Радиационная биология. Радиоэкология, 2023, T. 63, № 3, стр. 311-317

1. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ

Одним из первых выдающихся достижений Николая Владимировича был расчет размера гена на основе радиационно-индуцированного мутагенеза, ставший шагом на пути к развитию физической биологии. В данном процессе горячие участки генома выступали в качестве мишеней, а сечение рассчитывалось при проявлении мутагенеза. Данное исследование было освещено в публикации (так называемой “зеленой тетради”) совместно с будущим Нобелевским лауреатом М. Дельбрюком [9]. В будущем именно эта работа стала вдохновением для нобелевского лауреата Эрвина Шрёдингера при написании книги “Что такое жизнь?” [10].

Хотя знакомство Николая Тимофеева-Ресовского с физическими идеями регуляции клетки началось с принципа матричного копирования Александра Колли и Николая Кольцова, основное развитие идей физической биологии прошло в Берлин-Бухе на семинарах вместе с Максом Дельбрюком. Можно сказать, что одна из главных заслуг книги “Что такое жизнь?” – это популяризация статьи Тимофеева-Ресовского, Циммера и Дельбрюка, ранее известной лишь в кругах генетиков и радиационных биологов [11].

Продолжение сотрудничества с теоретическими физиками, начатое на научном семинаре Петра Капицы в Москве в 1956 г., было продолжено позже, уже со специалистами в математической физике: “Точное выявление элементарных явлений на биохорологическом уровне и установление связей между биогеоценологическими и популяционно-генетическими процессами позволит ускорить внедрение кибернетических принципов и понятий на популяционно-генетическом и биогеоценологически-биохорологическом уровнях жизни; это, в свою очередь, создаст возможность почти неограниченного применения машинных моделей в целях анализа наиболее комплексных биологических явлений” [12].

Молекулярная биология за последние 100 лет достигла огромного прогресса, чего стоит только проект “Геном человека” (1990–2003 гг.). Однако на сегодняшний день не существует ни стройной теории физической биологии, ни предсказательной физической химии. Современные работы в области системной биологии и искусственного интеллекта пока не сделали значимого шага в расшифровке трехмерной структуры белка.

Значит, идеи физической биологии до сих пор актуальны и востребованы.

2. ОНТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ

Принцип биологического усилителя впервые был сформулирован Н.В. Тимофеевым-Ресовским в 1935 г. в работе “О природе генных мутаций и структуре гена”, написанной в соавторстве с К.Г. Циммером и М. Дельбрюком на материале результатов исследования радиационно-индуцированных мутаций [13]. Принцип биологического усилителя радиационных повреждений заключается в том, что в результате попадания частицы или кванта излучения в критическую структуру биологического объекта (мишень) развиваются процессы, во много раз усиливающие первичное поражение клетки. Существование механизмов усиления поражения обеспечивает преодоление радиационным фактором порогов устойчивости биологических систем, что является условием развития их реакций, а также (при соответствующей дозе) условием формирования состояния приспособленности к действию данного фактора (адаптации).

Термин “генетическая инженерия” в контексте направленного синтеза новых генотипов впервые в научной литературе был использован Тимофеевым-Ресовским в 1934 г. (рис. 2) [14]. Генетическая инженерия, впервые апробированная с рекомбинантной ДНК, получила свою материальную базу только в 1972 г. в работе биохимика Пола Берга, будущего лауреата Нобелевской премии [15]. Сегодня идеи генной инженерии, синтетической и инженерной биологии развились в смелых идеях и работах американских генных инженеров Джорджа Черча и Крейга Вентера, а исследованиями на стыке генной инженерии и радиобиологии занимаются полдюжины национальных лабораторий Минэнерго США.

Рис. 2.

Первое использование термина “генная инженерия” в работе Н.В. Тимофеева-Ресовского, 1934 год.

Fig. 2. The first use of the term “genetic engineering” in the paper by N.V. Timofeev-Ressovsky, 1934.

Нужно признать, что данные направления были предсказаны Тимофеевым-Ресовским очень прозорливо.

