Системная биология на страже здоровья

Как современные исследования в этой области помогают снижать вред?
Рассказывает Мануэль Пайч, старшее должностное лицо по научно-исследовательской работе компании «Филип Моррис Интернэшнл», профессор биоинформатики в университете Базеля и соучредитель Швейцарского института биоинформатики
– Системная биология – это новая эра в развитии научной мысли. В чем ее специфика? Что она изучает?
– Системная биология – это междисциплинарный подход к изучению биологических механизмов и динамики их поведения, объединяющий вычислительные и экспериментальные методы. Системная биология рассматривает биологические системы как единое целое и стремится получить детальное представление о механизмах действия активных веществ в экспериментальных моделях in vitro и in vivo, а также в организме человека. Таким образом, системная биология занимается развитием знаний о динамических взаимодействиях между множеством разнообразных молекулярных и клеточных объектов сложной биологической системы. Более того, с ее помощью можно выяснить, как отклонения в этих взаимодействиях (например, в случае воздействия активных веществ или мутаций) приводят к нежелательным реакциям и, в том числе, к заболеваниям.
Получается, что системная биология способна открывать фундаментальные законы, описывающие и объясняющие эмерджентные свойства биологических систем, иными словами – саму жизнь. Подобно законам физики, биологические сети помогут описать более сложные системы, что позволит лучше понимать процесс терапевтического вмешательства и его влияние на развитие заболеваний. Применение системной биологии ведет к развитию инновационных подходов к биомедицинским исследованиям, включая такие области, как фармакология, токсикология, диагностика, а также разработка лекарственных препаратов, и закладывает базу для более точного и персонализированного подхода к лечению и профилактике болезней.
– Какие цели системной биологии представляют наибольший интерес, на ваш взгляд?
– В контексте работы, которой занимается ФМИ, а эти усилия, главным образом, направлены на оценку нашей продукции с пониженным риском, мы применяем принципы системной биологии к токсикологии в рамках новой дисциплины – системной токсикологии.
(Прим.: продукция с пониженным риском, или ППР – это термин, используемый компанией в отношении продукции, несущей в себе или потенциально несущей в себе меньше вреда для курильщиков, которые переходят на данную продукцию, по сравнению с тем, как если бы они продолжали курить традиционные сигареты. ФМИ имеет ассортимент продукции с пониженным риском, находящейся на разных стадиях разработки, научной оценки и коммерциализации. Вследствие того, что в нашей ППР не происходит горения табака, в процессе ее использования производится гораздо меньше вредных и потенциально вредных веществ, по сравнению с составом сигаретного дыма).
Системная токсикология сочетает методы классической токсикологии с количественным анализом множества молекулярных и функциональных изменений, происходящих на различных уровнях в организме.
Современное общество испытывает потребность в более тщательном изучении потенциальных рисков для здоровья от воздействия химических веществ, окружающих нас в повседневной жизни. Тем самым, научная оценка рисков должна становиться все более точной, что, в свою очередь, требует детального понимания того, каким образом чужеродные организму вещества вызывают возмущения биологических систем и приводят к негативным последствиям для здоровья в целом.
Системная токсикология предлагает прогрессивные подходы к изучению подобных механизмов с помощью целого комплекса аналитических и вычислительных методов. Более того, системная токсикология позволяет находить вещества-биомаркеры и использовать их для более точной оценки безопасности. C ее помощью можно измерить молекулярные изменения на уровне системы в контексте определенного воздействия и выявить причинно-следственную цепочку явлений на молекулярном уровне, связывающих данное воздействие с негативными последствиями для здоровья. Затем строятся математические модели для анализа полученных данных. В результате этого анализа мы узнаем, к чему приводит определенное воздействие на биологические сети, а также строим математические модели для прогнозирования токсикологических процессов.
– Каков коммерческий потенциал системной биологии? Есть ли спрос на ее услуги со стороны бизнеса?
– Безусловно. Коммерческий потенциал системной биологии связан с такими областями, как поиск новых лекарств, персонализированная медицина и оценка токсикологических рисков.
