Интервью с человеком, который занимается исследованиями биолюминесценции

Наука и жизньНаука

В поисках формулы живого света

Кандидат физико-математических наук Максим Дубинный, старший научный сотрудник лаборатории биомолекулярной ЯМР-спектроскопии И Института биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН. Беседу ведёт Наталия Лескова

Светящиеся личинки Arachnocampa luminosa, Новая Зеландия. Фото: Jacqui Geux/www.inaturalist.org/CC BY 4.0

аксим Анатольевич, вы занимаетесь исследованиями биолюминесценции. Чем эта тема привлекла вас?

— Исследование биолюминесценции — это работа трёх научных групп, в кооперации. Биологи находят организмы, которые светятся, и пытаются из них что-то достать, химики-аналитики должны понять, что это за вещество, а задача химиков-синтетиков — синтезировать это вещество в лаборатории. Я как раз химик-аналитик, то есть человек, которому можно принести неизвестно что в пробирке и задать вопрос: «А что там?»

Аналитических методов, которые позволяют определить пространственную структуру вещества, у нас не так уж много: есть ЯМР-спектроскопия, есть рентгеноструктурный анализ. Рентгеноструктурный анализ используют, если удалось закристаллизовать молекулу. А ЯМР (ядерный магнитный резонанс. — Прим. ред.) работает, если есть чистое вещество в достаточных количествах. Как показывает мой опыт, достаточно десятков микрограммов чистой материи, чтобы было о чём говорить.

Чтобы измерить ЯМР-спектр, образец помещают в стеклянную ампулу. Фото Наталии Лесковой

В 2012 году мне впервые принесли пробирку, в которой находилось что-то из светящихся червяков. Там было очень мало вещества, я чуть не разбил пробирку, и это «что-то» чуть не вылилось на пол. Но снял спектр и после некоторых сложностей «нарисовал» формулу. Когда, глядя на спектры, прикидываешь формулу, то в чём-то уверен, а в чём-то нет. Поэтому дальше в работу вступают химики, которые по картинке, которую я набросал, пытаются это вещество получить и проверить, будет ли оно в какой-то тест-системе светиться.

Сейчас я руководитель гранта РНФ (Российского научного фонда. — Прим. ред.) по биолюминесцентной системе Henlea sp. Началась эта работа с того, что мои коллеги из Красноярска, из Института биофизики Сибирского отделения РАН Валентин Петушков и Наталья Родионова обнаружили в Сибири светящихся червей, описали их и отправили в Италию ведущему специалисту в области зоологии почвенных червей Эмилии Рота (Emila Rota). Она ознакомилась с образцами и дала латинское название по фамилиям первооткрывателей. Теперь эти черви так и называются: один вид — Henlea petushkovi, другой — Henlea rodionovae1.

1 Rota E., Martinsson S., Erséus C. Two new bioluminescent Henlea from Siberia and lack of molecular support for Hepatogaster (Annelida, Clitellata, Enchytraeidae), Org. Divers. Evol. 18 (2018) 291—312.

— Это почётно, когда в честь тебя называют червей?

— Это круто! Валентин и Наталья годами собирали этих червей. В Сибири, кстати, было два вида светящихся червей: Fridericia и Henlea. Они очень похожи, одни побольше, другие поменьше. Поначалу даже какие-то эксперименты не получались, один человек делает — светится, другой делает — не светится. Почему? Потому что кто-то брал червяков пожирнее, и у них одна система биолюминесценции, а другой выбирал помельче, а там другая система. Тоже какое-то время потратили, чтобы посмотреть внимательнее и убедиться, что это разные черви.

Максим Анатольевич Дубинный. Фото Наталии Лесковой

— Системы биолюминесценции отличаются даже внутри вида?

— Внутри вида они обычно одинаковые, а выше по классификации — разные. Сейчас биолюминесцентных систем в мире известно от 30 до 50. При этом опубликовано химических структур люциферинов только десять, из них три — работы нашего института, а все остальные — очень старые, последняя, по-моему, 1987 года. Такие публикации вообще появляются очень редко, потому что открытие биолюминесцентных систем — огромный труд и большое событие в науке.

— Зачем эти организмы светятся? Черви — они ведь под землёй живут, их там всё равно никто не видит. Это лишние энергозатраты, им, казалось бы, ненужные, — а они светятся.

