Так выглядят кораллы в ультрафиолетовых лучах. Их свечение вызвано особыми флуоресцирующими белками
– В ходе нашей работы мы узнали, что огромный и цветной мир кораллов и актиний (а также, как мы полагаем, многих других обитателей моря) окрашен с помощью белков, на которые распространяется принцип «один ген – один белок – один цвет». Все они родственны тому самому «зеленому флуоресцирующему белку» медузе-экворее. Их важная функция – светозащитная. То есть они создают световой экран, способный как бы притенять в их тканях теплицу с симбиотическими водорослями и тем самым ослаблять выделение ими кислорода, в том числе и его активных форм. Ведь избыточный фотосинтез на очень ярком свету (под тропическим солнцем) по-своему вреден, и «цветные белки» помогают уменьшать этот вред. Если же света недостаточно, те же оптически активные белки оказываются расположены под слоем водорослей, наоборот, и усиливают световой поток. Вообще морские животные довольно активно «руководят» эндосимбионтами, сокращаясь или расслабляясь при действии определенных лучей. «Цветные белки» тоже участвуют в такой регуляции.
– Это косвенная защита. А обладают ли изучаемые вами щцветные белки» собственной антиоксидантной активностью?
– Этого еще никто не проверял. Просто время не пришло. Сейчас предпринимаются попытки ответить на этот вопрос.
В генах этого детеныша уже есть код зеленого флуоресцентного белка. Это единственная удача из 224 попыток внедрения такого гена в яйцеклетки макак-резусов.
– Расскажите о возможностях практического применения «цветных белков».
– В биологии часто возникает необходимость следить за судьбой отдельных белков, клеточных клонов, бактерий и вирусов. Лучшей меткой здесь является флуоресценция (на внутриклеточном уровне) и цветная окраска (на уровне организма). Приведу такой пример: возникла необходимость проверить действие какого-то онкостатика – вещества, угнетающего раковую опухоль. Допустим, в ходе эксперимента организму прививают клетки опухоли. Но как же увидеть, растет она после действия онкостатика или нет? Рентген здесь помогает далеко не всегда. А вот если к генам опухоли «прицепить» ген белка-маркера, она будет выделяться оптическими свойствами.
Здесь еще очень важно получше узнать взаимодействие люминесцентных белков и активного кислорода. Дело в том, что клетки раковой опухоли производят его больше, чем другие ткани. Раковая опухоль «ползет», окутанная свободными радикалами, «не понимая», что ее окружают клетки своего организма Сама она имеет хороший антиоксидантный механизм, а соседние ткани разрушаются. Если же научиться подавлять антиокскдантные свойства опухолевых клеток, то с ними будет гораздо легче справиться.
Есть еще одна сфера возможного применения. У флуоресцирующих молекул есть «память», и поэтому из совокупности клеток можно создать массив, который будет вести себя как вычислительное устройство. То есть возможно их использование для создания биокомпьютеров. А вообще таких сфер – не перечесть. В иммунологии – можно связывать с антигеном один белок-маркер, с антителом – другой и узнавать по изменению спектра, когда произошло взаимодействие антиген-антитело. В эмбриологии – можно пометить клетки-предшественники и наблюдать за их дальнейшей судьбой: каким тканям они дают начало, куда мигрируют (ведь некоторые клетки совершают целые путешествия внутри организма). В одной из недавних работ в два бластомера лягушки ввели гены белков-маркеров разного цвета и получилась… половина головастика красная, половина – зеленая.
– А есть ли еще подобные результаты по окраске покровов?
– Да, их уже немало. Например, работы с генами белка кератина, который входит в состав шерсти. Ведутся работы по «получению» цветных зверей: уже можно было увидеть мышь и собаку, которые светятся ярко-зеленым в лучах синего света, и обезьяну такой же окраски. Могу сказать, как это сделали: в яйцеклетки ввели вирус, в который включен ген зеленого флуоресцирующего белка, затем их искусственно оплодотворили и имплантировали в матку самкам. Из двадцати особей у одной получилась зеленая окраска. Теперь ее потомки тоже будут зеленые.
