Apa itu bioinformatika? Mengapa kloning mammoth benar-benar hoax? Sebenarnya, siapa yang diuntungkan dari penyebaran mitos tentang bahaya makanan transgenik, dan mengapa, berkat resistensi global penyakit terhadap antibiotik, kita kembali ke awal abad ke-20? Kami membicarakan hal ini dan banyak hal lainnya dengan Mikhail Gelfand, ahli bioinformatika Rusia yang luar biasa, profesor di Universitas Negeri Moskow dan anggota Akademi Eropa.
Mikhail Sergeevich Gelfand - bioinformatis Rusia yang terkenal, Doktor Ilmu Biologi, Kandidat Ilmu Fisika dan Matematika, Profesor Fakultas Bioteknologi dan Bioinformatika di Universitas Negeri Moskow, anggota Akademi Eropa, Wakil Direktur Institut Masalah Transmisi Informasi Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, anggota Dewan Publik di bawah Kementerian Pendidikan dan Ilmu Pengetahuan Federasi Rusia, Wakil Pemimpin Redaksi surat kabar "Troitsky Variant - Science".
Minat penelitian: genomik komparatif, metagenomik, rekonstruksi metabolik dan anotasi fungsional gen dan protein, mencari sinyal pengaturan, evolusi jalur metabolisme dan sistem pengaturan, penyambungan alternatif (proses yang memungkinkan satu gen menghasilkan beberapa mRNA dan, karenanya, protein - NS), fitur statistik dari urutan DNA.
Mikhail Gelfand juga dikenal karena aktivisme sipilnya. Dia adalah salah satu pendiri dan aktivis komunitas jaringan Dissernet, yang terlibat dalam mengidentifikasi pelanggaran, penipuan, dan pemalsuan di bidang pertahanan disertasi dan pemberian gelar akademik di Rusia.
Mikhail Sergeevich, apa itu bioinformatika?
- Bioinformatika adalah cara melakukan biologi yang membutuhkan pemrosesan data dalam jumlah yang sangat besar. Secara umum, hal yang sama terjadi dengan biologi yang pernah terjadi dengan fisika energi tinggi dan astrofisika, ketika ada banyak data.
Ternyata dengan menggunakan semua informasi ini, Anda dapat melakukan banyak hal menarik.
Misalnya, apa yang kita lakukan sekarang adalah memprediksi fungsi protein, mempelajari bagaimana gen diatur, dll. Ini dilakukan dengan menggunakan analisis urutan, dan hasilnya dirumuskan dalam istilah yang alami bagi para ahli biologi: katakanlah, protein ini melakukan ini dan itu, dan ini gen menyala di bawah kondisi ini dan itu.
Selain itu, berkat bioinformatika, menjadi mungkin untuk membuat pernyataan tentang sel secara keseluruhan. Dalam arti tertentu, biologi molekuler dulunya merupakan ilmu reduksionis - orang melihat sel sepotong demi sepotong, menguraikannya menjadi gen terpisah, protein individu. Sekarang telah menjadi mungkin untuk mempelajarinya sepenuhnya pada tingkat molekuler. Sebelum itu, kami tidak dapat melakukan ini - tidak ada cukup peluang.
Tapi semua ini adalah sisi teknis dari bioinformatika.
Sisi fundamentalnya adalah studi tentang evolusi molekuler. Ternyata membandingkan genom yang kita miliki sekarang, kita dapat mengatakan sesuatu tentang bagaimana mereka berubah dari waktu ke waktu. Secara kasar, bagaimana hal itu terjadi? Ini mungkin hal yang paling menarik tentang bioinformatika.
Bisakah Anda menyebutkan pencapaian terpenting, menurut Anda, di bidang bioinformatika dalam beberapa tahun terakhir?
- Misalnya, menjadi jelas bahwa multiseluleritas terjadi tidak hanya sekali, tetapi beberapa kali secara independen. Ketika saya diajar di sekolah, saya diajari ini: pertama ada bakteri, kemudian makhluk yang lebih kompleks muncul, kemudian multiseluler, dll., jamur dengan ganggang dianggap tanaman tingkat rendah. Sekarang ternyata pada tumbuhan dan hewan, multiselularitas muncul secara independen dari sudut pandang jalur evolusi mereka. Jamur ternyata lebih dekat dengan kita daripada tanaman. Ganggang coklat umumnya melaju ke arah lain, mereka juga mengembangkan multiseluleritas dengan caranya sendiri.
