Петро Старокадомський

[Проект «Атоми», присвячений талановитим українським науковцям, які творять не лише в Україні, але і за кордоном. Ми розповімо про їхні життєві шляхи, масштабні відкриття, а також проекти та дослідження, які змінюють світ.

Спецпроект створений за підтримки компанії SoftServe]

***

Коли Петро взявся за вивчення цієї хвороби, про неї не було відомо майже нічого. X-linked reticulate pigmentary disorder (XLPDR) — рідкісне імунологічне захворювання, від якого потерпає всього дванадцятеро людей у цілому світі. Перекладаючи дослівно, це «зв’язаний із X-хромосомою сітчастий пігментний розлад». Американські генетики звернулися в лабораторію молекулярної біології в університеті штату Техас, де працює українець Петро Старокадомський, аби ті допомогли дослідити недугу.

Більш як три роки науковцям не вдавалося досягнути бажаного результату — зрозуміти механізм виникнення хвороби. І в момент, коли вже опускалися руки, а команда була готова публікувати інформацію про дослідження із посередніми результатами, «увімкнулося зелене світло» — вони знайшли відповідь.

Петро Старокадомський, який був мозковим центром групи, розгадав природу захворювання і ввів кілька нових термінів у сучасну біологію. Результати привели до перевороту в розумінні імунної системи. Сьогодні українець продовжує розробляти цю тему, стараючись створити нове покоління антивірусних та антиракових ліків. Більше про саме відкриття, а також про свій шлях науковця Петро Старокадомський розповів The Ukrainians.

Лусочка цибулі

Петро народився та виріс у Львові. Навчаючись у школі №37 із поглибленим вивченням французької мови, яка ще у 80-х роках — у період піонерів та жовтенят — уперше проводить  шкільні обміни між Францією та СРСР, Петро спілкується з іноземцями. А в 90-х роках  — їде у Францію на місяць та ходить у тамтешню школу.

— Тоді ми починали розуміти, наскільки великий світ, що він не закінчується у Львові чи Києві. Виявляється, там, далеко-далеко, живуть такі самі люди, з якими можна спокійно комунікувати, — розповідає Петро. Говоримо скайпом: Петро, їдучи трасою I-45 на семінар в університет у Далласі, ми — зі Львова та Москви. — Це був перший урок з біології 6-го класу, який починається з ботаніки, — пригадує Петро. — Наша вчителька Надія Іванівна Стахів принесла лусочку цибулі, ми пофарбували її йодом та засунули у простенький мікроскоп. Тоді можна було побачити, що та лусочка насправді складається з клітин, які мають ядро та цитоплазму.

Я вважаю, що це один із найгеніальніших експериментів, коли ти можеш узяти зі своєї кухні цибульку та йод і провести «дослідження». Тут і  хімія, і біологія, і оптика. Батько в мене був професором математики на біофакультеті Львівського університету, і після того випадку приніс мені мікроскоп додому. Я наче захворів. Хотів розгледіти все через той мікроскоп. Клав туди аркуш паперу, камінчик, пробував знайти барвники, аби побачити навіть клітини асфальту чи дроту. Щось зворушилося у моїй душі. Напевно, так усе й почалося.

Я наче захворів. Хотів розгледіти все через той мікроскоп. Клав туди аркуш паперу, камінчик, пробував знайти барвники, аби побачити навіть клітини асфальту чи дроту. Щось зворушилося у моїй душі

Далі була Мала академія наук, лабораторія генетики на біологічному факультеті, де Петрові дозволяли бувати професорка генетики Олена Білоконь, яка піклувалася про молодого таланта, і Людмила Борисівна Дробот, завідувачка молекулярної лабораторії в Інститутi біології клітин.

Усе це привело Петра Старокадомського до Львівського національного університету імені Івана Франка. Про той період життя згадує скромно. Каже, шкода, що часи були складні — в університеті мали змогу вчитися тільки за  підручниками 70-80-х років, у той час як у світі з’явився інтернет, а в Америці закінчувалась програма «Геном людини».

— А ми про таке і не знали, — згадує Петро. — У нас вершиною прогресу  був ксерокс, де ми могли розмножити випадково знайдену статтю англійською. Утім, Львівський університет дав мені те, що міг, — відчуття Ідеї науки. За це я безмежно вдячний своiй alma mater.