– Результат немного жутковатый. Вспоминается Конан-Дойль с его собакой Баскервилей. У него еще было что-то о микробах, вызывающих синие пятна на коже, которыми чуть не отравили город… Но даже если отвлечься от детских страхов: не отразится ли все же такое вмешательство на жизнеспособности?
– Конечно, пока это не проверено, но можно предположить негативную реакцию на свет, под действием которого в клетках кожи будет вырабатываться излишек кислородных радикалов.
– Во все времена люди старались изменить свою внешность. Как только не травмировали тело, причем почти без асептики и анестезии. Мне кажется, что прогресс медицинских технологий может в недалеком будущем спровоцировать очередную моду на измененную внешность. Это будет похлеще пирсинга и татуировок. Не могут ли цветные белки стать одним из инструментов «,живого грима»?
– Это было бы очень неразумным шагом. Здесь как раз и существует опасность побочных эффектов, когда под действием света молекулы «цветных белков» возбуждаются и могут стимулировать в коже процессы разрушения тканей. Кроме того, этой технологией трудно управлять. В принципе, можно сконструировать такой ретровирус, который проникал бы в клетки и заставлял их синтезировать цветные белки. Но много ли найдется женщин, которые бы согласились, чтобы их яйцеклетки поразил вирус, вызывающий изменения в геноме ребенка? А ведь всегда есть немалый процент брака. Так что лучше оставаться «самим собой».
– Я вообще-то имел в виду другое. Представим себе, что человек будущего придет в «центр красоты» и заявит, что хочет иметь такие же полосы на лице, как у тигра (а лучше – как у мандрила). И его кожу уже не будут красить, а введут в клетки вирус (какой-нибудь вроде вируса папиллом), который заставляет клетки кожи выделять разноцветные белки. Мало ли до чего может дойти технология и мода. Украшают же сейчас себя цветными татуировками и силиконовыми протезами… А может появиться и такое применение: получение шерсти, окрашенной естественным путем (которая удовлетворит пристрастие к «натурпродукту»). И, тем не менее, в подобном вмешательстве в природу можно усмотреть повод для осуждения. Как вы думаете, не поднимется ли волна порицания со стороны общественности – аналогично ситуации с проблемой клонирования? Мол, «доктор Моро» со своими синими мышами опять творит монстров и вершит насилие над природой?
– Конечно, люди, воспитанные на триллерах об ученых-злодеях, могут воспринять нашу работу именно так. Но ведь, повторюсь еще раз, «окраска шкуры» остается совсем не главной задачей. Главное – научиться использовать цветные белки в медико-биологических исследованиях. Тогда будет большой прогресс в иммунологии, эмбриологии, прикладной медицине и во многих других областях.
Возможно ли «микро» без «мега»?
«Оленька говорила своим подружкам-операторам, что самое важное, самое нужное, самое замечательное на свете – это физика элементарных частиц и атомного ядра, и подлинного наслаждения можно достичь, только считая диаграммы Фейнмана». Маленький фрагмент из крохотной книжечки «Сказки физиков», изданной микроскопическим (сто экземпляров) тиражом в одном из подмосковных наукоградов, – словно слабый ностальгический отсвет славных времен, когда физики-ядерщики были в особой чести и сотен тысяч брошюр с интригующим названием «Физики шутят» не хватало для удовлетворения казавшегося ненасытным читательского спроса. Теперь маятник качнулся в другую сторону, и фокус общественного интереса сместился в иные, не связанные с наукой сферы.
А если что-то в ней и привлекает внимание, то отнюдь ие физика микромира – недавний лидер естествознания. Впрочем, мы бы слукавили, сказав, что в зтом нет и доли вины самого научного сообщества. Объяснить – почему, втолковать – для каких столь важных всем нам целей ученым нужны все большие финансовые вложения и все более мощные установки, им не удалось, по крайней мере старыми приемами и средствами.