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

Переговоры между военными делегациями КНДР и Республики Корея Переговоры между военными делегациями КНДР и Республики Корея

Пханмунчжом, 1983 год

Дилетант
Правда ли, что соль для ванн может влиять на здоровье Правда ли, что соль для ванн может влиять на здоровье

Работает ли на самом деле соль для ванн?

ТехИнсайдер
Анатомия преступления Анатомия преступления

Что могут рассказать насекомые, отпечатки пальцев и ДНК

kiozk originals
«Оттепель: Действующие лица» «Оттепель: Действующие лица»

Биографические очерки о писателях, издателях, филологах и чиновниках эпохи

N+1
Часы вместо компаса Часы вместо компаса

Показываемое часами время связано с положением Солнца

Наука и жизнь
От Комсомольца и Большевика до Октябрьской революции: 10 самых больших островов России От Комсомольца и Большевика до Октябрьской революции: 10 самых больших островов России

Десять крупнейших островов России

Вокруг света
Охота на ведьм: за что женщин отправляли на костры и причем тут рыжие и красивые Охота на ведьм: за что женщин отправляли на костры и причем тут рыжие и красивые

За что невинных женщин бросали в темницы, пытали и сжигали на кострах

Forbes
Отступление авангарда Отступление авангарда

Как Николай Суетин и Илья Чашник оказались молодыми художниками не вовремя

Weekend
Американская комиссия по расследованию НЛО отчиталась о проделанной работе: названы характеристики неопознанных объектов Американская комиссия по расследованию НЛО отчиталась о проделанной работе: названы характеристики неопознанных объектов

Пока не выявлено ничего, что могло бы свидетельствовать о внеземной активности

ТехИнсайдер
Почему футболисты получают так много денег? Почему футболисты получают так много денег?

Почему футболисты так много зарабатывают? Объяснение от банка Великобритании

Maxim
7 изматывающих и бессмысленных привычек, которые есть почти у каждого 7 изматывающих и бессмысленных привычек, которые есть почти у каждого

Семь вредных привычек, которые могут высасывать из вас энергию

Maxim
Волки, зараженные этим паразитом, многократно повышают свои шансы стать вожаками стаи Волки, зараженные этим паразитом, многократно повышают свои шансы стать вожаками стаи

Заражение паразитом повышает вероятность того, что волки станут вожаками

ТехИнсайдер
Мелочь, а приятно Мелочь, а приятно

11 важных деталей в доме, которые никогда не выйдут из моды

Лиза
Шевелить мозгами: какое будущее у нейроинтерфейсов и инвестиций в это направление Шевелить мозгами: какое будущее у нейроинтерфейсов и инвестиций в это направление

О рисках и перспективах применения технологий нейроинтерфейсов

Forbes
Сожалеют ли люди об измене в браке? Кажется, нет! А вы? Сожалеют ли люди об измене в браке? Кажется, нет! А вы?

Неверный своей второй половинке человек выражает мало раскаяния

ТехИнсайдер
Попугаи научились звонить сородичам по видеосвязи — и вот как это изменило домашних птиц Попугаи научились звонить сородичам по видеосвязи — и вот как это изменило домашних птиц

Без общения с себе подобными страдают не только люди

Вокруг света
Слайд-шоу Слайд-шоу

Космические корабли, инновационные мотоциклы и складные дома

ТехИнсайдер
Компьютер, работающий на водяных волнах, учится предсказывать будущее Компьютер, работающий на водяных волнах, учится предсказывать будущее

Ученые создали компьютер, который использует вместо процессора проточную воду

ТехИнсайдер
Николай Фоменко: самые смешные правила жизни Николай Фоменко: самые смешные правила жизни

Фантастической энергии человек Николай Фоменко

Maxim
5 ситуаций, когда менять работу — плохая идея 5 ситуаций, когда менять работу — плохая идея

Те самые случаи, когда стоит дать вашим отношениям с работой еще один шанс!

Maxim
Квантовую электродинамику проверили в мюонном неоне Квантовую электродинамику проверили в мюонном неоне

Физики измерили частоты переходов между высоколежащими уровнями в мюонном неоне

N+1
Закон Парето, или правило 80/20: как достигать большего при минимальных усилиях Закон Парето, или правило 80/20: как достигать большего при минимальных усилиях

Как работает принцип Парето на практике и почему усердие не всегда окупается?

Forbes
Стесняюсь спросить: почему появляется перхоть и как от нее избавиться Стесняюсь спросить: почему появляется перхоть и как от нее избавиться

Перхоть: почему она возникает и можно ли её вылечить?

Правила жизни
Хорошо забытое старое Хорошо забытое старое

Брюква, толокно и другие продукты, которые мы больше не едим, а зря

Лиза
Итальянское каприччо Итальянское каприччо

«Каприччо» прослеживаются в линиях силуэта Azimut Grande 36 Metri

Y Magazine
Selfmade Selfmade

«Тот факт, что я вечный студент на экране, меня ни капли не задевает»

OK!
Сибирский Хогвартс Сибирский Хогвартс

Еще часа два я плутал среди гигантских сосен, пока не вышел к зданию ФМШ

ТехИнсайдер
Что такое углеводное окно и сахарное похмелье: важные вопросы о спорте и питании Что такое углеводное окно и сахарное похмелье: важные вопросы о спорте и питании

Какие продукты ускорят восстановление и почему не нужно демонизировать углеводы

Правила жизни
Электрокапсула впитала жидкость и простимулировала желудок свиньи Электрокапсула впитала жидкость и простимулировала желудок свиньи

Ученые разработали проглатываемую капсулу, которая стимулирует желудок током

N+1
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
Открыть в приложении