Петър Пенев и дървото на живота

Д-р Петър Пенев се занимава с биоинформатика на най-високо ниво – в Центъра по произхода на живота (Center for the Origin Of Life – COOL), финансиран от НАСА. Преди това е възпитаник на НПМГ и Софийски университет, където изучава молекулярна биология. След специализация в Холандия и спечелването на стипендия по Фулбрайт заминава за САЩ - там прави магистратура по биоинформатика и в последствие започва да изучава произхода на живота от молекулярна гледна точка, включвайки се в лаборатирията на проф. Лорен Уилиямс, намираща се в Технологичния институт в Джорджия. Централна тема на докторската му дисертация и предмет на интерес са рибозомите; тяхната роля в проследяването на самия живот на земята при самото му възникване; както и това как тези открития биха могли да послужат в близко и далечно бъдеще. Ето какво разказа той в рубриката ни „Човекът от бъдещето“.

Г-н Пенев, нека опитаме да обясним – с какво са важни изследванията на рибозомата и какви приложения намират?

Важността на рибозомата в модерната наука е много голяма. В сегашната ситуация с Covid-19 например доста нашумяха ваксините на Pfizer и Moderna и покрай тях сте чували терминологията "информационна РНК". Информационна РНК, защото тази ваксина носи информацията за шиповия протеин на Covid-19. А тази информация се транслира тъкмо от човешките рибозоми - рибозомата е малка фабрика, която чете информационната РНК и я превръща в протеин (белтък). Това е единствената фабрика, която организмът има за производство на протеини. А протеините са основна градивна единица на живота- те изграждат сигнални (хормони), каталитични (ензими), структурни (колаген), транспортни (хемоглобин), защитни (кератин и антитела) и регулационни (протеинкинази) функции в клетките.

В този смисъл рибозомата е централно поле в интересите на биологията. Понеже ние имаме информация, която е запазена в генетичния код, тя се "чете" от рибозомите и те осъществяват прехода от информация към функция, към протеин. Още по-интересно, нашите човешки рибозоми и рибозомите на дърветата например, нямат много големи разлики в секвенцията и структурата. Човешките рибозоми си приличат дори с тези на бактериите, като изключим известни разлики главно по повърхността и външните региони.

Къде се насочвате вие в анализа и опитите с тях?

Нашите усилия са да разберем как са изглеждали рибозомите в най-началните моменти на живота. Тоест в онзи момент, преди около четири милиарда години, когато животът възниква на Земята.

А животът е тотално свързан с наследяването на информация от гледна точка на ДНК и репликацията й от родители към деца. И съответно "четенето" на тази информация става от рибозомите; затова и изследванията за тях ни дават яснота за този най-ранен момент.

Какви са разликите в днешната рибизома и тази от преди четири милиарда години? И какво ни говорят те?

В началото на живота рибозомната функция не е била толкова перфектна, както е днес; това личи от структурата, която предполагаме рибозомата е имала преди четири милиарда години. Постепенно рибозомата се е подобрявала и развивала, усложнявала структурата си добавяйки нови елементи. Това е процес на наслагване, в който древните рибозомни елементи са буквално заровени от по-младите.

Как разбирането на това начало би могло да се приложи в търсенето на живот на други планети?

Ние изследваме процеса на рибозомно наслагване и рибозомен генезис понеже нашият, земният живот, е единствената форма на живот, която все още познаваме. Животът на нашата планета е единствената точка с данни в търсенето на произхода на живота. Разбирането за произхода на нашия живот може да загатне как животът е започнал и на други планети. По-конкретно, когато се правят експерименти на Марс, ние всъщност трябва да знаем какво търсим; например, когато се вземат проби, които да установят дали там има живот, нашите изследвания снабдяват с framework – научна рамка, която да допринесе за това да разберем как е започнал живота и в друга среда.

Как всъщност вие въобще разбирате как е изглеждала рибозомата преди четири милиарда години?

Дървото на живота (това, освен, че е популярна метафора, е и научем термин, който свързва всичко живо на планетата и го представя в голямо дърво) – има три големи клона – бактерии, археи и еукариоти. Човека е еукариот заедно с много други малки и големи организми – дървета, животни, гъби. Археите и бактериите са малки едноклетъчни организми. Рибозомата има централна роля в дефинирането на дървото на живота, тъй като тя присъства във всеки организъм и е силно запазена.

Рибозомата се състои от структура и секвенция. Секвенцията е информация, кодирана като думи и изречения, а структурата е функция на секвенцията и представлява формата на рибозомата в три измерения. Какво дефакто правим – взимаме рибозоми от различни клонове на дървото на живота и ги анализираме.