Mereka juga menemukan bahwa nenek moyang kita berhibridisasi dengan Neanderthal. Ternyata ada juga Denisovans - kerabat jauh Neanderthal. Secara keseluruhan, situasi ini telah menunjukkan bahwa munculnya manusia modern adalah masalah yang jauh lebih kompleks daripada yang kita lihat sebelumnya. Lagi pula, kami berpikir bahwa nenek moyang kami adalah cabang yang berkesinambungan, sebuah garis. Namun, analisis genom menunjukkan bahwa 50 ribu tahun yang lalu tiga spesies manusia yang berbeda berjalan melintasi Eurasia - Cro-Magnons (kita dan nenek moyang kita), Neanderthal dan Denisovan, dan mereka semua saling kawin dalam kombinasi yang berbeda.
Dalam genom setiap orang Eropa atau Asia modern (tetapi bukan Afrika), rata-rata sekitar 2% varian gen adalah gen Neanderthal, dan orang-orang yang pernah menetap di Indonesia dan Australia memiliki tambahan 5% gen Denisovan.
Penemuan-penemuan ini penting dari sudut pandang pandangan dunia - mereka mengubah pemahaman kita tentang bagaimana seseorang muncul.
Pada umumnya dengan munculnya teknik-teknik eksperimen baru, kita semakin banyak belajar baru, tetapi ternyata masih banyak yang belum kita ketahui. Ada pemahaman yang berkembang tentang berapa banyak yang masih harus ditemukan. Dalam arti tertentu, ini adalah waktu yang romantis.
Pada kesempatan ini, saya selalu menceritakan metafora yang sama. Bayangkan, orang-orang tinggal di pantai, mereka mengira itu pulau kecil. Karena kabut, dia tidak terlihat. Ketika kabut hilang, ternyata ada seluruh benua. Dan bahkan dengan gunung, di belakangnya sama sekali tidak jelas apa yang bisa ditemukan. Situasinya kira-kira sama dalam sains modern.
Kemajuan apa yang telah dicapai di bidang genomik kanker dalam beberapa tahun terakhir?
- Prestasi, sekali lagi, berkat kemajuan teknologi. Kami belajar menentukan urutan genom pasangan jaringan sehat tumor, dan memahami mengapa sel sehat menjadi tumor. Ternyata tidak ada alasan tunggal, dan bahkan pada pandangan pertama, sel kanker yang sama memiliki sejumlah perbedaan. Secara khusus, karena mutasi, yang ada banyak di sel-sel ini.
Tugas non-sepele muncul - untuk memahami mutasi mana yang menjadi penyebab proses, dan mana yang terjadi secara kebetulan. Eksperimen sekarang mulai mengurutkan kembar tiga - sel sehat, kanker, dan metastasis - untuk menentukan apa yang menyebabkan metastasis.
Hari ini kita telah belajar mengurutkan genom sel tunggal. Berkenaan dengan kanker, ada alasan untuk percaya bahwa populasi sel penyakit ini sangat heterogen, dan perkembangan kanker terjadi karena mutasi yang menyebabkan perpindahan beberapa populasi oleh yang lain. Urutan sel kanker individu akan membantu meningkatkan pemahaman, sehingga banyak yang menunggu dengan penuh minat untuk hasil eksperimen ini.
Tetapi pada kenyataannya, saya tidak terlalu suka berbicara tentang onkologi - saya tidak ingin memberi orang harapan dengan sia-sia. Saya hanya akan mengulangi apa yang telah saya sebutkan: kanker dapat bersifat heterogen - ini dapat menjelaskan keberhasilan atau kegagalan dari satu atau lain pengobatan. Mungkin ada situasi yang berbeda - tumor di bagian tubuh yang berbeda, tetapi dengan struktur molekul yang sama. Dan dalam hal ini, satu obat dapat mengobati beberapa jenis tumor yang berbeda, dan menentukan struktur sel kanker dapat membantu pemilihan obat antikanker yang lebih efektif.
