислов:

Конечно.

Максим Франк-Каменецкий:

Вот сейчас я был в сентябре в Нидерландах, так там была конференция, которая называлась «Physics go DNA». Т.е. сейчас опять, как когда-то в 60-х годах, огромный всплеск интереса, связанный уже с нанотехнологиями, с новыми методами манипулирования отдельными молекулами ДНК. Огромный элемент в ДНК – это физические подходы, физические методы и физический анализ. Потому что это очень сложная система и для просто чисто химических подходов, их недостаточно для того, чтобы изучить ее во всех аспектах.

Всеволод Твердислов:

Максим, я знаю, что вы сейчас в нескольких ипостасях здесь приехали домой. Вообще, вы часто здесь бываете, это я знаю. Сейчас нанофорум был, да?

Максим Франк-Каменецкий:

Да.

Всеволод Твердислов:

И вы там были его гостем, участником.

Максим Франк-Каменецкий:

Да.

Всеволод Твердислов:

И сейчас же завтра вы выступаете на Фестивале науки, который правительство Москвы и Московский университет проводит. Скажите очень коротко вот о вашем визите. Вот о ваших впечатлениях о нанофоруме, что там вот нашего биологического, биофизического было. И что завтра вы хотите рассказать студентам и школьникам?

Максим Франк-Каменецкий:

Это был нанофорум. Меня позвали, я, значит, приехал и не жалею об этом. Потому что он был очень интересным. Было очень много таких же, как я, соотечественников, которые работают сейчас на Западе. Доклады, которые я слышал, были исключительно высокого уровня. Это было очень стимулирующе, я даже возвращаюсь с некой очень хорошей идеей, которая после моего доклада возникла.

Всеволод Твердислов:

В обсуждении, да?

Максим Франк-Каменецкий:

В обсуждении с коллегой тоже из Штатов. И вот мы, наверное, будем с ним сотрудничать, то для чего конференции и бывают.

Всеволод Твердислов:

Это то, для чего конференции и бывают.

Максим Франк-Каменецкий:

Так что это был большой успех.

Всеволод Твердислов:

Давайте вернемся, а завтра вы будете рассказывать?..

Максим Франк-Каменецкий:

Да. А завтра будет популярная лекция в МГУ. Главная цель такой лекции – это вдохновить молодежь на то, чтобы они занимались в этой области.

Всеволод Твердислов:

Это наши зрители как раз. Это наши зрители.

Максим Франк-Каменецкий:

Да. И я надеюсь, что мне удастся еще…

Всеволод Твердислов:

Вдохновите.

Максим Франк-Каменецкий:

Вдохновить много, уже несколько поколений. Ко мне подходили люди на этом нанофоруме, несколько человек, и говорили, что они стали заниматься этой областью, потому что читали мою книжку и т.д.

Всеволод Твердислов:

Максим, я думаю, я вас не испорчу уже в этом возрасте. Я хочу сказать, что мне кажется, что до сих пор это одна из лучших книг, по крайней мере, которая была издана в Советском Союзе, а потом в России многократно, вот в выпуске «Квант» – Самая главная молекула. Во мне был протест против названия с самого начала. Книга замечательная. Сейчас она у вас в новом издании, в новом варианте она как-то иначе называется. «Королева» да?

Максим Франк-Каменецкий:

Да. Вот сейчас это готовится уже, это будет четвертое издание. Она будет называться «Королева живой клетки». Это готовится в издательстве АСТ-Пресс. И они собираются издавать целую серию популярных книг и попросили меня, чтобы я подготовил им новый вариант книги, это одна из первых.

Всеволод Твердислов:

Теперь относительно моего протеста. Значит, я хоть пользователь компьютеров, ну, не самого, скажем, высокого уровня. Вопрос вот, почему вы soft считаете выше, чем hard? Потому что фактически ДНК – это soft.

Максим Франк-Каменецкий:

Ну, да.

Всеволод Твердислов:

А hard – это вот все, что работает. Почему главнее? Почему самая главная молекула? Я не согласен.

Максим Франк-Каменецкий:

Ну, да. Это всегда коллеги надо мной подшучивали на эту тему. Особенно те, кто занимается белками, которые считают, что белок, конечно, самое главное.