Інсулін у вигляді жуйок? Будь ласка!

Ми зробили ін’єкційний інсулін для діабетиків у вигляді… жуйок. Це дуже нестандартне рішення — і воно могло б мати успіх. Ми показали ефективність жуйок, але це відкриття нікого не зацікавило. На жаль, в Україні немає зв’язку між наукою та виробниками. Бо, власне кажучи, в чому зміст науки? Ти як дослідник робиш винахідницьку частину, а далі естафету має переймати виробник — фармацевти чи біотехнологи, ті люди, які мають зробити кінцевий результат — продукт, медикамент. Після цього — маркетологи та дизайнери, піарники і технологи. Загалом прикро було, що після шести років праці наш винахід не отримав ніякого застосування.

Наш імунітет — як поліція

У пошуках нових перспектив Петро Старокадомський  їде до Ізраїлю у Вайцманівський інститут. Там починає займатись молекулярною імунологією.

— Це основа нашого життя, це система «свій-чужий» нашого організму. Наш імунітет — як поліцейська машина: пропускає людей, що не викликають підозр, і активується проти тих, хто загрожує соціуму. Якщо продовжити аналогію, то корупція чи непрофесійність поліціянтів ведуть до хвороб суспільства; несправності у молекулярних «поліцейських машинах» стають причиною імунних захворювань та раку. Ми, імунологи, вивчаємо, що керує цими молекулярними «поліціянтами».

В Ізраїлі Петро закінчує свої постдокторальні студії та їде в Америку.  

— Мені пощастило потрапити у лікарню із  сильним дослідницьким штатом та лабораторією. Я тут працюю вже шість років. Ми беремо пацієнтів із недослідженими хворобами, мутаціями — і пробуємо розглянути біохімічні моделі. Скануємо багато захворювань. Так ми натрапили на X-linked reticulate pigmentary disorder (XLPDR).

Такі розповіді нагадують сюжети про Доктора Хауса, проте — у невигаданому житті.

— Схожі моменти дійсно є, — сміється Петро Старокадомський. — Коли ми починаємо досліджувати нове захворювання, то не маємо жодного уявлення, чим воно викликане. І є десятки сигнальних шляхів, з кожним із яких може бути пов’язана недуга. Вечорами сидиш і думаєш — чи це lupus (вовчанка — рідкісне автоімунне захворювання, пошук якого був ідеєю-фікс доктора Хауса, — TU), чи це не lupus, чи це той сигнальний шлях, чи інший. Ми розплутуємо синдроми, хоча часто доводиться йти навпомацки. Буває, наша лабораторія стає схожою на божевільню. Як у армії — все, що може бути переплутане, буде переплутане. Із пацієнтами найстрашніше, бо переплутати зразки здорового і хворого — не жарти. Однак коли працюєш з професіоналами, такого не трапляється. Наше щастя, що сьогодні швидко і дешево можна читати геноми. Як би це пояснити?

Уявімо, що ми беремо людей, в яких… третє око на лобі! Ви берете 50 тисяч людей, у 20 є третє око, у 30 — нема. І ви читаєте цілий геном усіх людей. І говорите, що статистичний аналіз показує, що ген ABC набагато частіше має мутацію у тих людей, у яких є така аномалія, як третє око. Отже, ця мутація зв’язана з ознакою. Це працює не завжди, але у моєму випадку спрацювало. Бо у всіх XLPDR-хворих, яких ми знайшли, була однакова мутація — всього одна «буква» змінена. На грані фантастики. Звичайно, це я дуже просто пояснив. Усе набагато складніше  та заплутаніше.

Буде нова генерація ліків. У тім числі — і від раку

— Дослідження на такому рівні, як ми проводимо, дуже прикладні, — каже Петро. — Ми вкладаємо свій камінчик у бази даних, далі працюють біохіміки, фармацевти, виробники. Наші наступні гранти хтозна чим закінчаться. Продовження XLPDR-теми — це вже пошук антивірусних, антиракових, антиревматичних ліків. Ми знаємо, що через мутації у ДНК-полімеразі білок пацієнтів перестає працювати. І ці пацієнти видаються дуже стійкими до ряду захворювань: їх не бере ні рак, ні вірусні недуги

Натомість  у них є проблема із бактеріями — вони проти них безсилі, мають постійне запалення легень, скажімо. Тут постає питання: якщо ми зможемо штучно подолати ту полімеразу, то зможемо лікувати людей від вірусів або від раку. Це прямий вихід на фармакологію, на нову генерацію ліків.  Зараз я на стадії перемовин із двома фірмами, які вже дивляться у цей бік.

