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

Вести из лабораторий и экспедиций Вести из лабораторий и экспедиций

Влияние оленей на климат и древнейшая находка орхидейного дерева

Наука и жизнь
Десять самых диких фактов об алкоголе Десять самых диких фактов об алкоголе

Тема алкоголя бездонна и не перестает нас удивлять, восхищать и ужасать

Maxim
Есть ли жизнь на Марсе? Есть ли жизнь на Марсе?

Пройдемся по имеющимся фактам в вопросе о жизни на Марсе

Наука и техника
Чуть не застрелила любовника и умерла в унитазе: грешная жизнь самой ревнивой женщины Голливуда Лупе Велес Чуть не застрелила любовника и умерла в унитазе: грешная жизнь самой ревнивой женщины Голливуда Лупе Велес

Чем запомнилась Лупе Велес?

VOICE
Чуковский. Версия для взрослых Чуковский. Версия для взрослых

О самом тиражируемом и самом недооцененном русском литераторе

СНОБ
От Дании до Японии: пять главных коронаций монархов Европы и Азии за последние 50 лет От Дании до Японии: пять главных коронаций монархов Европы и Азии за последние 50 лет

Яркие церемонии восшествия на престол и пять действующих правителей

Forbes
Как эволюционная случайность навсегда изменила мозг человека: один шанс на миллион Как эволюционная случайность навсегда изменила мозг человека: один шанс на миллион

Почему ДНК людей за короткий эволюционный промежуток времени вдруг изменилась?

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
«Моя жизнь: до изгнания»: читаем фрагмент автобиографии художника Михаила Шемякина «Моя жизнь: до изгнания»: читаем фрагмент автобиографии художника Михаила Шемякина

Шесть небольших глав книги Михаила Шемякина «Моя жизнь: до изгнания»

Правила жизни
Они дома: почему спортсмены не спешат уходить из ЦСКА ради Олимпиады Они дома: почему спортсмены не спешат уходить из ЦСКА ради Олимпиады

Почему атлеты самовольно отказываются от международной карьеры

Forbes
Как открыть свое сердце: советы Илсе Санд Как открыть свое сердце: советы Илсе Санд

Почему мы находим тысячу аргументов, чтобы не сокращать дистанцию?

Psychologies
Гегемон пришел: как «Зенит» превратился в самый успешный клуб России Гегемон пришел: как «Зенит» превратился в самый успешный клуб России

История превращения «Зенита» из команды второй лиги в гегемона элитной лиги

Forbes
Зеленая мечта идиота Зеленая мечта идиота

Если вы мечтали владеть старой отечественной машиной – вам сюда

Автопилот
Что символизируют животные в русских сказках? Что символизируют животные в русских сказках?

Сказки о животных считаются самым древним видом народных сказок

Культура.РФ
Японская философия «ваби-саби»: как принять несовершенство мира Японская философия «ваби-саби»: как принять несовершенство мира

Как же перестать гнаться за идеалами и начать жить здесь и сейчас?

Psychologies
Как рассчитать расход топлива, от чего он зависит и можно ли сэкономить Как рассчитать расход топлива, от чего он зависит и можно ли сэкономить

Можно ли сэкономить на заправке и что влияет на расход топлива?

РБК
7 признаков избегающего стиля привязанности 7 признаков избегающего стиля привязанности

Психологи называют семь признаков избегающего стиля привязанности

Psychologies
Бывший муж не хочет общаться с ребенком после развода: как быть? Бывший муж не хочет общаться с ребенком после развода: как быть?

Что делать, если бывший муж отказывается от встреч с ребенком

Psychologies
Не надо бояться: как фигуристка выиграла медаль через 3 месяца после удаления опухоли Не надо бояться: как фигуристка выиграла медаль через 3 месяца после удаления опухоли

История Пайпер Гиллес, которая не стала чемпионкой мира, но добилась большего

Forbes
«Бремя современности»: почему общество считает поведенческие зависимости опасными «Бремя современности»: почему общество считает поведенческие зависимости опасными

Почему стигматизация мешает людям с зависимостью справиться с ней

Forbes
Две группы физиков смоделировали неабелевы энионы на квантовых компьютерах Две группы физиков смоделировали неабелевы энионы на квантовых компьютерах

Опубликованы результаты по симуляции неабелевых энионов на квантовом процессоре

N+1
Как Варвара Кашеварова-Руднева стала врачом, несмотря на запреты и травлю Как Варвара Кашеварова-Руднева стала врачом, несмотря на запреты и травлю

К женщинам-врачам в Российской империи относились с откровенным предубеждением

Forbes
Газовые обогреватели для дома и дачи: как устроены и какой выбрать Газовые обогреватели для дома и дачи: как устроены и какой выбрать

Что нужно знать при выборе газового обогревателя?

CHIP
Кенгуру затоптали Австралию. Экологи призывают к жестким мерам по сдерживанию роста популяции Кенгуру затоптали Австралию. Экологи призывают к жестким мерам по сдерживанию роста популяции

Почему экологи призывают разрешить отстрел кенгуру

ТехИнсайдер
Ультратонкая электронная татуировка помогает выявить проблемы с сердцем и сосудами Ультратонкая электронная татуировка помогает выявить проблемы с сердцем и сосудами

Новые способы диагностики сердечно-сосудистых заболеваний приветствуются всегда

ТехИнсайдер
Позднее избавление от врожденной слепоты не помогло ловко хватать предметы Позднее избавление от врожденной слепоты не помогло ловко хватать предметы

У людей, вылеченных от врожденной слепоты, плохо развивается левкость

N+1
Зоопарки России Зоопарки России

К Дню защиты детей сделали подборку лучших зоологических садов

Лиза
Нескучный сад: как устроена работа крупнейшего в Европе цветочного парка Нескучный сад: как устроена работа крупнейшего в Европе цветочного парка

Андре Бейк рассказал, как стал садовником в парке цветов Кёкенхоф в Лиссе

Вокруг света
Самые высокооплачиваемые спортсмены мира в возрасте до 25 лет — 2023 Самые высокооплачиваемые спортсмены мира в возрасте до 25 лет — 2023

Пять представителей в рейтинге самых высокооплачиваемых спортсменов мира до 25

Forbes
Следствие ведут биохимики Следствие ведут биохимики

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

ТехИнсайдер
Открыть в приложении