Всеволод Твердислов:

Естественно.

Максим Франк-Каменецкий:

Да, но это дело вкуса.

Всеволод Твердислов:

Как нас учил великий Энгельс, да?

Максим Франк-Каменецкий:

Так. Это дело вкуса. Я по-прежнему считаю, что ДНК, потому что в ней заложена вся инструкция обо всех белках, обо всем. Поэтому я считаю, что это главное.

Всеволод Твердислов:

Ну, понятно. Конечно же, все вместе.

Максим Франк-Каменецкий:

Да, конечно же.

Всеволод Твердислов:

Максим, так вот, началось с того, что с восторгом человечество благодарное увидело вот эту двойную правую спираль. Почему она правая?

Максим Франк-Каменецкий:

Это очень интересный вопрос. Страшно интересный на самом деле. ДНК – это полимерная молекула.

Всеволод Твердислов:

Вот, вот.

Максим Франк-Каменецкий:

И мономером является так называемый нуклеотид, и он состоит тоже из трех элементов – фосфатная группа, сахар и основание. Генетический код записан в виде последствий оснований.

Всеволод Твердислов:

АТГЦ вот эти вот.

Максим Франк-Каменецкий:

Да, АТГЦ. А сахар, который одинаковый во всех основаниях, он ассиметричен в отношении зеркально. И он правый называется, правый. Это условное название. Важно, что он одинаковый у всех живых существ. Также как аминокислоты имеют одинаковую, это называется хиральность, одинаковую хиральность во всех живых существах.

Всеволод Твердислов:

Наследственность.

Максим Франк-Каменецкий:

Это означает, что мы все являемся потомками одного и того же какого-то…

Всеволод Твердислов:

Предка.

Максим Франк-Каменецкий:

Да, пра-пра-прародитель наш, он оказался вот таким, и мы уже все такие. Потому что могло бы быть, что жизнь возникала несколько раз, и тогда она возникала – один раз спираль была бы левая, а другой раз спираль была бы правая. Но она возникла однажды.

Всеволод Твердислов:

Я вот о чем думаю, почему все-таки получилось именно из-за того, что там правый сахар, потому что сахара определяют взаимодействия внутри двойной спирали.

Максим Франк-Каменецкий:

Да.

Всеволод Твердислов:

Все-таки как вы думаете, может ли это стать левой, есть ли левые варианты в этой спирали? Как я вообще понимаю, вся ваша жизнь посвящена тому, что двойной спирали почти и нет нигде, она только равновесна только в одинаковых условиях.

Максим Франк-Каменецкий:

Нет, нет, это не совсем так. Нет, конечно, правильно.

Всеволод Твердислов:

И там есть совершенно новые структуры, которыми вы занимаетесь. Расскажите об этом.

Максим Франк-Каменецкий:

Нет, ну, вы совершенно правы. Есть структура ДНК, которая является левой спиралью, ее открыл мой друг близкий и коллега в Бостоне Алекс Рич, который работает в Массачусетском технологическом институте. И на тех же правых сахарах возникает левоспиральная структура. Я занимался много, и продолжаю заниматься отчасти, тройными спиралями. Но это не значит, что двойная спираль Уотсона, Крика она в прошлом. Нет, все-таки это главная структура. Подавляющая часть ДНК в клетке – это уотсон-криковская двойная спираль.

Всеволод Твердислов:

Максим, вы вошли в историю, ну, по крайней мере, в среде специалистов, широких кругах специалистов, 86-м годом, когда вы узнали, что регулярно встречается некая структура, отличающаяся от двойной спирали. Вот расскажите про это.

Максим Франк-Каменецкий:

Ну, да. Мы обнаружили, что некая новая структура, которую мы назвали H-форма, возникает. Главным элементом ее является тройная спираль.

Всеволод Твердислов:

Максим, на семинарах я спрашиваю студентов, почему генетический код до сих пор называют триплетным. Ну, и правильно он и до сих пор, и дальше будет триплетным. Почему вдруг три нуклеотида, которые имеют свои пары в двойной спирали, почему три нуклеотида соответствуют, ну, в самом простом случае, одной аминокислоте. Код вырожденный. Почему именно три? И кто их придумал?

