ПРОФЕССОР ДЕНИС НОБЛ: ОРГАНИЗМ - ЭТО ОРКЕСТР БЕЗ ДИРИЖЕРА
Елена КокуринаПризнанный в мире физиолог и пионер системной биологии, профессор Оксфорда Денис Нобл (Denis Noble) издал книгу «Музыка жизни. Биология за пределами генов», которая вызвала яростные дискуссии. Противники профессора Нобла возражают против основного положения книги: геном не является «программой жизни». Этой программы, в привычном смысле этого слова, по Ноблу, вообще нет, поскольку организация жизни усложняется от уровня к уровню, и генный уровень — лишь часть сложнейшего многоступенчатого процесса
В оссоздать этот процесс профессор Денис Нобл и его коллеги пытаются в рамках международного проекта «Физиом», который был запущен в 1997 г., но только теперь, спустя десятилетие, начинает обретать значительное число сторонников и получать крупное финансирование в разных странах.
[470x341]Денис Нобл (Denis Noble) — профессор кардиоваскулярной физиологии Университета Оксфорда, возглавляет исследовательскую группу компьютерной физиологии. Основатель международного проекта «Физиом». Пионер системной биологии в мире. В 1960 г. его исследовательской группе впервые удалось разработать математическую модель клеток сердечной мышцы. Это была первая наиболее точная симуляция работы сердца. Моделирование помогает понять биологические функции организма в комплексе, именно поэтому эта область называется теперь системной биологией. Кардиологические модели, разработанные группой Нобла, помогли также при создании новых лекарств и разработке медицинского оборудования. Будучи в 1993–2001 гг. генеральным секретарем Международного союза физиологических наук, профессор Нобл играл ведущую роль в запуске международного проекта «Физиом», цель которого — использование компьютерного моделирования для создания модели человеческого организма. |
Музыка сложнее логики
— Профессор Нобл, в самом начале 1990-х гг. вы опубликовали книгу «Логика жизни», а через 15 лет написали другую, заменив в названии логику на музыку. В чем смысл этой замены метафор? Изменились ли за это время ваши научные взгляды, да и сама наука?
— Изменилось очень многое. Прежде всего, был расшифрован геном, и результаты этой огромной работы заставили задуматься о многом. Хотя они только подтвердили мою точку зрения, мои взгляды на науку. Итак, мы теперь знаем, сколько точно генов в организме человека. Мы также понимаем, каким образом они производят белки. Структурная последовательность белков закодирована в ДНК, и в общих чертах мы представляем себе, как работает этот код. Мы также знаем последовательность и структуру многих белков, которые кодирует ДНК.
Словом, никогда еще молекулярная биология не развивалась столь быстро, как за последние 50, и в особенности 15 лет. Все эти годы мы только и занимались тем, что разбирали живые системы на все более мелкие компоненты, миллиарды компонентов. Это впечатляюще, но это не дало нам понимания того, как устроена жизнь. Сиюминутные эффекты — возможности для медицины — тоже оказались не так существенны, как это предполагалось в начале расшифровки генома. Почему? Только сейчас многие биологи приходят к пониманию причин. Ключ — во взаимодействии малого с большим. На каждом уровне существования организма (молекулы, клетки, ткани, органа и т.д.) действует множество различных компонентов, которые взаимосвязаны между собой и образуют систему. Каждая такая система подчиняется собственным законам, они могут быть совершенно разными, и практически невозможно, даже если удастся понять логику одного компонента или даже уровня, уяснить логику целого организма.
— Вы, будучи, как известно, увлеченным музыкантом, использовали в книге музыкальную лексику. Это просто для доходчивости, или же в этих метафорах кроется точный научный смысл?
— В этом и суть — метафоры в биологии очень часто отражают научный смысл, и случается так, что смысл давно изменился, а метафоры все еще в ходу.