3. ПОПУЛЯЦИОННО-ЭВОЛЮЦИОННЫЙ УРОВЕНЬ

Экспериментальный задел в области популяционной генетики был заложен еще Н.К. Кольцовым и С.С. Четвериковым⁹⁹, чьи “волны жизни” связали генетику и давление эволюционного отбора Чарльза Дарвина. Опираясь на данные генетики животных и растений, Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский делал заключения о значении биологических феноменов для понимания проблем наследственного здоровья человека.

Пожалуй, именно данная область молекулярной биологии получила в следующие десятилетия свое наибольшее развитие в направлениях популяционной генетики, выявлении клинически-значимых полиморфизмов, открытии микроРНК, интерферирующих и некодирующих РНК. Уже на этапе раннего развития генетики Николаем Владимировичем были введены понятия пенетрантности и экспрессивности генов, называемые сегодня транскриптомикой. В этом же ряду находится и индивидуальная изменчивость, ставшая сегодня концепцией “индивидуальной нормы”, критически значимого понятия персонализированной медицины.

В ряду исследований на уровне популяционной генетики находится и космическая биология – тематика, которой занялся Тимофеев-Ресовский в 1970 г., с переходом к О.Г. Газенко¹⁰¹⁰ в Институт медико-биологических проблем [16].

4. БИОСФЕРНЫЙ УРОВЕНЬ

Идеи глобальных проблем биосферы были развиты уже на Урале и в Обнинске под влиянием идей академиков В.И. Вернадского и В.Н. Сукачева, с которыми Николай Владимирович был лично знаком и поддерживал общение. Связка “биосфера → биогеоценоз → биоценоз → популяция” [17] оказалась очень кстати при проведении радиоэкологических экспериментов в Свердловске, и в будущем – при оценке радиационного воздействия на различные компоненты биосферы.

Ранние опыты Вернадского послужили основой для всего современного широчайше распространенного учения об изучении накопления и транспорта живыми организмами рассеянных элементов и веществ в пределах биосферы [18]. Знакомство Николая Владимировича с идеями Вернадского о биосфере определенно оказало сильное влияние на систематизацию его собственных идей и представление их в иерархическом виде, и дальнейшая реализация многих из них несомненно была достижением Тимофеева-Ресовского (рис. 3).

Рис. 3.

Карта-схема идей Н.В. Тимофеева-Ресовского.

Fig. 3. Mind map of Timofeev-Ressovsky’s ideas.

Целостная картина биологии укладывается в русло представлений Вернадского о биосфере [19]. Только в 1976 г. на семинаре в Кембридже состоялось обсуждение неразрывной связи генетической инженерии планетарной флоры и фауны, а в дальнейшем – и человека [20].

Таким образом, не только идеи Николая Владимировича нашли свое развитие в наши дни, но и сам принцип организации научной работы “нельзя заниматься наукой со звериной серьёзностью”, и талант человеческого общения, которые привлекали и меняли людей в его окружении, способствовали формированию вокруг его идей важной для научной работы коммуникационной оболочки – его научной школы.

Обобщая совокупность наследия Н.В. Тимофеева-Ресовского, можно отметить не только его целостный подход к восприятию биологии и генетики, но и смелую экспансию в новые научные области, и главное – расширение научной коммуникации и обмен идеями.

Руководствуясь принципами Николая Владимировича Тимофеева-Ресовского, команда Обнинского филиала МИФИ под научным руководством сотрудников НМИЦ радиологии в 2021 г. завоевала бронзовую медаль на международном конкурсе по инженерной биологии iGEM-2021 с проектом по созданию синтетической микробиоты для стимулирования радиорезистентности и предотвращения кишечной формы лучевой болезни [21]. Подобный синтез идей генной инженерии, радиобиологии и космической биологии стал возможен благодаря тесному сотрудничеству коллектива с ведущими российскими научными центрами, что дало возможность объединить специалистов из различных областей науки над решением общей задачи долговременного освоения космического пространства.