Максим Франк-Каменецкий:

Ну, три понятно почему. Потому что нужно закодировать двадцать аминокислот, их нельзя закодировать дуплетами, потому что их только 16. Триплетов 64, более чем достаточно, вот они и используются. Наверное, код эволюционированный. Наверное, мы можем… Это большая область немножко спекулятивная, но есть много работ, где люди пытаются восстановить…

Всеволод Твердислов:

Эволюцию вот этого кода.

Максим Франк-Каменецкий:

Да, эволюцию генетического кода. К сожалению, это очень спекулятивно, потому что никаких следов этой эволюции не сохранилось. Мы не видим тех промежуточных форм жизни, когда код еще был не триплетный. Но код точно меняется. Мы знаем, что код другой, скажем, в митохондриях немножко другой, чем в основном геноме. Поэтому код может меняться, и код менялся.

Всеволод Твердислов:

Теперь скажите такую вещь. Какие знаки препинания стоят над двойной спиралью? Потому что если мы уже знаем, что триплетный код, тройки что-то кодируют, и они могут закодировать пептиды, дальше это уже сложно. Вот, значит, есть основная догма молекулярной биологии.

Максим Франк-Каменецкий:

Да.

Всеволод Твердислов:

Вот вы о ней скажите. Все-таки сначала по ДНК. Какие знаки препинания? Как природа знает, где остановиться, где слово, где фраза, где абзац?

Максим Франк-Каменецкий:

Ну, это все непрерывная последовательность. Никаких других химических знаков нет. Они смысловые, т.е. это непрерывный текст только из четырех букв АТГЦ. И знаки препинания – это определенные комбинации этих букв, т.е. определенные значки. Скажем, это может быть начало синтеза – РНК, т.е. начало гена. Конец гена – терминирующие кодоны, т.е. в кодоны эти триплеты генетического кода они кодируют не только аминокислоты. Они кодируют и начало, которое, кстати, совпадает с одной из аминокислот – метионином. И конец – имеется три кодона, три триплета, которые означают, что в этом месте…

Всеволод Твердислов:

И мы это уже знаем.

Максим Франк-Каменецкий:

Конечно, давно, с 67-го года.

Всеволод Твердислов:

Максим, специально к нашей передаче, к нашей встрече Нобелевский комитет присудил по химии премию за теломеры группе участников.

Максим Франк-Каменецкий:

Нет, по химии премия была за структуры липосомов.

Всеволод Твердислов:

Да, да за липосомы по химии. И по медицине и физиологии как раз за теломеры.

Максим Франк-Каменецкий:

Правильно.

Всеволод Твердислов:

Я вас очень попрошу прокомментировать, как вы оцените это. Во-первых, это замечательно, что и химики, и медики дали Нобелевские премии нынешнего года за молекулярную биологию.

Максим Франк-Каменецкий:

Абсолютно.

Всеволод Твердислов:

Вот как вы видите. Вы же знаете, наверное, этих людей, кого-то из них.

Максим Франк-Каменецкий:

Да.

Всеволод Твердислов:

Расскажите.

Максим Франк-Каменецкий:

Я знаю многих. Дело в том, что, во-первых, это не беспрецедентно далеко, что дают и по химии, и по физиологии и медицине за молекулярную биологию. Первый раз это было в 1962 году, была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине Уотсону и Крику за открытие двойной спирали ДНК, а Перуц и Кендрю получили по химии…

Всеволод Твердислов:

За белки.

Максим Франк-Каменецкий:

За определения структуры первого белка, который был. Обе эти работы совершенно замечательные. Это действительно прямое продолжение наследия и Уотсона и Крика, и Перуца и Кендрю в обоих этих случаях.

