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

Остановись, мгновенье Остановись, мгновенье

Спустя 2500 лет атлет остается одним из самых мощных образов в истории искусства

Вокруг света
Нейросеть от Meta узнает 4017 языков по устной речи и ответит на 1107 из них Нейросеть от Meta узнает 4017 языков по устной речи и ответит на 1107 из них

Компания Meta выпустила языковую модель, которая понимает устную речь

N+1
Можно ли приручить землетрясение? Можно ли приручить землетрясение?

Что мы знаем о землетрясениях?

Наука и жизнь
Отмыть термос внутри — легко! Невероятно простой способ избавиться от чайного налета Отмыть термос внутри — легко! Невероятно простой способ избавиться от чайного налета

Убираем запах и налет из термоса

ТехИнсайдер
История купальника: как борьба за право раздеться привела к обратному результату История купальника: как борьба за право раздеться привела к обратному результату

Раньше женщинам запрещали раздеваться, а теперь — одеваться

Forbes
Ильдар Абузяров: «Корабль Тесея. Черно-белый роман» Ильдар Абузяров: «Корабль Тесея. Черно-белый роман»

Отрывок из книги «Корабль Тесея. Черно-белый роман» Ильдара Абузярова

СНОБ
А были ли деревни? А были ли деревни?

Как возник миф о потёмкинских деревнях?

Дилетант
Как наши достоинства превращаются в недостатки: 3 примера Как наши достоинства превращаются в недостатки: 3 примера

Три примера того, как достоинства могут превращаться в недостатки

Psychologies
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
Враг рабства, исследователь Африки и «певец» британской исключительности: как вошел в историю Давид Ливингстон Враг рабства, исследователь Африки и «певец» британской исключительности: как вошел в историю Давид Ливингстон

Кто такой и чем прославился Давид Ливингстон

Вокруг света
Экспериментальный препарат защитил мозг мышей от ВИЧ-инфекции Экспериментальный препарат защитил мозг мышей от ВИЧ-инфекции

Молекула преодолела гематоэнцефалический барьер

N+1
«Энергетические вампиры»: как от них защититься? «Энергетические вампиры»: как от них защититься?

Существуют люди, которые будто высасывают из нас радость. Откуда они берутся?

VOICE
Каково это — быть мазохистом: откровения хозяйки секретного места встреч Каково это — быть мазохистом: откровения хозяйки секретного места встреч

Что заставляет людей отправляться в специальные клубы, где над ними издеваются?

Psychologies
«Я играю стерву. Любите ее и ненавидьте!»: Мария Горбань раскрыла секреты сериала «Звездный суд» «Я играю стерву. Любите ее и ненавидьте!»: Мария Горбань раскрыла секреты сериала «Звездный суд»

Мария Горбань сыграла вместе с Максимом Лагашкиным в комедийном сериале

VOICE
Молодое поколение этого не знает! Вот как Битлз изменили мир музыки Молодое поколение этого не знает! Вот как Битлз изменили мир музыки

Как Битлз завоевали сердца не только слушательниц, но и аудиофилов

ТехИнсайдер
Инструктаж от стилиста: как выбрать платье на лето, чтобы спрятать животик Инструктаж от стилиста: как выбрать платье на лето, чтобы спрятать животик

Фасоны платьев, в которых ты будешь чувствовать себя отлично и уверенно

VOICE
И снова здравствуйте: что не так с новым фильмом Уэса Андерсона «Город астероидов» И снова здравствуйте: что не так с новым фильмом Уэса Андерсона «Город астероидов»

Почему громкое имя и звездный каст не спасут новый проект Уэса Андерсона

Правила жизни
Чтение выходного дня: фрагменты из книги «Типа панки. Опыты индивидуализма и неподчинения в СССР» Миши Бастера Чтение выходного дня: фрагменты из книги «Типа панки. Опыты индивидуализма и неподчинения в СССР» Миши Бастера

Несколько ярких отрывков из книги «Типа панки» Миши Бастера

Правила жизни
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
Нейросеть получила удобный интерфейс редактирования изображений Нейросеть получила удобный интерфейс редактирования изображений

Ученые создали инструмент для редактирования объектов на изображении

N+1
Матрёшка на максималках. Всё, что нужно знать о Mazda CX-30 Матрёшка на максималках. Всё, что нужно знать о Mazda CX-30

Какой получилась Mazda CX-30

4x4 Club
«Меня ударили деньгами по лицу»: как беженец из Камеруна меняет правила в ММА «Меня ударили деньгами по лицу»: как беженец из Камеруна меняет правила в ММА

Почему соглашение Фрэнсиса с PFL может изменить правила игры в ММА

Forbes
Ликвидный стекинг: как устроена схема для зарабатывания фантомных денег Ликвидный стекинг: как устроена схема для зарабатывания фантомных денег

Что такое стекинг и чем эти токены необычны?

Forbes
Как в России ввели сухой закон во время мобилизации и что из этого вышло Как в России ввели сухой закон во время мобилизации и что из этого вышло

Кажется, что на Руси пили всегда. Но вообще-то нет!

Maxim
Хоопонопоно: как работает гавайский метод принятия и прощения — меняя мир, начните с себя Хоопонопоно: как работает гавайский метод принятия и прощения — меняя мир, начните с себя

Каждый из нас — часть большого мира, а большой мир живет в каждом из нас

Psychologies
Генетики обнаружили древнейших зараженных чумой в Британии Генетики обнаружили древнейших зараженных чумой в Британии

ДНК бактерий нашли в зубах трех человек, живших около четырех тысяч лет назад

N+1
Как переделать старый «Мерседес» в новый? Как переделать старый «Мерседес» в новый?

Несколько интересных переделок Mercedes

ТехИнсайдер
Надо было просто умножить на 20: как ученые разгадали секрет «космического» календаря майя Надо было просто умножить на 20: как ученые разгадали секрет «космического» календаря майя

Ученые увидели, что древний календарь майя отражает синодические периоды планет

Вокруг света
Подвеска евразийки Подвеска евразийки

Как из костяного украшения вытащили ДНК его владелицы

N+1
Романтические маршруты Романтические маршруты

Топ-5 мест для путешествия с любимым

Лиза
Открыть в приложении