— Зачем светятся эти черви, мы не знаем. Наша задача — понять, как это свечение возникает и попытаться его использовать. Путём больших усилий мы можем извлечь молекулы, которые светятся, и ферменты, которые этот процесс катализируют, провести реакцию в пробирке, убедиться, что мы всё поняли правильно и сумели воспроизвести. Тогда можно сказать, что мы выяснили механизм биолюминесценции. Дальше нужно химически синтезировать люциферин, генетически получить фермент люциферазу — то есть взять ген и экспрессировать в подходящей системе2. И в итоге у нас в руках окажется новая аналитическая «штучка» — система, которая при определённых условиях будет давать свет.

2 «Экспрессировать ген в подходящей системе» означает методами генетической инженерии перенести изучаемый ген в организм, который сможет синтезировать большое количество белка, кодируемого этим геном. Обычно таким «белковым заводом» оказывается специализированный бактериальный штамм. Под системой подразумевается не только сама бактерия, но и та генетическая конструкция, которая позволит ввести чужеродный ген в бактериальную клетку и управлять его активностью.

— Чтобы использовать вместо фонарика?

— Скорее, как чувствительный «маячок», световой сигнал. Биолюминесценция очень эффективна в тест-системах. Её легко детектировать: нужен прибор со светонепроницаемой камерой и фотоэлектронным умножителем. Фотоумножитель чувствует гораздо более слабое свечение, чем можно увидеть глазом. Буквально считаные молекулы испустили по фотону, а детектор уже регистрирует сигнал.

Но такие системы очень сложно открывать. Вот нашли червяков, взяли одного, даже сумели воспроизвести что-то в пробирке, а с одного червяка люциферина для анализа мало. Например, для системы Fridericia heliota Валентин и Наталья перебирали около пятидесяти тысяч червяков. Возили мешки земли из тайги. Их там кусали комары, но каждый сезон они привозили мешки, а потом перебирали, выделяли отдельных червячков, замораживали. Девяносто граммов червяков — пять микрограммов люциферина. Это титанический труд, к нему мало кто готов. Но тот факт, что с пятью микрограммами мы получаем очень яркое свечение, позволяет нам сделать чувствительный аналитический метод.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Контрибуция за победу Контрибуция за победу

Уникальный случай в истории, когда победитель компенсировал проигравшему ущерб

Дилетант
«Смартфон-фейс»: как в Сети распознают актрис, не подходящих для ролей в историческом кино «Смартфон-фейс»: как в Сети распознают актрис, не подходящих для ролей в историческом кино

«Смартфон-фейс» — может ли актриса убедительно изобразить женщину другой эпохи

VOICE
«Кладовые солнца» калужской земли «Кладовые солнца» калужской земли

Болота. Много или мало их в России?

Наука и жизнь
Ген тревожности: найден способ избавиться от панических атак на молекулярном уровне Ген тревожности: найден способ избавиться от панических атак на молекулярном уровне

Новое открытие поможет создать лекарства от тревожных расстройств и ПТСР

Вокруг света
13 лучших комедий эпохи видеокассет 13 лучших комедий эпохи видеокассет

Вспоминаем фильмы, на которых выросли все современные комики

Maxim
Следствие ведут биохимики Следствие ведут биохимики

Здесь хранятся уникальные артефакты, связанные с событиями последних веков...

ТехИнсайдер
Поражающая способность Чернобыля: что такое ионизирующее излучение и можно ли бороться с последствиями его воздействия Поражающая способность Чернобыля: что такое ионизирующее излучение и можно ли бороться с последствиями его воздействия

Явление, которое называют «радиацией», несет две главные угрозы для здоровья

Вокруг света
Эксперты назвали смартфоны, которые излучают сильнее всего Эксперты назвали смартфоны, которые излучают сильнее всего

Стоит ли опасаться своего смартфона?

ТехИнсайдер
Астрономы наконец выяснили, что скрывается внутри Луны Астрономы наконец выяснили, что скрывается внутри Луны

Внутреннее ядро Луны на самом деле представляет собой твердый шар

ТехИнсайдер
«Началось брожение, но работало оно не так, как на Западе» «Началось брожение, но работало оно не так, как на Западе»

Как протестовала советская молодежь, почему в СССР не было студенческих волнений

Weekend
Кто сделал первый в мире автомобиль с аэродинамическим кузовом? Кто сделал первый в мире автомобиль с аэродинамическим кузовом?