Всеволод Твердислов:

Максим, вот такие работы, как правило, конечно же, выполняют люди разных специальностей: и математики, и компьютерщики, и биохимики, все вместе. Но скажите, на самом деле не может понять один специалист другого, если он не имеет очень широкого образования. Потому что когда мы говорим о таких сложных системах, просто в коллективе ученых найти общий язык могут только люди с очень высоким образованием. И совершенно естественно, вот в каждой нашей беседе, и до вас тоже, очень часто мы переходили к вопросам образования. Как нужно учить людей, чтобы они могли узнать и осознать в природе такие сложные системы? Ну, для астрономов понятно, они от ядерной физики, от физики элементарных частиц до астрономов, они действительно могут найти общий язык, там они физики. Но здесь ведь еще все сложнее. Как нужно строить образование, чтобы решать нынешние сложные биологические проблемы на молекулярном уровне?

Максим Франк-Каменецкий:

Надо, конечно, вот для всех этих вопросов нужно иметь очень солидную подготовку математическую, абсолютно необходимо. Нужно иметь, конечно, химическую и физическую подготовку, а дальше уже вы начинаете осваивать биологию.

Всеволод Твердислов:

Ну, кто-то больше в одном, кто-то больше в другом специализируется, но образование должно быть очень широкое. Вот я университетский представитель, вы – физтеховский. Но мы входили в это дело, в свои проблемы входили очень долго.

Максим Франк-Каменецкий:

Да. И сейчас это долго. Я сейчас учу как раз студентов в Бостонском университете, которые должны делать такие вещи. И кафедра, на которой мы работаем, департамент по-английски называется, биомедицинская инженерия. И мы читаем курс для всех, не зависимо от того, чем они будут потом заниматься: мозгом, глазами, запахом, ушами, чем угодно. Они должны знать.

Всеволод Твердислов:

Этот базовый курс.

Максим Франк-Каменецкий:

Базовый курс они должны знать, он обязательный для всех. Они должны знать молекулярные основы жизни. Все, в конечном счете, идет к самой главной молекуле.

Всеволод Твердислов:

Конечно.

Максим Франк-Каменецкий:

К геному. Мы на самом деле, по большому счету, наномашины, потому что все, что происходит с нами в крупном масштабе, начинается на масштабе нано, на масштабе ДНК. Расстояние между двумя нуклеотидами в ДНК в двойной спирали – это 3,4 ангстрема. Это доли нанометра. Там все и начинается. Т.е. от долей нанометра до метра масштаб, т.е. 9 порядков величины. Только так можно сделать такую безумно сложную систему, как живой организм.

Всеволод Твердислов:

Максим, сразу. Как вам кажется, чем отличаются и положительные, и отрицательные стороны образования здесь и в Штатах, какая у вас оценка? Вы сейчас знаете и наших выпускников, и своих выпускников. Вот какие у вас ощущения вот по нынешнему поколению, идущему нам с вами на смену и ощущения по системе подготовки?

Максим Франк-Каменецкий:

Я не вижу особой разницы. Все зависит от того, какой уровень профессоров, потому что невозможно на ровном месте, чтобы возникала наука. И это проблема большая для России, потому что в России имеется вот этот разрыв поколений, когда среднее поколение, старшее поколение уходит, молодежь замечательная и молодежь стремится к знаниям, безусловно, но вот это средний слой он вымывается. Потому что гораздо больше человек может выразить себя, как ученый, гораздо эффективнее работая на Западе. И это большая проблема, огромная проблема Российской науки. И она, к сожалению, не решается нужным образом до сих пор. Хотя денег уже стало много и деньги есть, но дело не в деньгах. Дело, например, в том, что это абсолютно устаревшая феодальная система Академии наук.

Всеволод Твердислов:

Структура.

Максим Франк-Каменецкий:

Структура. Когда наука отделена от преподавания – это никуда не годится. Это ведет в тупик. И Академия наук должна быть распущена, т.е. как клуб, ради Бога. Но как инструмент, где делается наука, куда даются деньги на исследования – это все абсолютно никуда не годится. И почему-то считается, что если мы тронем Академию наук, не дай Бог, тогда вообще наука перестанет. Тогда наука только и начнется. После того как мы закроем Академию наук, как институт, где делается наука. Наука должна делаться учеными, а не этими старперами, которых когда-то избрали, и которые и тогда еще ничего не стоило многие из них. Есть замечательные там, есть академик Гинзбург, никто не спорит. Но сколько ему лет, понимаете? Это не разговор. И вот это отсутствие вот этой воли изменить систему – это губительно для будущего науки. И молодежь это знает, молодежь это видит, и молодежь бежит. И правильно делает.