[470x637] Компьютерная физиология создает математическую модель для описания биологических функций всего организма (авторы: Computational Bioengineering Laboratory, NUS)
Главное различие этих двух книг в том, что я сам в какой-то степени освободился от чар, колдовства метафор, которые так часто использовались в биологической науке, когда она проходила фазу редукционизма. Например, гены не являются — да просто не могут быть! — «эгоистичными». Как известно, эту метафору использовал в названии своей блестящей книги Ричард Докинз. Я показываю, что ее легко можно заменить на другую, назвав гены «узниками», «пленниками», — без всякого ущерба для понимания научного смысла. То же самое можно сказать и по поводу клише «книга жизни» (как теперь, довольно быстро, привыкли называть геном) или «генетическая программа».
Недавно специально по этому поводу я написал статью «Гены и казуальность (причинная связь)», в которой пытаюсь убедить коллег в том, что язык биологической науки нуждается в более четких рамках. Ведь чисто научные вещи, такие как связывание генотипов с фенотипом, проблематичны не только из-за экстремальной сложности взаимодействий между генами, белками и физиологическими функциями целостного организма, но также и потому, что парадигма причинно-следственных связей в биологической системе серьезно смешана.
Статья исследует некоторые из недоразумений, начиная с изменяющихся определений гена. Я пытаюсь оценить, гарантирует ли природа «цифровой» последовательности ДНК первенство в этой многоуровневой причинной связи по сравнению с наследованием не через ДНК. Достаточно ли этого, чтобы говорить именно о «генетической программе»? Метафора, которая в течение последних нескольких десятилетий была хороша для молекулярной фазы развития биологии, ограничивает нас или даже вводит в заблуждение теперь, когда мы «перешли» в многоуровневый мир биологии системной.
— Какова же, по-вашему, роль генома?
— Это база данных, которая может обеспечивать необходимую специфичность, перенос наследуемых признаков. Или, следуя опять-таки метафоре из мира музыки — это CD-диск для жизни, или орган, состоящий из 30 тыс. труб. Называя так геном, я ни в коем случае не собираюсь ограничить его важнейшую роль в организации жизни и жизненных процессах. Я просто хочу немного изменить предубеждения людей по поводу того, что абсолютно все генетически запрограммировано.
— Рассуждая о различных уровнях организации живого организма, вы вообще отрицаете наличие единой программы его существования. Ее нет ни в геноме, ни даже в мозге. Почему вы отводите сознанию столь незначительную роль?
— Вы не правы, весьма значительную. Если следовать музыкальным метафорам и дальше, то мозгу я отвожу роль оперного театра, и то, что он, как, собственно, и оркестр (система различных органов в организме), обходится без дирижера, еще не значит, что актеры и музыканты плохо исполняют свои арии и партии.
Говоря конкретно о мозге и сознании: моя точка зрения основана на том, что последовательность событий в сфере высшей нервной деятельности человека, которую мы могли бы условно назвать «программой», есть не что иное, как набор функций. Например, если я играю на гитаре, то, естественно, в самом моем мозге, нервных клетках, мускулах происходят определенные «события», но они не подчиняются специальной программе, которая заставляет меня играть. В то время как в случае с компьютером программа — это независимый набор инструкций. Примерно то же самое, с моей точки зрения, происходит и с сердечным ритмом. Последовательность электрических импульсов, которая его образует, не является программой в привычном для нас смысле этого слова. Это просто сердечный ритм!
Последовательность действий при сердцебиении — это не автономная программа, обособленная от ежеминутных сердечных колебаний. В своей книге я ссылаюсь на утверждение британского ученого Энрико Коэна из его прекрасной книги «Искусство генов. Как организмы создают себя» (1999): «Организмы создаются не просто согласно набору инструкций. Инструкции практически невозможно отделить от процесса следования им, так же как нельзя отделить план от его исполнения».
| ДЕСЯТЬ ПРИНЦИПОВ СИСТЕМНОЙ БИОЛОГИИ ДЕНИСА НОБЛА 1. Биологическая система и биологическая функциональность — многоуровневые 2. Передача информации — лишь один из способов 3. ДНК — не единственный передатчик наследственных признаков 4. Биологическая теория относительности: главного уровня организации не существует 5. Онтология генов невозможна без понимания процессов на более высоком уровне 6. Генетической программы не существует 7. Не существует программы и на каком-либо другом уровне 8. Не существует программы в мозге 9. Собственная личность не является объектом 10. Еще очень многое нужно изучать; достоверной «биологической теории» пока еще не существует |
Координация индивидуалистов
— Может ли системная биология решить задачу познания логики всей системы? И какова здесь роль проекта «Физиом»?