 — Як мені в Америці? Тут неможливо розслабитися. Тут постійний рух уперед. Усі контракти дають на три-п’ять років. Потім треба знову шукати, знову проходити конкурс, а отже — постійно тримати себе у формі. Це суттєво відрізняється від ситуації в Україні, де люди приходять в лабораторії та працюють там ціле життя. Тут не важливо, чи ти професор, чи аспірант. Кожні три-чотири роки ти проходиш конкурс.

А ще врахуйте, що постійно ллється потік іноземців. Усі голодні, розумні і повні сил. З одного боку, ти не можеш розслабитися, тому що кожної хвилини якийсь талановитий новачок може спихнути тебе з п’єдесталу. Але з погляду загальної науки — це дуже оздоровлює. Позиції завжди тримають найсильніші на цей момент люди. Як тільки вони втрачають тонус, їх автоматично замінюють. Це природний відбір.

Тут не важливо, чи ти професор, чи аспірант. Кожні три-чотири роки ти проходиш конкурс

Така робота дійсно вимагає багато часу та постійного перебування в тонусі. Ми розпитуємо про будні — і Петро розповідає, що  мусить розставляти пріоритети: відійшов від наукової журналістики, якою займався доволі довго, вже не так часто їздить на конференції, бо на це немає ні окремого фінансування, ні часу, та й не фанатіє від мандрів. Його день — це лабораторія. На запитання про цілі жартома відповідає,  що його головна мета — прожити життя так, аби його некролог був у журналі «Nature» (престижніше наукове видання, — TU). Хоче повернутись в Україну, але на це зараз теж бракує часу.   

Каже, що раніше багато думав над тим, що можна зробити для української науки, аби вона розвивалася.

— Головна проблема — прикладна, — переконаний Петро Старокадомський. — Наука має сенс тільки тоді, коли вченим є кому передати свої напрацювання. В біології це фармацевтичні заводи, які чекають на нові відкриття, щоби першими запатентувати цю область науки, аби провести клінічні випробування і стати першими власниками препаратів, які лікують раніше невідому хворобу.

Ви можете собі уявити, що наші фармзаводи будуть вкладати гроші в пошук якихось мутацій, аби першими в світі запатентувати нові ліки? Їм вигідніше фасувати ліки з Індії і мати 500% прибутку. Наука не має сенсу, якщо на її результати не чекають наступні ланки процесу.  

Я хотів би повернутись в Україну, якби те, що роблю, мало там сенс. Так трапилося, що я людина, яка робить перші кроки для пошуку нових ліків. Для того, аби моя робота мала сенс, аби я міг знаходити гроші на цю роботу, я мушу бути в тому місці, де існує інфраструктура для подальшого розвитку моїх відкриттів, де розуміють, що робити з моїми статтями та патентами і як із того отримувати гроші.

Наука — це галузь економіки, котру регулює універсальний світовий регулятор — прибуток.  Можна казати, що вчені не мають стосунку до грошей, а вдовольняють власну цікавість за рахунок держави. Це дурня. Робота потребує величезних грошей і дорогого обладнання. Немає жодної  галузі науки, яку фінансували б із чистого гуманізму. Гроші тобі дають, тому що знають, як потім із цього отримати прибуток. Це ланка «держава-бізнес-наука». Нова імунотерапія раку зробить більшість форм раку реально виліковними. Мільярди, інвестовані у фундаментальну онкологію, сьогодні окуповуються більйонами прибутку від продажу ліків. Як результат, рак не буде смертельною хворобою. Якби це була національна програма України, така робота зайняла би всього 10-15 років…

Потрібно показати масштаб і перспективу

Петро Старокадомський каже, що залишається українцем:

— Тут нема інших варіантів.