Ние гледаме рибозомите на тези три големи клона, сравняваме ги в секвенцията и в структурата и виждаме къде има разлики в дълбоките региони, в рибозомното ядро; сравняваме и откриваме също какво можем да извадим като информация за това каква е била рибозомата в момента на разделяне на клоните. Интересното е, че рибозомата съдържа информация от преди разделянето на тези клони, тоест, от началото на живота. За това начало, разглеждайки дървото на живота, има няколко вероятности. В една от тях всичко е произлязло от един и същ организъм, който се е разделил. Има и други вероятности – че животът е започнал по различни начини, които са се движили заедно и паралелно, но при катаклизъм, да кажем, паднал е метеор, е останала само една от тях. Това, което рибозомата ни позволява, е да анализираме тъкмо този проблем.

С ракетата Сатурн V в Хюстън, Тексас

 

Ако обърнем перспективата към бъдещето, как още изследванията на рибозомите биха могли да допринесат за определени открития?

Рибозомата със сигурност ще има голямо влияние през следващите 10-20 години, базирано на централната и роля във ваксините с информационна РНК. Много вероятно тази технология да бъде използвана и за щит срещу други заболявания. Вероятно това би помогнало при лечението на различни видове рак, сезонния грип, автоимунни заболявания, дори деменция.

Наскоро Нобеловата награда за химия беше връчена на Дженифер Даудна и Еманюел Шарпентие за разработките им на системи, които позволяват по-директна обработка на генетичния материал и позволяват на инженери да правят много конкретни промени по този генетичен материал, който се транслира тъкмо от рибозомата. Мисля, че след определен период от време конкретни заболявания, свързани с геномни недостатъчности, биха могли да се лекуват, на базата на тези последни открития.

Не знам дали ви прави впечатление, но въпреки голямата сложност на тези неща, в момента едва ли има човек, който да няма мнение за ваксините, така сякаш тези неща са много близки до ума и остава само да кажем „за“ или „против“. Въобще, един процес, в който науката сякаш спира да има значение сама по себе си, поне в масовия смисъл, а по-важно става „мнението“ за нея, и то по най-сложните въпроси. Как сам си обясняваш този антинаучен и антиекспертен фронт?

Този фронт предизвиква силни чувства в мен и съм мислил много за него. Мисля, че има някакъв проблем в отношението: нещата да се обясняват внимателно, прецизно, определени положения в науката да бъдат разяснявани докрай, защото има много интелигентни хора от други области, които ще ги разберат. Проблемът, струва ми се, е комуникационен. И може би самото научно съсловие би могло да участва по-активно в тази комуникация. Да се правят публикации, които не са изключително тежки и гъсти с информация и терминология, които едва ли някой, който не се интересува от наука, би чел внимателно. Според мен дори в самото преподаване в бакалавърските степени трябва да има клас по научна комуникация. В който да се преподава на младите учени как да обясняват сложната материя на популярен език, без, разбира се, да пропускат най-важните неща. Имам например учителка, професор, която е много активна в Туитър, която дава задачи на учениците си да пишат статии в Уикипедия, която да е написана както за научна, така и за по-обща публика. Струва ми се, че така биха могли да се решат немалко проблеми, да се потушат немалко дезинформации – учените просто да участваме повече в социалния разговор.

С Васанта Чивукула и Лорен Уилиямс на семинар на Астробиологичния Институт към НАСА, в Джорджия Тех

 

Няма как да не питам каква според вас е вероятността за наличие на извънземен живот и какво би могъл да представлява той?

Аз съм израснал, четейки Айзък Азимов и за мен това е изключително интересно. Вероятността е много голяма, предвид размерите на Вселената. В същото време сегашните ни разбирания за физиката са много лимитиращи по отношение на това докъде можем да стигнем, скоростта на светлината задава сериозен лимит, тя не е достатъчна, за да отидем далеч. Често си мисля и за парадокса на Ферми, който се опитва да отговори на въпроса „Къде са извънземните?“. Понеже нашата планетарна система е относително млада в сравнение с Вселената, вероятно е някъде другаде във Вселената да се е развил живот много преди нашия. Тогава, защо още не се е свързал с нас; и дали пък това, че не се е свързал не означава, че всъщност го няма.

С Антон Петров, Кавита Матанге, Петър Пенев, Ерик Смит и Ирена Мамаханов на Астробиологична конференция в института ЕЛСИ, Токио

 

Как си представяте бъдещето – големите промени в последните десетилетия бяха свързани с технологиите, но най-вероятно предстоят много други, за които в момента едва ли имаме представа?

Промяната в транспортната инфрастуктура ще е много интересна. Представям си докъде би могла да стигне комбинацията между развитието на изкуствения интелект и самоуправляващите се автомобили например. Вероятно много скоро ще имаме изключително бързи доставки и се надявам този напредък в транспортната инфраструктура да навлезе на много места. Надявам се, също, да имаме и силно развитие от гледна точка на биологията и информационните РНК ваксини, които да помогнат да се справим с много заболявания.

 

Интервю на Райко Байчев