Да будет свет! Как красноярские ученые совершают мировые открытия

Да будет свет! Как красноярские ученые совершают мировые открытия

О том, как биолюминесценция – излучение света живыми организмами – помогает определять токсичность почвы или наличие в крови вируса энцефалита, мы уже писали. Но это лишь сотая доля тех открытий, что совершили в данной области ученые. Человеку, далекому от науки, быть может, не совсем ясно, зачем столь дотошно изучать природные механизмы «свечения» и даже присуждать за такую работу Нобелевскую премию (это произошло в 2008 году). Каждая открытая структура – потенциально новый инструмент для медицины, экологии и ряда других отраслей. Уже сейчас флуоресцентный белок используют в создании новых лекарств.

Несколько лет назад в Красноярск приезжал тот самый нобелевский лауреат – Осаму Шимомура. Его последующий отзыв о работе наших ученых многократно цитировали специализированные ресурсы:

Фото из архива ученых«Я уверен, в области химии биолюминесценции исследователи вашей группы имеют самые высокие в мире стандарты и будут занимать ведущее место в мире».

Дело в том, что из девяти известных в мире люциферинов два были открыты в Красноярске – в 2014 и 2015 годах. Это серьезный прорыв – последние 25 лет никто в мире аналогичного результата добиться не смог. Об открытиях и о том, что должно поменяться в российской науке для того, чтобы их стало больше, мы беседовали с кандидатами биологических наук Валентином ПЕТУШКОВЫМ и Натальей РОДИОНОВОЙ из лаборатории фотобиологии Института биофизики СО РАН.

– В 2015 году был определен люциферин (строение молекулы) грибов. Чуть раньше вы определили структуру люциферина червей. Насколько большая работа предшествовала этому открытию?

Валентин Петушков:

– Изначально предметом научного интереса была бактериальная люминесценция. Меня пригласили поработать в США для изучения флуоресцентного белка, потом после недолгого перерыва были Голландия, Швеция. Когда я вернулся сюда, нужно было выбрать новое направление исследований. Нашли его случайно: еще в студенчестве на биостанции КГУ ночью я заметил светящиеся точки под ногами. Свет излучали крошечные черви. Но особого значения я тогда этому не придал: был уверен, что специалисты все уже описали. Оказалось, наоборот – никто ничего не знает. Приглашенный эксперт сделал вывод, что это совершенно новый вид. Наша задача была выделить данную систему и воспроизвести свечение в пробирке. Для этого надо было выделить фермент – люциферазу и субстрат – люциферин (молекулу, которая, окисляясь, обеспечивает реакцию энергией), смешать их и получить люминесценцию. Это очень трудоемкая работа – одна особь всего полтора сантиметра длиной и весом около двух миллиграммов. В одном грамме биомассы люциферина всего 0,1 микрограмма. В лабораторных условиях черви размножаться отказывались. Пришлось три года подряд ездить в тайгу и поштучно собирать червей по свечению, отмывать и накапливать для экспериментов.

Ученые– Почему они светятся?

В. П.:

– Пока это совершенно непонятно. Фридериции (Fridericia heliota – такое название получил новый вид) – это вариант дождевого червя. Они слепые, друг друга не видят – зачем им это? Разные биологические виды используют биолюминесценцию по-разному. Некоторые насекомые – для поиска партнера. Есть рачки, которые выпускают светящуюся жидкость в тот момент, когда чувствуют, что за ними охотятся. Рыбы-удильщики, наоборот, приманивают жертв на свечение «фонарика» вокруг пасти – ее потом надо просто захлопнуть. Они даже не плавают – просто сидят на дне и ждут.

В процессе исследования червей мы разделили их люминесцентную систему на фермент и субстрат.

Наталья Родионова:

– Когда приезжал Шимомура, он вначале усомнился, что мы идем верным путем. Полагал, что нужно выделить вещество и потом изучать его. Мы же, зная, что люциферина крайне мало, начали выделять компоненты, похожие на люциферин, его аналоги. Валентин Николаевич предположил: если вещества похожи по свойствам, они будут сходны и по структуре.

В. П.:

– Оказалось, так и есть – ядро у всех аналогов было общим, и нам осталось лишь определить, что представляют собой фрагменты молекулы люциферина. Такой подход значительно облегчил задачу – конечного вещества для исследования понадобилось всего пять микрограммов, а в среднем требуется 100. Это значительно ускорило работу. После установления структуры московские коллеги синтезировали четыре разных варианта люциферина. Один из них оказался верным – засветился в реакции.

Фото из архива ученых– Это исследование может иметь прикладную ценность?

Н. Р.:

– Изученная нами система – конкурент «светлячковой» люминесцентной системы. Там также участвует АТФ – «энергетическая валюта» любого процесса в организме. То есть мы можем отслеживать фактически любую реакцию в организме через люминесценцию. Это может использоваться в качестве реактива с высокой степенью чувствительности. Например, в медицине или биологии требуется такой мониторинг малоизвестных или патологических процессов жизнедеятельности. Но у нашей системы есть преимущества: люциферин фридериции прост в химическом синтезе, нетоксичен и химически устойчив.