Akhir-akhir ini ramai dibicarakan tentang kloning mamut. Apa pendapat Anda tentang ini - apakah itu layak dan mengapa itu perlu?
- Ini benar-benar omong kosong dan curang. Sekarang tidak ada kemungkinan teknis untuk melakukan ini - baik di negara kita, maupun di Barat.
Dalam konteks kloning, biasanya disebut ilmuwan Korea Selatan (namanya Hwang y Suk - NS), yang dikenal memalsukan hasil penelitiannya. Dia benar-benar mengkloning seekor anjing, lalu mengatakan bahwa dia telah mengkloning seorang pria dan menerbitkan beberapa artikel palsu yang membuatnya dikeluarkan dari universitas …
Belum ada yang tahu bagaimana mengkloning mamalia dengan menyuntikkan materi genetik ke mamalia lain. Mereka melakukannya pada bakteri, tetapi tidak pada mamalia.
Secara teori, jika mungkin, sangat sulit. Jika, misalnya, Anda membuka DNA seseorang, Anda mendapatkan garis sepanjang tiga meter. Bahkan jika Anda entah bagaimana berhasil mensintesis DNA selama kromosom raksasa, Anda tidak akan dapat mereproduksi keadaan fisiologisnya yang benar. Jika Anda memasukkan DNA yang direproduksi secara ajaib dalam tabung reaksi ke mamalia lain, DNA itu tidak berakar di sana dan terdegradasi.
Secara umum, ada kesulitan sedemikian rupa sehingga tidak mungkin untuk dipecahkan saat ini.
Apa pendapat Anda tentang DNA dinosaurus, apakah masih mungkin untuk menguraikan genom mereka? Bagaimanapun, DNA tidak hidup sebanyak yang telah berlalu sejak era dinosaurus
- DNA benar-benar tidak hidup selama itu. Rekornya sekitar ratusan ribu tahun. Dengan DNA yang berusia puluhan ribu tahun, eksperimen dilakukan - dengan Neanderthal yang sama, misalnya. DNA yang ditemukan di tulang-tulang seorang pria Heidelberg di gua Spanyol Sima de los Huesos dan kemudian diuraikan oleh para ilmuwan berusia sekitar 400 ribu tahun. Tapi itu adalah DNA mitokondria, bukan nuklir.
Seiring waktu, DNA rusak. Dalam organisme hidup, ada mekanisme yang mengembalikannya. Namun, ketika terletak di tanah, maka tidak ada yang mencegah kehancurannya, terutama di iklim yang lembab dan hangat.
Protein dihancurkan lebih lambat. Ada artikel di mana orang mengklaim bahwa mereka dapat menentukan urutan protein kolagen pada dinosaurus. Ada banyak ketidaksepakatan dalam komunitas ilmiah pada waktu itu - banyak yang percaya bahwa ini adalah kesalahan eksperimental.
Anda dapat menggunakan cara lain: ambil urutan modern burung, buaya, mamalia modern, dan ikan, Bangun pohon filogenetik dari protein ini - untuk merekonstruksi dengan urutan bagaimana protein ini berkembang selama evolusi. Dan kemudian merekonstruksi bagaimana protein ini terlihat di node internal tertentu - misalnya, di node dinosaurus, dan kemudian mensintesis protein ini. Jenis pekerjaan ini telah dilakukan, termasuk dengan dinosaurus. Dengan menggunakan metode ini, bahkan dimungkinkan untuk mensintesis protein yang ada pada nenek moyang yang sama dari semua bakteri.
Dan mereka yang menangis untuk dinosaurus dapat pergi ke luar dan mencium merpati apa pun - ini adalah nenek moyang langsung dinosaurus, garis evolusi yang sama yang diawetkan pada burung dan buaya modern.
Apa pendapat Anda tentang mitos yang dipopulerkan tentang bahaya makanan transgenik? Apakah mereka benar-benar berbahaya?
