Знание-сила, 2001 №04

Группа ученых из NASA и американского Колледжа Вильяма и Мэри разработала дешевый материал, способный достаточно эффективно ослаблять проникающую радиацию. Изготавливается он за счет запекания смеси песка и полиэтиленовой пыли. Строительные блоки из этого вещества предполагается использовать на Марсе при основании на этой планете первых поселений человека.

Длительная экспедиция на Марс планируется NASA уже в ближайшие десять – двадцать лет. Разреженная атмосфера и в несколько сот раз более слабое, чем на Земле, магнитное поле Красной планеты плохо задерживают жесткие космические излучения. Поэтому поселенцам придется уделить особое внимание радиационной защите построек.

Полимерные кирпичи также хорошо выдерживают механические и термальные нагрузки, что актуально в условиях Марса, где суточные перепады температур могут быть довольно большими. Впрочем, разработке найдется применение и на Земле – к примеру, для укрытия ядерных энергетических установок.

Датские ученые установили, что курение приводит к тысячам нежелательных беременностей. На фоне курения оральные контрацептивы становятся ненадежным средством предохранения, поскольку никотин нейтрализует действие гормонов, содержащихся в пилюлях. Данные были получены от восьмисот женщин, обратившихся за направлением на аборт. Исследования показали, что подавляющее большинство женщин, забеременевших на фоне приема пилюль, – курящие.

В 1990-х годах российскими биологами было сделано важное открытие: исследованы белки, придающие яркую окраску некоторым животным, и разработаны способы внедрения их генов «нецветным» организмам.

Это значит, что через несколько десятилетий обычной картиной могут стать ярко-красные овцы, изумрудные кошки, кролики, окрашенные в цвета коралловых рыбок… Но куда важнее значение этих исследований для науки и медицины. Как сделать так, чтобы в экспериментах на животных клетки раковой опухоли резко отличались от других тканей по цвету?

Чтобы проникающие в клетку вирусы были видны «как на ладони» – за счет излучаемого ими света? Как сделать зримыми всевозможные биохимические процессы? Наш корреспондент Кирилл ЕФРЕМОВ записал беседу с одним из авторов открытия, Юлием Александровичем ЛАБАСОМ. Речь пойдет о значении светящихся белков – как для эволюции далекого прошлого, так и для технологии близкого будущего.

– Юлий Александрович! Известно, что млекопитающие не могут похвастать большой пестротой окраски. Кстати, самые цветные среди них – приматы. Человек, имеющий в палитре своего тела только черный и рыжий пигменты, научился украшать себя всевозможными цветами – примат, он и есть примат. Неужели в ближайшем будущем он сможет «покрасить» и своих спутников – домашних животных во все цвета радуги?

– Да, возможно, через несколько десятилетий будут выведены породы всем нам знакомых животных, окрашенные не хуже коралловых рыбок. Для этого надо научиться вводить в геном гены, кодирующие «цветные белки». Впрочем, не это главное. Использование «цветных белков» открывает дорогу целому направлению биотехнологии. В конце 1990-х российские ученые открыли новое семейство цветных и флуоресцирующих белков, которые можно широко применять в биотехнологии. Итоги этих работ названы президентом РАН одним из трех крупнейших открытий в биологии за последнее десятилетие.

А началась история этого открытия очень давно – еще в конце XVIII века* В то время датский ученый и путешественник Форскал описал небольшую медузу, «способную светиться внутри», которую он назвал «экворея». Прошло почти два столетия, прежде чем была установлена причина свечения: светится особый белок, названный экворином. С конца 1960-х его стали широко использовать для исследований как сверхчувствительный индикатор ионов кальция в живых структурах. В частности, при введении его в мышцы усоногих рачков удалось доказать, что в основе мышечного сокращения лежит выброс ионов кальция.

Однако, как оказалось, в свечении медуз участвует не только экворин, но и еще одно вещество, названное «зеленым флуоресцирующим белком». При попадании на него синих лучей он испускает яркий зеленый свет – флуоресцирует. Когда изучили его структуру оказалось, что это настоящее чудо природы. После синтеза в рибосоме «зеленый флуоресцирующий белок» сворачивается в виде причудливой «клетки», а внутри нее, словно попугай, располагается хромофорное кольцо, от которого и зависит свечение. Оказалось, что «клетка с попугаем» очень устойчива – сохраняет способность светиться в разных условиях, да и вообще «зеленый флуоресцирующий белок» – очень удобный объект для исследования. Начался шум. Было сделано более шести тысяч работ с применением этого белка в качестве генетического маркера.

В конце 1990-х вместе с сотрудниками лаборатории С.А. Лукьянова в Институте биоорганической химии РАН и с А.П. Савицким из Института биохимии РАН мы стали искать: нет ли других организмов (кроме медузы), обладающих подобными светящимися белками? Возникла идея поработать с одним из видов актиний, не проявляющим явного свечения. Первое время работа казалась безрезультатной. Мы были похожи на Балаганова, который пилит гири: «Пилите, Шура, они золотые» – вот о чем думалось. И поиск был успешным. Нам удалось клонировать гены, продукт которых представлял собой новую разновидность «зеленого белка». В конце концов, было обнаружено множество разноцветных оптически активных белков. Мы словно напали на золотую жилу, получив целое семейство генов, кодирующих экзотическую окраску морских животных. Кстати, за живностью не потребовалось ехать в тропики – все нашлось у московских аквариумистов. Вы знаете, что Москва – мировая столица морских аквариумов?

– Все же мы привыкли думать, что «цвета жизни» обусловлены пигментами, в первую очередь-растительными, которые заодно окрашивают многих морских животных (за счет обитающих в их тканях водорослей), и даже шерсть некоторых зверей (скажем, ленивцев или белых медведей).

– Действительно, долгое время считалось, что окраску задают пигменты – низкомолекулярные соединения. Но оказалось, что есть множество белков, то есть куда более сложных молекул, влияющих на окраску, например тех же стрекающих. Причем небольшие изменения в их структуре, вызванные мутацией гена, могут изменить оптические свойства. Тогда меняется цвет, усиливается или ослабевает свечение. Кстати, недавно сотрудники Института биоорганической химии РАН и Стэнфордского университета в США совместно открыли «мутант-таймер» – такую форму белка, которая после синтеза имеет зеленый цвет, а за 16 часов делается желтой и, наконец, красной (видимо, потому, что хромофорная группа «созревает» – окисляется). Вначале этот ген был «посажен» нами в кишечную палочку. А потом его перенесли в яйцеклетку лягушки. И уже можно увидеть воочию, как внутри эмбриона красными, желтыми и зелеными пятнами отображаются разные стадии развития тканей, видно, где экспрессия генов произошла раньше, а где – позже.