Этот прорыв в биолюминесценции случился благодаря мегагранту, который СФУ получил в 2011–2013 годах на создание лаборатории биолюминесцентных биотехнологий. Наша маленькая команда смогла приобрести хроматограф, все необходимые реактивы. Образовалась эффективная кооперация с москвичами из ИБХ РАН, появилась возможность использовать их приборный парк. И они тоже были очень заинтересованы в совместной работе. Мегагрант уже закончился, а мы продолжаем работать вместе, и очень результативно – это видно по публикациям в высокорейтинговых журналах.

– В зарубежных лабораториях были другие условия?

Валентин Петушков– Там основные плюсы – это отличное финансирование и оперативность. Если что-то необходимо ученому для исследования – оборудование или реактивы, – он получит это сразу в этот же день, максимум – через неделю. У нас здесь с этим проблема: пока выпишем нужный реактив, пока получим – может пройти несколько месяцев! Иногда прибегаем к помощи сотрудников нашей лаборатории, сейчас работающих в США.

Хорошо, что сейчас у нас есть возможность получения грантов: в 90-х годах и такого не было. Сейчас все реактивы, расходные материалы и приборы мы приобретаем за счет средств грантов. Когда у нас не было денег на импортный люминометр, наши друзья, инженеры из фирмы при Институте физики, сделали нам отличный прибор за 50 тысяч рублей. Люминометр такого класса импортного производства стоит в десять раз дороже. С учетом курса доллара стоимость возросла еще больше. Колебания сказались и на стоимости реактивов. Вот, например, цена одного из них еще прошлой весной была 7 тысяч рублей, а сейчас выросла до 50 тысяч. Почему – совершенно неясно. Даже с учетом курса валют это слишком много.

– Три года назад было создано Федеральное агентство научных организаций. Что для вас поменялось?

В. П.:

– Новая система позволяет тратить средства гранта на необходимые нужды без долгих бюрократических согласований. Вот мы выиграли грант Российского фонда фундаментальных исследований. Мне просто перевели средства на банковскую карту, которой я могу расплачиваться, приобретать оборудование как физическое лицо. Конечно, мы храним все чеки для отчетности. Но эта система неизмеримо удобнее. Раньше деньги переводили на счет института, нужно было идти в магазин, брать договор поставки, согласовывать его с юристами с обеих сторон, возможно, еще что-то исправлять в нем, идти снова. И так в каждом магазине и в каждой фирме.

Фото из архива ученыхН. Р.:

– Говорят, что меньше стало бюрократии, но мы не заметили. Требуется писать планы вперед на три-пять лет и указывать, сколько мы открытий сделаем, сколько статей напишем. Как это возможно заранее предсказать в науке? Мы можем написать только о том, над чем собираемся работать в этот период, а не предсказывать результаты. Или вот ставится задача увеличить количество научных статей. Не хочется сводить это к гонке за публикациями. К примеру, в этом году мы должны сдать семь статей. Но это практически нереально. Либо мы пишем две большие весомые статьи в высокорейтинговые, мировые, очень крупные журналы, куда нелегко пробиться. Либо мельчим их и посылаем в мелкие издания, которые мало кто читает, у которых и импакт-фактора (показателя значимости научных журналов, индекс цитируемости их статей. – Ред.) почти нет.

– Но все равно изменения к лучшему заметны?

Н. Р.:

– Мне нравится, что сейчас много средств привлекается для популяризации науки, организуются научные фестивали. Только этой осенью в Красноярске было и «Нулевое сентября», и «NAUKA 0+». Приходили не только взрослые, студенты, но и школьники. У них просто глаза горели, когда они слушали ученых. Задавали массу вопросов, тянулись все потрогать своими руками. Я очень надеюсь, что к тому времени, когда эти заинтересованные дети придут в науку, многое поменяется в лучшую сторону. И уезжать из страны им не придется. Что касается нас, мы будем продолжать наши исследования в любом случае, сколько бы нам ни платили. Потому что нам это интересно.

Читать все новости

Видео

Фоторепортажи

Также по теме

Без рубрики
29 марта 2024
Работаем на благо нашей общей Победы!
Команда проекта Общественной палаты Красноярского края «ИZ Сибири – сынам России» в очередной раз доставила гуманитарный груз в зону спецоперации.
Без рубрики
29 марта 2024
Скорпионы в головах
Сколь бы правдоподобно ни выглядели экспертные и народные версии, которыми обрастает расследование теракта в Красногорске, лучше все-таки дождаться первых официальных результатов и попутно
Без рубрики
29 марта 2024
Общая боль
Нет сейчас в России человека, которого не потрясло бы нападение террористов на мирных граждан, пришедших в пятничный вечер на концерт