В 1973 году в одном из научных журналов появилась статья американского и немецкого ученых о том, что в бактериях, живущих в соленых озерах, обнаружен белковый комплекс, похожий на родопсин глаза животных. Эти бактерии — галофильные. «Галос» — соль, «фило» — люблю (племя, род, вид). Вид бактерий, любящих соль, живет в сверхсоленых озерах — в Кара-Богаз-Голе, в Мертвом море, в Великих соленых озерах США. Кто пролетал над Краснове деком, мог видеть синие, желтые, красные, вишневые, фиолетовые пятна озер. Цвет им придают галофильные бактерии. Если озеро фиолетовое, то в нем наверняка обитают бактерии с бактериальным родопсином или. как принято его сейчас называть, бактериородопсином.
Зачем галофилам бактериородопсин? Родопсин глаза (зрительный родопсин) преобразует свет в нервный импульс, хлорофилл листа растений обеспечивает фотосинтез зеленой массы, в фотосинтезирующих бактериях бактериохлорофилл обеспечивает рост и развитие бактерий за счет энергии солнца. В галофилах, имеющих бактериородопсин, происходит преобразование энергии света в энергию для жизни этой бактерии, накапливается АТФ — известный аккумулятор, хранитель и переносчик энергии живой клетки животного и растительного мира планеты Земля.
Галофилы уникальные бактерии. Вероятно, они относятся к архибактериям, то есть к старейшим на планете, и возникли, быть может, десятки миллионов лет назад. Вероятно, тогда было мало кислорода и много солнечного света? Однозначного ответа нет.
Бактерии эти палочкообразной формы, длиной 5–10 микрон. Часть оболочки занимают фиолетовые пятна — участки оболочки, содержащие молекулы бактериородопсина. Под электронным микроскопом видно, что молекулы расположены строго периодично, напоминая плоский кристалл. Если этот участок оболочки выделить из бактерии, то у нас в руках окажется биологический фотохромный элемент в виде пленки толщиной пять тысячных микрона и площадью около одного микрона. Под воздействием света она из фиолетового превращается в желтую и остается ею, пока не выключат свет. В темноте за одну сотую секунды возвращается в свое исходное состояние, становится фиолетовой. Переходы могут повторяться неограниченное количество раз, цикличность такого природного биохрома необычайно высока.
В 1978 году в одном из институтов Биологического центра Академии наук СССР, что расположен в подмосковном городе Пущино, из таких микропленок сделали фотохромную пленку нормального размера. Результаты испытаний удивили специалистов-фототехнологов, которые привыкли видеть в белке нечто неустойчивое, разваливающееся (денатурирующее) при малейшем повышении температуры, требующем специальных условий хранения. Считалось, что биологический фотохром — экзотика. Думали, что он работать в приборах и аппаратах не сможет.
Биохромные пленки оказались необычайно устойчивыми, выдерживают кипяток, жесткое излучение, действие кислот, мощное лазерное излучение и т. д. Кристаллическая упаковка белковых молекул бактериородопсина не позволяет им разрушаться при самых жестких внешних воздействиях. Это и отличает бактериородопсин от зрительного родопсина, который не кристаллизован и легко распадается на составные части даже под слабым светом.
Выращивают галофилы в специальных культиваторах-люмостатах. Каждые четыре дня собирают «урожай» в виде биомассы из миллиардов бактерий. Их помещают в обычную воду, и каждая бактерия взрывается в прямом смысле этого слова, ее разрывает избыток соли. Это называется осмотическим шоком. Все органеялы бактерии и ее оболочка распадаются на мельчайшие фрагменты, а участки с бактериородопсином остаются невредимыми. Они тяжелее «мелочи», на которую распалась бактерия, в центрифуге они оседают на дно. Так получают суспензию этих фрагментов биохромных микропленок. Их смешивают с раствором полимера или желатины (она применяется для изготовления обычных фотопленок) и наносят в виде тонкого слоя на стеклянные пластины или на прозрачную ленту. Сегодня это редкий, если не единственный случай, когда автором и производителем фотоматериала является природа.
Использование бактерий для производства необходимых нам белков — это биотехнология. Недавно возникло новое направление — биоэлектроника. И, конечно, появятся новые направления науки и техники, названия которых будут начинаться с приставки «био»: биочипы, биокомпьютеры, биосенсоры, биомикроустройства и биомакроустройства. Эта биотехника объединяет физику, химию, электронику с биологией.