- Bahaya transgenik adalah mitos, karena tidak ada satu pun eksperimen yang dapat membuktikan bahaya ini. Eksperimen yang ditulis di surat kabar adalah eksperimen dengan kualitas sangat rendah, yang tidak membuktikan apa pun. Di sana, bahkan kualitas pemrosesan statistik dari data yang diperoleh rendah. Misalnya, dari hasil eksperimen terkenal peneliti Prancis Gilles-Eric Seralini, dapat disimpulkan bahwa tikus jantan, sebaliknya, adalah transgenik yang sangat berguna - mereka hidup lebih lama.
Bahkan, mereka memeriksa cukup banyak. Semua industri peternakan di Amerika Serikat adalah salah satu eksperimen besar dalam penggunaan produk rekayasa genetika. Jika GMO benar-benar merugikan, itu akan terlihat sangat cepat.
Sikap terhadap GMO di negara kita adalah kombinasi yang menyedihkan dari tiga hal. Yang pertama, mohon maaf, ketidaktahuan penduduk. Jika Anda sekarang menghentikan seseorang di jalan dan bertanya tentang tomat transgenik, dia akan menjawab bahwa ada gen dalam tomat transgenik, tetapi tidak ada gen dalam tomat biasa, atau omong kosong serupa lainnya.
Kedua, ketidakjujuran orang-orang yang meniti karir politik dengan topik kerugian GMO. Beberapa dari mereka mungkin benar-benar psikopat, tetapi sebagian besar dari orang-orang seperti itu, saya yakin, menghitung orang-orang sinis yang hanya meningkatkan kesejahteraan mereka.
Ketiga, ketidaktahuan para jurnalis. Di satu sisi, mereka tidak dapat memahami apakah mereka diberitahu kebenaran atau tidak, di sisi lain, mereka mengejar sensasi. Lagi pula, fakta bahwa transgenik tidak berbahaya bagi kesehatan tidak terlalu sensasional. Tetapi untuk menampilkan foto seekor tikus yang menderita kanker dari eksperimen Séralini, untuk memberikan headline yang cerah adalah sebuah sensasi. Dan hanya sedikit orang yang tahu bahwa ini sebenarnya adalah jenis tikus khusus yang dibiakkan untuk penelitian kanker - semuanya memiliki tumor yang sedang tumbuh.
Saya akan mengatakan lebih banyak - ada manfaat nyata dari GMO. Baru-baru ini saya membaca sebuah artikel di mana para ilmuwan menghitung berapa banyak herbisida dan insektisida di ladang di mana tanaman transgenik ditanam berkurang. Artinya, hal-hal yang benar-benar berbahaya - racun - tidak lagi diperlukan berkat transgenik, beban di lapangan berkurang puluhan persen.
Transgenik baik bagi perekonomian, terutama bagi negara-negara berkembang, termasuk Rusia dalam hal pertanian. Jadi, produksi kedelai transgenik jauh lebih murah dibandingkan dengan kedelai konvensional. Mengurangi pembelian insektisida juga mengurangi biaya.
Kelebihan lain dari GMO adalah penghapusan kekurangan vitamin. Beberapa makanan kekurangan vitamin, misalnya nasi rendah vitamin A. Oleh karena itu, di Asia, di mana nasi adalah produk utama makanan orang (sekali lagi, tidak kaya), kekurangan vitamin adalah hal biasa, akibatnya anak-anak mengalami kekurangan vitamin. lahir buta.
Oleh karena itu, para ilmuwan membuat beras transgenik, di mana mereka menanam gen bunga matahari. Gen baru ini memungkinkan beras menghasilkan karoten, yang dibutuhkan untuk menghilangkan kekurangan vitamin dan kebutaan. Jadi setiap orang yang tanpa pikir panjang berteriak tentang bahaya GMO yang mengerikan secara pribadi bertanggung jawab atas anak-anak buta.
Juga dalam situasi dengan para ahli ekologi transgenik mengejutkan saya. Lagi pula, Anda dapat, misalnya, mendiskusikan dampak ladang transgenik terhadap lingkungan: tidak ada data tentang bahaya, tetapi, murni secara teoritis, itu mungkin. Sebaliknya, para pencinta lingkungan, sayangnya, sangat suka masuk ke dalam kerumunan anti-GMO dan menggunakan metode mereka yang tidak bermoral untuk memperjuangkan tujuan lingkungan yang tampaknya baik.