— Проект преследует две основных цели. Первая — постичь суть биологических процессов через количественную, математическую форму, достичь понимания биологических функций в количественной форме, придать биологии более строгий теоретический каркас, как это произошло в физических науках. Вторая — использовать это понимание для создания новых, лучших лекарств, оборудования, для развития медицины в целом.
— Когда и каким образом вы пришли к подобному системному подходу?
— Сам проект «Физиом» был запущен на Международном конгрессе физиологических наук, который проходил в Санкт-Петербурге в 1997 г., однако сам я использовал «модельный подход» задолго до этого. Мне удалось впервые в истории создать математическую модель сердечного ритма — это произошло в 1960 г.!
— Что вы думаете о роли крупных международных проектов в современной науке? Становятся ли они единственно возможной формой организации науки и достижения значимых результатов? И каково место «Физиома» в этом ряду?
— Я рассматриваю проект «Физиом» как необходимое следствие проекта «Геном человека», поскольку необходимо как-то интерпретировать, объяснить данные, полученные генетиками, через понимание роли генов на всех уровнях биологической организации. Конечно, это требует новых организационных форм и финансирования. Но ведь многие проекты, включая «Физиом», могут быть не такими уж масштабными и выполняться небольшими командами. Я бы не стал сегодня сбрасывать со счетов «маленькую науку» или вовсе отказываться от нее. Лучшие идеи часто рождают именно индивидуалисты, работающие в одиночку или всего лишь с узкой группой студентов по собственному плану.
В этом смысле организация проекта «Физиом» отличается от многих сегодняшних крупных международных проектов. Наш комитет отвечает за координацию усилий ученых, которые и без проекта работали над проблемами, которые нас интересуют, нужно лишь установить стандарты — и этим комитет тоже занимается. Но группы, участвующие в проекте, не теряют свободы научного поиска, они продолжают разрабатывать собственные идеи. Координация необходима для того, чтобы обеспечить совместимость исследований, чтобы быть уверенными в том, что каждая работа может быть использована другими участниками для продвижения к общей цели.
— А как насчет финансирования? «Физиом», насколько я поняла, не самый дорогой международный проект. Это так?
— Наш комитет сам не распределяет средства. Мы поощряем, «подталкиваем» национальные и международные исследовательские организации, чтобы они обеспечивали финансирование участников проекта «Физиом». Таким образом мы достигли значительного увеличения финансирования в США, Японии, Австралии и Европе. Думаю, в ближайшем будущем мы станем придерживаться этой тактики. Недавно участники проекта получили крупное финансирование через Седьмую рамочную программу ЕС — это в общей сложности $72 млн.
[470x416]
Модель работы сердца, разработанная Денисом Ноблом
Что и зачем
— Итак, цель «Физиома» — изучить, как функционирует целостный живой организм, то есть, по сути, ответить на вопрос «Что происходит?». А дальше? Предполагаете ли вы использовать эти знания для вмешательства, воздействия на процесс?
— Хороший вопрос! И он сразу влечет за собой множество этических проблем. Мы должны быть очень осторожны. Осторожность нужна еще и по той причине, что «логика жизни» столь совершенна прежде всего из-за своей чрезвычайной сложности. Поэтому вмешаться не так просто. Даже простые манипуляции могут вызвать множество непредвиденных последствий.
— Может ли проект «Физиом» стать инструментом изучения механизмов старения и радикального продления жизни человека?
— Это вопрос интересен, хотя мы не задавались такой целью напрямую. Возможно. Но точно можно сказать одно: без развития системной биологии и математического моделирования эту задачу не решить. Это как раз то, на чем основан подход проекта «Физиом».
Беседовала Елена Кокурина
январь 2009 № 1 "В МИРЕ НАУКИ"
Интервью