В России проходит первый научно-популярный фестиваль Pint of Science. Наука пришла в бары, где за кружкой пива ведущие ученые рассказывают о своих достижениях и о науке в целом. Научный редактор портала Indicator.Ru и по совместительству наш главный редактор Алексей Паевский встретился с одним из лекторов фестиваля, профессором Сколтеха нейробиологом Филиппом Хайтовичем, и поговорил с ним о пиве, мозге, макаках и шизофрении. Интервью вчера было опубликовано на портале Indicator.Ru, теперь с ним делимся и мы: в чуть более расширенном варианте. Два года назад мы уже говорили с Филиппом: интересно, что изменилось в его работе?
Филипп Хайтович
— Поскольку мы говорим о Pint of Science, первый вопрос: пиво-то любите?
— (смеется) Нет, не люблю. И поэтому пью что-нибудь другое.
— Как вы готовили лекцию для такой, прямо скажем, нестандартной обстановки?
— Это всегда сложно — сделать лекцию, которая, с одной стороны, имела бы хорошее научное содержание, а с другой, была бы не полностью скучной и понятной, тем более люди с пивом приходят послушать не чисто научный доклад. Кстати, и чисто научную лекцию непросто сделать доходчивой, а чтобы она была еще и интересной — это уж совсем высокий уровень.
— Когда мы с вами встречались в прошлый раз, два года назад, на стене в кабинете висел список проектов, весьма обширный. Насколько все изменилось за это время?
— Вообще не изменилось, два года для нас не срок. Наш проект в среднем длится дольше.
— Тогда давайте подробнее. Один из ваших проектов был посвящен аутизму. Каких результатов вы смогли достичь в этой области?
— С изучением мозга пациентов с аутизмом результатов меньше, чем хотелось бы. Не так просто получать образцы мозга таких пациентов, даже плазму крови непросто получать. Мы сейчас работаем с большим количеством образцов пациентов с шизофренией, депрессией, биполярным расстройством, а вот с аутизмом почему-то сложнее.
Тем не менее мы сделали уже несколько пилотных работ на основе образцов мозга, которые мы получили от наших коллег из Америки, из Клиники Майо. И результаты очень интересные, потому что были попытки посмотреть на какие-то маркеры метаболических изменений, в основном в моче и частично в плазме крови, и всегда стоял вопрос, насколько это соответствует тому, что происходит в мозге, особенно при таком заболевании, как аутизм, ведь это не одно заболевание, а спектр, и там очень сложно разобраться.
Мы сделали пилотный проект, в котором посмотрели на метаболиты в посмертных тканях мозга: на водорастворимые низкомолекулярные соединения и на липиды. При этом по первой группе соединений работы были по моче и плазме крови, а по липидам вообще практически не было. Интересно, что мы нашли очень хорошее соответствие того, что происходит в мозге, тому, что видно в моче и крови.
— А в мозге вы смотрите сплошной спектр, анализируя ткань целиком, без сортировки по клеткам?
— Да, без сортировки, «сплошняком», «рассортировать» постмортальные образцы по клеткам технически крайне сложно.
— Вы работаете только с посмертными образцами мозга?
— К счастью, аутистам лоботомию не делают…
— Я скорее про нейрохирургические образцы.
— А, если в этом смысле, то да, такой вариант возможен, но опять же, аутистам крайне редко выполняют нейрохирургические операции с извлечением здоровых тканей мозга. Если удаляют опухоль, то там сложно выделить здоровые клетки от некротизированных и опухолевых, а эпилепсия и аутизм крайне редко бывают одновременно.
— Вернемся на два года назад. Тогда у вас здесь был только кабинет и не было лаборатории…
— Теперь есть — отличная лаборатория!
— …и в связи с этим вопрос. Молекулы вы определяете масс-спектрометрически. А эксперименты с клеточными культурами у вас бывают?