В 1923-м, появились первые в мире автомобили, созданные с учетом аэродинамики

Maxim
Жесткие против гибких Жесткие против гибких

Sunreef запатентовала технологию интеграции гибких панелей в композитный корпус

Y Magazine
Что носить в конце весны: 5 идей от героев стритстайла Что носить в конце весны: 5 идей от героев стритстайла

Модные приемы, которые одинаково подойдут и мужчинам, и женщинам

Правила жизни
Динозавр с Дикого запада: посмотрите на ящера с клювом, которого не смогли классифицировать ученые Динозавр с Дикого запада: посмотрите на ящера с клювом, которого не смогли классифицировать ученые

Палеонтологи обнаружили нового ринхозавра

Вокруг света
Почему гималайская соль считается полезной: правда или миф Почему гималайская соль считается полезной: правда или миф

Стоит ли вам поменять свою соль?

ТехИнсайдер
Слайд-шоу Слайд-шоу

Космические корабли, инновационные мотоциклы и складные дома

ТехИнсайдер
Как сладкая газировка вредит здоровью? Стоит узнать! Как сладкая газировка вредит здоровью? Стоит узнать!

При чрезмерном употреблении сахар может отрицательно сказаться на благополучии

ТехИнсайдер
Умерла после тяжелой болезни 28-летняя звезда сериала «Телекинез» Саманта Вайнштейн Умерла после тяжелой болезни 28-летняя звезда сериала «Телекинез» Саманта Вайнштейн

Саманта Вайнштейн ушла из жизни в Торонто

VOICE
Передать нельзя оставить: чем NASA обидело команду New Horizons Передать нельзя оставить: чем NASA обидело команду New Horizons

Почему одни хотят перейти к гелиофизике, а другие не готовы бросать пояс Койпера

N+1
Институт благородных девиц: зачем нужны школы с раздельным обучением Институт благородных девиц: зачем нужны школы с раздельным обучением

Разбираемся во всех «за» и «против» по поводу раздельного обучения в школах

Forbes
«Дипломатка»: история о женщине, которая способна решать мировые кризисы «Дипломатка»: история о женщине, которая способна решать мировые кризисы

Что делает историю о дипломатических интригах в лондонских кабинетах интересной

Forbes
Необычный кросс длиною в жизнь: Юрий Никулин в цирке, кино и на войне Необычный кросс длиною в жизнь: Юрий Никулин в цирке, кино и на войне

Он был и навсегда остался человеком, который мечтал нести в мир улыбки и смех

СНОБ
Направленная эволюция: ученые сделали колонии дрожжей в 20 000 раз крупнее и в 10 000 раз прочнее Направленная эволюция: ученые сделали колонии дрожжей в 20 000 раз крупнее и в 10 000 раз прочнее

Ученые проводят долгосрочный эксперимент по эволюции в лабораторных условиях

ТехИнсайдер
Пространство для рефлексии о прошлом: как Лидия Лобанова развивает Музей криптографии Пространство для рефлексии о прошлом: как Лидия Лобанова развивает Музей криптографии

Как говорить о современных технологиях и неудобном прошлом с разными возрастами

Forbes
ИИ может расшифровать, что слышит и видит мозг, и превратить в поток текста ИИ может расшифровать, что слышит и видит мозг, и превратить в поток текста

Ученые разработали систему ИИ, которую они назвали «семантическим декодером»

ТехИнсайдер
Нью-Йорк уходит под воду! Вот что нужно знать о будущем знаменитого города Нью-Йорк уходит под воду! Вот что нужно знать о будущем знаменитого города

Нью-Йорк буквально тонет, — и все из-за его небоскребов

ТехИнсайдер
Возрастная забывчивость или болезнь Альцгеймера: когда пора бить тревогу — 5 примеров из жизни Возрастная забывчивость или болезнь Альцгеймера: когда пора бить тревогу — 5 примеров из жизни

Как понять, что пора беспокоиться об изменениях памяти ваших пожилых близких?

Psychologies
Перезагрузка Перезагрузка

Проверь, каких витаминов тебе не хватает

Лиза
Почему негативные эмоции и поступки невозможно скрыть — ни от себя, ни от окружающих Почему негативные эмоции и поступки невозможно скрыть — ни от себя, ни от окружающих

Люди в большинстве своем считывают то, как мы относимся к ним

Psychologies
Анализ скопившегося за 2200 лет гуано указал на смену рациона андских кондоров Анализ скопившегося за 2200 лет гуано указал на смену рациона андских кондоров

Ученые реконструировали историю андских кондоров

N+1
Открыть в приложении