А ми собі згадуємо фото двох його доньок у вишиванках.

— Вони білінгви. Вільно розмовляють українською та англійською мовами, — розповідає про доньок науковець. — Думаю, вони матимуть щасливіше дитинство, ніж я.

На запитання, чи думає про їхні майбутні професії, каже, головне, аби людина була щасливою.

— А щасливою вона може бути, працюючи і бухгалтером, і менеджером. Це не має значення. Для дітей важливо просто бути дітьми. Якщо є вибір — годину з ними посидіти з дитячими книжками про математику чи фізику або дати побігати, погуляти — я обираю друге. Їхній мозок вчиться на дуже примітивних речах, яких ми навіть не помічаємо, це для них основна школа. Доторк — камінчик шорсткий, дерево — ламається. Це пізнання світу. Я не думаю, що буду з них робити великих математиків. Але, звісно, колись підсуну їм і мікроскоп, і телескоп, і хімічну реторту, і мишку, і скрипку. А вони вже нехай самі вибирають.

Петро каже,  було би добре, якби в українських школах дітям показували більший масштаб та перспективу.

— Коли ти щось робиш і знаєш, що далі почесної грамоти це не піде, втрачаєш  мотивацію. Я дійсно вважаю, що проблеми з наукою в Україні пов’язані не з грошима, не з ученими, інтернетом, мовою тощо, а з тим, що наука має бути п о т р і б н о ю. Тоді будуть і гроші, і розвиток.

Окрім всього, Петро цікавиться філософією в науці. Хоче зробити великий консорціум поміж ученими.

— Пробую зробити перші кроки в організаторській міжнародній роботі, — ділиться ідеями Петро Старокадомський. — Хочу, щоб учені із різних галузей організувалися в певну мережу. Імунологи, дієтологи, кардіологи і т. д. Аби можна було швидко брати зразки тканин із хворого і, замість витрачати на дослідження роки, розсилати їх усім, а  кожен учасник робив би прості дослідження в своїй області. Це через місяць-два давало би повну картину захворювання. Така моя ідея-фікс.

***

Під мікроскопом
Як молекулярні імунологи досліджують генететичні захворювання

Насправді важко уявити, які наслідки мав би такий консорціум. Можливо, це було б створенням узагалі іншої моделі роботи світових науковців? У Петра Старокадомського багато новаторських ідей, без яких і відкриття XLPDR було би неможливим. То що ж це за недуга і що означає відкриття Петра Старокадомського?

Отже, XLPDR. Хворіють на нього лише хлопчики. Дівчата ж можуть бути носіями недуги без будь-яких її проявів. Ознаками захворювання є сухість шкіри у плямах, схожих на веснянки, і у більшості випадків — відсутність потових залоз. Хворі весь час страждають від запалення легень, нирок, шлунково-кишкового тракту.

Спершу ученим здавалося, що у клітинах хворих «зламався» якийсь ген-регулятор — і вони «впали у параною», постійно підозрюючи вторгнення підступних вірусів. Через це і траплялися постійні запалення.  Ніби у поліцейської машини весь час горить мигалка, а полісмен висуває підозри усім випадковим перехожим.

На прохання команди Старокадомського генетики провели повне секвенування геному (тобто його зчитування) усіх хворих — і віднайшли мутацію — зміну у гені POLA1, частини ДНК-полімерази альфа. ДНК-полімераза відповідає за копіювання генів, а пошкодження у ній призводять до неправильного утворення нових клітин. У цьому випадку — до дефіциту самого гену POLA1.

Колеги Петра зробили припущення, що проблема у недостатньо швидкому створенні лімфоцитів, клітин крові, які відповідають за імунітет, знищуючи «чужинців». Та після аналізу крові хворих довелося відкинути цю ідею. Проблема була у самих клітинах організму. Здавалося, ніби полімераза POLA1 якимось невідомим чином утримує молекулярні поліцейські машини від постійної бойової готовності.