Apa, menurut Anda, prospek antibiotik di masa depan, setelah semua, pada musim semi WHO mengumumkan alarm di seluruh dunia - penyakit menjadi semakin kebal terhadap antibiotik?
- Secara umum, sejarah antibiotik adalah ilustrasi yang indah dari teori evolusi, dijelaskan dengan jelas dalam kerangka seleksi alam.
Antibiotik selalu ada. Bakteri tanah telah meracuni satu sama lain dengan mereka sejak dahulu kala. Dengan demikian, mereka belajar membela diri, mengembangkan stabilitas. Resistensi ini menyebar ketika bakteri menelan DNA spesies resisten.
Tetapi kemudian seorang pria turun tangan dan mulai diobati dengan antibiotik untuk patogennya. Patogen secara inheren rentan terhadap antibiotik karena mereka tidak menemukan bakteri tanah. Ketika Anda mulai minum antibiotik dan meminumnya sepenuhnya, Anda membunuh semua organisme patogen. Jika Anda mulai meminumnya, Anda merasa lebih baik, dan Anda berhenti meminumnya, maka ternyata Anda membunuh bakteri sensitif, tetapi tetap sedikit resisten; mereka selalu ada hanya karena heterogenitas genetik populasi. Kemudian lagi populasi berkembang, menjadi heterogen, bahkan varian yang lebih stabil muncul di dalamnya - dan lagi-lagi hal yang sama: kursus yang dihentikan sebelum waktunya, yang kurang stabil terbunuh, yang lebih stabil tetap tanpa pesaing dan berlipat ganda.
Pada suatu waktu, sebuah proyek Rusia-Amerika diluncurkan, dalam kerangka di mana pengobatan tuberkulosis dengan bantuan sarana modern ditingkatkan di beberapa penjara (sumber strain resisten adalah penjara dan kamp, dan di penjara Rusia ada situasi yang agak sulit dengan resistensi antibiotik tuberkulosis), tetapi, sayangnyakarena alasan politik, itu ditutup. Pada saat yang sama, sebagaimana dinyatakan dalam laporan WHO, salah satu alasan peningkatan resistensi penyakit terhadap antibiotik adalah praktik total dan sistematis dari pengobatan penyakit yang kurang baik di antara populasi di seluruh planet ini.
Faktor lain dalam meningkatkan resistensi bakteri terhadap antibiotik adalah cara Barat memberi makan ternak dengan antibiotik dosis kecil. Sekarang di Uni Eropa praktik seperti itu telah dilarang, tetapi kerugian yang telah berhasil ditimbulkannya, tampaknya, sangat besar. Bagaimanapun, patogen baik di dalam kita maupun pada mamalia, yang dibiakkan seperti ternak, pada umumnya sama. Tetapi di peternakan, hewan bersentuhan dengan tanah, dan patogen di dalamnya dapat bersentuhan dengan bakteri tanah yang telah mengembangkan resistensi terhadap mereka, yang juga meningkatkan resistensi patogen yang berbahaya bagi kita.
Kemudian ternyata memproduksi antibiotik tidak menguntungkan bagi perusahaan farmasi besar (yang kecil tidak akan bisa mengatasinya sama sekali). Antibiotik diambil dalam waktu singkat, resistensi terhadap mereka muncul dengan sangat cepat - semua ini berarti bahwa obat tersebut tidak akan lama beredar di pasaran. Ternyata membuat antibiotik sama sekali tidak menguntungkan.
Adapun, misalnya, tuberkulosis di negara kita, yang sudah resisten terhadap sebagian besar antibiotik yang dikenal, hanya ada satu alternatif antibiotik. Seperti pada awal abad terakhir - kumis, resor pegunungan … Dan itu saja. Tentu saja, para ahli biologi dan dokter mencoba melakukan sesuatu tentang hal itu, tetapi sejauh ini hanya ada sedikit optimisme.
Wawancara ini dipublikasikan di Naked Science (#17, Januari 2015).