— Мы же все хотим получить кусочек информации, недоступный другим. И то, что у нас сейчас есть, — это хорошо отработанная масс-спектрометрическая технология измерения концентраций низкомолекулярных соединений. На самом-то деле, технология эта очень старая, масс-спектрометрии более ста лет. Проблема в том, что эти измерения достаточно шумные (лучше сказать, очень шумные), и распознать соединения среди всего этого шума довольно сложно. Поэтому многие лаборатории обращают внимание не на все многообразие данных, которое есть, а на какие-то определенные пики, известные заранее, но это все равно, как раньше в генетике смотрели на какой-то конкретный ген или несколько генов…
Проблема в том, что, когда мы говорим об аутизме, мы не всегда знаем, какие именно соединения смотреть. И здесь мы пытаемся вычищать шум в масс-спектре и оставлять сигналы биологически значимых молекул. И у нас начинает получаться. Более того, мы уже научились более-менее правильно идентифицировать эти соединения, особенно для липидов. Это немногие умеют, таких лабораторий в мире очень мало, и мы хотим использовать это преимущество, чтобы посмотреть на этот аспект. А если мы будем работать с клеточными культурами, у нас нет никакого преимущества. Более того, у нас сейчас нет клеточной лаборатории. Ее можно было бы сделать, но мы сфокусировались именно на том, что умеем хорошо.
Даже не по аутистическому мозгу, по здоровому известно очень мало: как изменяется состав метаболитов мозга при взрослении, при старении, как различаются различные регионы мозга. Атласов нейронов достаточно много, а вот то, что происходит в этих нейронах, например, с точки зрения состава мембраны…
Представьте себе синаптическое соединение. С какой частотой там проходит сигнал? До сотен раз в секунду, это же громадная частота. И каждый раз работа синапса связана с мембранными процессами. Пузырьки с нейромедиаторами выбрасываются, синтезируются… Эти мембраны невероятно пластичны.
Синапс
Обычно, когда мы представляем себе нейроны, мы представляем себе статичные амебообразные создания. Но ведь амебы тоже движутся. Нейроны, конечно, не ползают по мозгу, но тем не менее у них на мембранах постоянно идут разные процессы. И то, из чего эти мембраны сделаны, как эти процессы поддерживаются с точки зрения биохимии, — это очень важно. Но это как раз очень мало изучено. Я бы даже сказал, что на том уровне, на котором мы пытаемся это сделать, это не изучено вообще. Поэтому мы и движемся в этом направлении.
— Кроме аутизма, у вас был очень интересный проект, связанный с молоком. Расскажите о нем.
— Идея там достаточно простая: мы сравнивали метаболический состав префронтальной коры ребенка человека и других приматов: шимпанзе, макак, бонобо. Мозг в первые годы жизни растет, и было интересно понять, насколько это зависит от того, что ребенок ест. Тем более что в первые годы жизни гематоэнцефалического барьера между кровью и мозгом еще нет.
Теоретически ребенок должен питаться грудным молоком. Сравнительно недавно хороших альтернатив не было, а сейчас, когда появились адекватные замены, пошли самые разнообразные мифы: то ребенку надо давать много DHA (докозагексановая кислота, из класса Омега-3 полиненасыщенных жирных кислот, — прим. А.П.), то не нужно ее давать…
Понятно, что с точки зрения эволюции грудное молоко должно быть оптимизировано для развития мозга, но неизвестно, насколько это реально влияет и как то, насколько мозг человеческого ребенка отличается от мозга шимпанзенка или детеныша макаки, зависит от состава молока.
Сейчас все больше и больше становятся популярны молочные смеси, их по каким-то веществам, конечно, пытаются оптимизировать, но никто не смотрел отличия метаболические между мозгом ребенка и обезьяны. И мы пока не знаем, что является критическим, что обязательно нужно добавлять в коровье молоко, чтобы получить идеальную смесь для нормального развития мозга человека. Та же DHA, критична или нет? Может быть, без какого-то другого вещества она не будет полезна и не будет действовать?
Так вот, наше исследование от того, чтобы просто посмотреть различие коровьего молока и молока человека, отличает то, что мы параллельно смотрим на растущий мозг, сравниваем не просто с коровами, но и с обезьянами. Нас интересует, что уникально именно для человека, у нас есть образцы обезьяньего молока, человеческого…
— Сложно было получить обезьянье молоко?
— Очень сложно! Но мы справились с этой задачей.
— У вас же есть, кроме аутизма и молока, еще проекты? Какие?
