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:
«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.
– 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.
– 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?
– 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.
Н. 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.