– Каковы основные цели программы стипендий по системной биологии в России?
– Мы хотим дать молодым ученым возможность по-новому посмотреть на биологическую науку и открыть новые знания о том, как работают биологические системы. Наша цель – поддержать становление новых технологий и подходов, необходимых для развития системной биологии, а также помочь формированию международного экспертного сообщества в данной области, чтобы эта новая научная дисциплина смогла эффективно работать на пользу здравоохранения и экологии.
– Почему компания поддерживает программу стипендий по системной биологии в России?
– Поддержка развития высшего образования – один из ключевых принципов корпоративной социальной ответственности нашей компании во всем мире, и в России, в частности. Мы рады внести свой вклад в развитие российской науки, оказывая поддержку молодым российским ученым. Не секрет, что российская научная школа – одна из сильнейших в мире, в стране работают сотни исследовательских организаций, а российские ученые ежегодно становятся авторами множества научных публикаций. Потенциал вашей науки действительно впечатляет. И здесь наши усилия важны для того, чтобы российские ученые имели возможность продолжать заниматься наукой высочайшего уровня.
– Это второй год работы программы стипендий по системной биологии. Каковы результаты первого года?
– Стипендиаты, выигравшие гранты по итогам конкурса в 2016 году, успешно работают над своими научными проектами и достигают целей, намеченных на первый год.
– Если говорить о научных исследованиях ФМИ, насколько они отличаются от независимых исследований?
– Во-первых, ФМИ проводит свои исследования в строгом соответствии с международными стандартами (включая стандарт ИСО 17025, Свод международных требований к лабораторным исследованиям и Свод международных требований к клиническим исследованиям), что регулярно проверяется контролирующими органами. Во-вторых, мы предоставляем полученные результаты соответствующим государственным органам, которые также проверяют наши данные и исследовательские процессы. В-третьих, ФМИ инвестирует в научную деятельность значительные средства, что позволяет нашим специалистам проводить действительно масштабные исследования. И наконец, результаты исследований ФМИ открыты для широкой общественности, поэтому наши научные данные всегда могут быть рецензированы и проверены независимыми исследователями.
– Могут ли коммерческие интересы компании оказывать какое-либо влияние на ваши исследования?
– Направления наших исследований, естественно, определены основными целями, которые ставит перед собой компания. Сегодня у ФМИ амбициозная миссия – мы убеждены, что наше будущее за продуктами без сигаретного дыма, продуктами, которые представляют собой лучшую альтернативу курению. Более того, мы глубоко верим, что такие продукты однажды полностью заменят собой традиционные сигареты.
Поэтому наша работа сосредоточена на развитии инновационных технологий, позволяющих доставлять в организм никотинсодержащий аэрозоль при условии, что содержание токсических веществ, обычно находящихся в сигаретном дыме, будет значительного сокращено или даже устранено полностью. Далее, мы проводим научную оценку продукции с потенциалом к снижению вреда, развивая необходимые для этого новые подходы и методы, а также исследуем биологические механизмы, связанные с вредом, который причиняет курение.
– ФМИ занимается научными исследованиями уже много лет. Когда, по вашим ожиданиям, данные инвестиции окупятся?
– Без серьезных научных исследований и оценки продукции с пониженным риском создать будущее без сигаретного дыма не получится. Поэтому разработка продукции с пониженным риском, такой как IQOS, и доказательство того, что с большой вероятностью эта продукция снижает риски для совершеннолетних курильщиков, имеют решающее значение для достижения нашей амбициозной цели. Как сообщалось на нашей встрече с инвесторами в 2016 году, мы ожидаем, что в 2017 году наш новый продукт выйдет на точку безубыточности, а с 2018 года начнет вносить вклад в операционную прибыль компании.
– По вашему опыту, инвестиции в науку всегда оправдывают себя?
– Да, всегда. Ведь именно благодаря научной работе создаются все новые технологии, которыми наше общество пользуется сегодня.
– Курение вредно для здоровья. До какого предела современная наука может сократить этот вред? И что является основной целью ФМИ в научно-исследовательских изысканиях компании?