Всеволод Твердислов:

На самом деле, когда сейчас заговорили о том, что хорошо бы вернуть уехавших временно еще относительно активных людей вернуть сюда. Я очень боюсь, что воспроизведется ситуация с поп-звездами, когда сюда к нам в Россию приезжают уже отпевшие и оттанцевавшие свое там, на Западе, и сюда приезжают вот с гастролями и все. Понимаете, ведь на самом деле успешно работающие ученые на Западе, он уже сюда успешно работать не приедет, потому что успешно работать не сможет. Все-таки на самом деле какая-то должна быть, в первую очередь, динамика быстрых обменов. В первую очередь, хотя бы вот это вот.

Максим Франк-Каменецкий:

Ну, да. Но, кроме того, необходимо, чтобы привлекали ученых Западных, не важно наших соотечественников или просто Западных.

Всеволод Твердислов:

Чтение лекций.

Максим Франк-Каменецкий:

Нет, и просто. Просто, чтобы привлекали к лицензированию грантов, ко всей этой системе, которая…

Всеволод Твердислов:

Абсолютно согласен.

Максим Франк-Каменецкий:

Которая и просто консультирует, потому что и эти Западные… Когда я бывал, допустим, в Сингапуре, там необычайно плодотворно сейчас развивается и наука, и образование. Что они сделали? Они приняли стратегическое решение. Они пригласили там выдающихся людей с Запада в качестве консультантов, они приехали. Они сказали, как нужно организовать дело, потому что у них огромный опыт, чтобы это шло. Где это? Кого здесь пригласили, правительство, в качестве консультантов, чтобы они сказали, вот нужно сделать это, это, это и это?

Всеволод Твердислов:

Но в свое время пригласили экономистов в Ельциновские времена.

Максим Франк-Каменецкий:

Правильно.

Всеволод Твердислов:

Но это было один раз, и это было кустарно сделано.

Максим Франк-Каменецкий:

Да, а мы говорим о науке. Я говорю, что для того, чтобы если вы хотите действительно поднимать науку, пригласите таких людей, выберите сами как хотите. Но их пригласите и скажите, вот вам дается там, я не знаю, две недели, мы будем с вами обсуждать, как сделать так, чтобы… Но это, должно быть, будет больно. Это будет хирургия. Многие наши славные академики останутся за бортом, потому что они ничего не стоят. Потому что они самовоспроизводятся, они выбирают себе подобных, и они надувают щеки и говорят, что вот у нас такая система. Это абсурд.

Всеволод Твердислов:

Максим, все-таки какое у вас ощущение? Я уже не первую передачу вот к концу высказываю ощущение, что все равно сейчас идет новое поколение, вот к которому мы сейчас собственно и обращаемся и эту передачу готовим, вот идет поколение заинтересованное. В чем заинтересованное? Хотя и по радио, и по телевизору непрерывно идет речь о финансах, об экономическом успехе, и экономикой называется движение денег, но ничуть не производство, все равно наука это тоже производство, высокое, это творческое производство. У меня действительно есть совершенно оптимистическое отношение к будущему отечественной высшей школы и науки, но как это произойдет, я не знаю. Вы будете в этом участвовать? Дальше, вы активный человек?

Максим Франк-Каменецкий:

Я помню, 10 лет назад меня пригласил Велихов на передачу там по каналу Культуры, он задал в конце точно тот же вопрос.

Всеволод Твердислов:

Мы не договаривались.

Максим Франк-Каменецкий:

Точно тот же вопрос! И я сказал: «Конечно!». Но меня никто никогда никуда не позвал. И ни о чем не спросил.

Всеволод Твердислов:

В следующий ваш приезд я вас приглашаю прочесть лекцию или несколько лекций нашим студентам. Они будут рады. Спасибо вам.

Максим Франк-Каменецкий:

Cпасибо.

 


 
Взгляд