Клітини ретельно контролюють кількість нуклеїнових кислот (ДНК та РНК) у своїй цитоплазмі. Адже віруси впорскують свої ДНК або РНК у клітину, і ось цих чужинців, за багатьма ознакам, у тім числі порівнюючи з кислотами самої клітини, і мають упізнати системи імунного захисту. Вони пригнічують метаболізм, щоби чужинці не змогли розвиватися, сповіщають інші клітини про небезпеку, а також починають  «генеральне прибирання» самої клітини, знищуючи усе підозріле. І саме дефіцит POLA1 призводив якимось чином до активації системи захисту. Проте як і чому він це робив?

З огляду на відомі на той момент факти, було зрозуміло, що ген POLA1 бере участь у синтезі ДНК, у великій кількості перебуваючи в цитоплазмі клітини, а за його дефіциту клітини «скаженіють» і поводяться, мов заражені вірусами. А от нечутливі до дефіциту POLA1 клітини не мали активних систем реєстрації вірусів, а також гібридних молекул РНК:ДНК, тому поводилися як звичайно. Усе вказувало не те, що POLA1 зменшує число вірусних та власних нуклеїнових кислот у цитоплазмі, а якщо його замало, усі ці «сміттєві» клітини накопичуються, подразнюючи системи захисту. Цю гіпотезу треба було якось перевірити.

Окрім труднощів із роботою, науковці відчували тиск із боку колег. Сучасні наукові дослідження часто проводять великі наукові групи із різних лабораторій, тож колеги вже хотіли публікувати дослідження, нехай навіть у посередньому науковому журналі, побоюючись, що інша наукова група може зробити те саме, нівелювавши їхні відкриття. Сильною стороною роботи Петра стала знахідка відповідального за хворобу гену, та було незрозуміло, як саме він призводить до хвороби.

— Мені та моєму босу довелося проявити великі дипломатичні навички, аби вмовити колег, що дослідження вже майже готове і треба лише трохи почекати… Настрою це не покращувало. Ми дійсно не знали, з якого боку підійти до проблеми, а час спливав, — ділиться спогадами Петро. Через роботу над загадкою XLPDR він майже не їздив на наукові конференції. Факт, що саме POLA1 відповідає за хворобу, тримали у секреті, бо розголошувати його  на конференціях означало дати конкурентам забагато інформації.

Та потім науковцям, у всіх сенсах, увімкнулося зелене світло — вони придумали, як виявити, чи є у цитоплазмі клітин забагато молекул ДНК або комбінацій РНК:ДНК. Згідно з їхньою методикою, якщо молекул забагато — клітини будуть світитися яскраво-зеленим світлом, якщо замало — блідо-зеленим. І з першого ж експерименту стало зрозуміло, що у клітинах хворих на XLPDR дуже і дуже мало молекул РНК:ДНК. Це призводило до протилежних висновків, аніж очікували спочатку! POLA1 не зменшує «сміттєвих» РНК:ДНК, а навпаки — виробляє їх!

— Тут ми вдарили себе по лобі, — продовжує Петро. — Відомо ж із підручників, що основний продукт POLA1, фрагмент Оказакі, — це невеличка запалювальна РНК, до якої вже полімераза додає ДНК-нуклеотиди. У вільний від реплікації час POLA1 синтезує подібні РНК:ДНК-комплекси у цитоплазмі!

Ось ці РНК:ДНК-комплекси, синтезовані POLA1, є «білим шумом», який не дає клітинним сенсорам збуджуватися при невеличких подразненнях. І якщо збагачувати клітини хворих РНК:ДНК-комплексами, запалення дійсно минало. Загадку було розгадано. Результати дослідження вчені опублікували в одному з найпрестижніших наукових журналів — Nature Immunology. Це відкриття — ланка у циклі інших досліджень, якими зараз займається Петро Старокадомський. Теоретично, як зазначено раніше, їхнім практичним результатом може бути винайдення ліків від раку.

— Звичайно, «нуклеїновий шум» — гіпотеза, хоч і елегантна, — підсумовує Петро. — Для її доведення потрібно ще багато чого зробити. Та ми вже можемо пишатися. Хоча б тим, що, зчитуючи геном сестер хворих, маємо змогу їм відповісти, чи зможуть вони мати здорових дітей. До того ж, нарешті ми можемо розповісти пацієнтам, чому вони хворіють. Адже це страшно — мати недугу, про яку не відомо нічого, окрім назви».

Усі фото — Serge Taran / The Dallas Telegraph