— Вот сейчас мы заняты поиском метаболических изменений в плазме крови больных шизофренией, депрессией, биполярным расстройством. Это делается на образцах, которые собраны и хорошо охарактеризованы, половина из них собрана в Германии. Их достаточно много, больше тысячи. Еще половина собрана в Китае, правда, не по всей стране, а только в одном городе — Чунцине. Но в этом городе живет почти 30 миллионов человек.
Так что у нас есть китайская когорта, есть немецкая когорта, и по крайней мере для шизофрении мы нашли изменения. Самое главное то, что обе когорты коррелируют в этих изменениях, несмотря на все отличия между китайцами и немцами.
— А российская когорта будет?
— Будет! Мы уже ведем переговоры с российскими партнерами. Но в России проблема не с образцами пациентов, а с контрольными образцами. Не потому, что их нет (смеется), а потому, что у людей, которые работают с шизофренией или другими расстройствами, нет прямого доступа к людям без нарушений. Так что нужно будет решить некоторые логистические вопросы.
Поэтому российская группа будет, но, учитывая то, что Германия и Китай показывают схожие отличия, нет оснований считать, что российские шизофреники окажутся особенными, скорее, они займут подобающее место посередине.
— Есть ли у вас другие проекты?
— Да, есть еще один большой проект, который мы начали достаточно давно. Это липидная карта мозга. Конечно, мозг, как и остальное тело, в основном состоит из воды, но в отличие от других тканей в сухом остатке он процентов на 60 состоит из жира (в остальных органах преобладает белок). В мозге очень много мембран, есть сигнальные жирорастворимые молекулы. И это очень важно: жесткость мембран влияет на их динамику, на то, как в них плавают рецепторы, ведь рецепторы в мембранах нервных клеток похожи на корабли. И иногда, чтобы передать сигнал, им надо собраться вместе, образовать комплекс, к ним иногда присоединяются другие компоненты — снаружи или внутри. Если мембраны очень жесткие, то диффузия у них будет одна, если мембраны очень пластичные, жидкие, неорганизованные, — другая. Это очень сильно будет влиять на передачу сигнала в нейронах.
Клеточная мембрана
Так вот, для установления липидного состава разных участков мозга вообще ничего не было сделано. Мы сделали это, липидную карту разных участков мозга не только человека, но и различных приматов: шимпанзе, макак и бонобо (карликовые шимпанзе, отделившиеся от шимпанзе более миллиона лет назад). Так что мы строим не только липидную, но и эволюционную карту мозга. Кроме этого, мы еще и строим карту экспрессии генов в разных участках мозга. Нас интересует и то, насколько есть корреляция между экспрессией генов и свойствами мембран в разных функциональных регионах мозга. И эту корреляцию мы уже обнаружили.Еще один интересный факт: мы изучили отличия в липидном составе регионов, которые формируют разные функциональные сети, например, сеть внимания. И те функции, которые более присущи именно человеку, более всего изменили липидный состав «своих» регионов по сравнению с мозгом бонобо, если брать за отправную точку мозг макаки. А более общие для всех сети примерно одинаково изменились у бонобо и человека по сравнению с макакой.
Бонобо
Но тут, конечно, нужно понимать, что мы пока что не знаем даже, какие липиды характерны именно для нейронов, а не для, скажем, астроцитов, не говоря уже про определенные типы нейронов. Так что еще очень много работы. В любом случае, карта уже почти готова, мы ею очень довольны, и она будет потом отдельным ресурсом выложена в сеть, подобно другим картам мозга. Карт мозга существует немало, но липидных пока нет.
— И последний, почти что личный вопрос. Мне часто приходится видеть, что нейробиологи очень узко погружены в свою тематику и не видят нейронауки широко. Поэтому часто важные работы, которые могли бы и их продвинуть, проходят мимо. Так ли это и что с этим можно сделать.
— Безусловно, это так. Увы, наш мозг ленив, и если можно что-то не делать, он не будет этого делать. Значит, надо как-то ставить ученых в позицию, когда им придется расширять свой кругозор. Как именно — не знаю. Частично спасением являются конференции — раз уж ты приехал, ты сидишь и слушаешь. Но не всегда.
Беседовал Алексей Паевский
Читайте материалы нашего сайта в Facebook, ВКонтакте, Яндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.