– Современная наука позволяет создавать продукцию с пониженным риском, потенциально способную снизить вред для здоровья тех совершеннолетних курильщиков, кто переключился на нее, полностью отказавшись от сигарет. Однако, даже такая продукция не является полностью безвредной, и лучший способ устранить риски, связанные с курением, – это бросить курить.
Эксперты сходятся во мнении, что никотин, пусть и вызывает зависимость, не является основной причиной болезней, связанных с курением. Вред от курения, в первую очередь, связан с токсическими веществами, содержащимися в сигаретном дыме и образующимися в результате горения. При этом температура на конце горящей сигареты может достигать 900 °C. Столь высокая температура провоцирует большое количество химических реакций, в результате чего табак расщепляется на тысячи химических веществ, образующих сигаретный дым. Многие из этих веществ являются вредными и потенциально вредными.
Если же табак не поджигать, а нагревать до температуры около 300 °C или ниже, это приведет к образованию аэрозоля, который не будет является продуктом горения. На подобных низких температурах многие химические реакции, связанные с горением, просто не происходят. Как следствие, в табачном аэрозоле уровень содержания вредных и потенциально вредных веществ гораздо ниже по сравнению с сигаретным дымом.
В настоящее время мы работаем над четырьмя такими платформами – две из них с табаком, а две без. Все они образуют аэрозоль, уровень содержания в котором вредных и потенциально вредных веществ по сравнению с сигаретным дымом значительно снижен. При этом максимально сохраняется вкус, ощущения и ритуал использования, ассоциируемые с сигаретами. Две платформы представляют собой нагреваемые табачные продукты: это уже представленная в России система нагревания табака IQOS, где электрический нагревательный элемент нагревает специальные табачные стики, а также еще одно изделие, где табак нагревается с помощью угольного элемента. Также мы работаем над платформой, в основе которой технология, созданная профессором Джедом Роузом из Университета Дюка, изобретателем никотинового пластыря. Это устройство образует никотинсодержащий аэрозоль в результате химической реакции никотина cо слабой органической кислотой. И, наконец, ведется работа над усовершенствованием уже знакомых потребителю электронных сигарет: мы стремимся создать устройства нового поколения, в которых будет устранен ряд проблем, типичных для такой продукции сегодня.
Отмечу также, что современная наука, а именно системная токсикология, позволяет добиться беспрецедентного уровня детализации в том, что касается оценки рисков наших инновационных продуктов для здоровья по сравнению с обычными сигаретами.
– Каковы ваши основные достижения в ФМИ?
– Я бы назвал три ключевые вещи. Во-первых, развитие научного подхода на базе системной токсикологии и его применение в оценке нашей продукции. Во-вторых, создание sbvIMPROVER.com, краудсорсинговой платформы для независимой проверки наших методов и данных, полученных в ходе исследований. Кроме того, за 9 лет работы в ФМИ я выступил соавтором более 110 научных публикаций, посвященных продукции с пониженным риском.
– Существуют ли независимые исследования на тему, которой вы занимаетесь?
– Мы знаем о нескольких независимых исследованиях, которые проводятся в настоящее время, но надеемся, что в будущем таких исследований будет больше. Мы приветствуем подобные изыскания, так как они имеют огромное значение для наших целей в отношении продукции с пониженным риском.
– Вы много лет работали в фармацевтической промышленности. Есть ли разница в подходе к научным исследованиям в фарме и в табачной промышленности?
– В целом, многоступенчатый подход ФМИ к научной оценке продукции основан на практиках, уже много лет применяемых в фармацевтической отрасли. Я бы сказал, что основная разница между исследованиями в фармацевтике и теми, что проводит ФМИ, заключается в основополагающих целях. Мы занимаемся разработкой продукции, призванной стать менее вредной альтернативой сигаретам, и тем самым снизить негативное влияние табака на общественное здоровье. В свою очередь, фармацевтические компании занимаются разработкой и оценкой продукции, предназначенной для лечения заболеваний.