| Головна » Статті » Ще |
Як читають «Книгу Життя»
| Наймолодша і, мабуть, сама модна зараз наука - біоорганічна хімія. Простіше кажучи, хімія життя, живого. Вдумайтеся: хімія - наука про склад і будову речовини, і раптом - саме життя. Хоча термін виник на наших очах, і ми навіть можемо себе вважати не просто свідками, учасниками народження цієї нової науки,- все одно вражає. Сенсаційні відкриття останнього часу - прочитана структура білка, виділені і вивчені віруси і розшифровано речовина спадковості - ще десять років тому були чудесами.Сьогодні на вулиці Вавілова в Москві Інститут біоорганічної хімії Академії наук щодня займається цим, як звичайною роботою: з живих «шматочків» складає «букви», потім «слова», «слів» - «фрази», щоб навчитися швидко читати «Книгу Життя». Біоорганічна хімія не змогла б розвиватися без допомоги і найтіснішого взаємної зв'язку з молекулярною біологією, биофизикой, просто біологією, навіть медициною і фармакологією, звичайною фізикою і хімією - словом, усім тим комплексом наук, що нині становить науку про живе. Сотні інститутів, центрів, лабораторій у всіх країнах світу зайняті нині цієї «наукою номер один». У нашій країні координує роботу розгалуженої мережі науково-дослідних установ секція хіміко-технологічних і біологічних наук Президії Академії наук та її голова - віце-президент Академії наук академік Юрій Анатолійович Овчинников. У 1974 році він удостоєний почесної премії Федерації європейських біохімічних товариств. Обраний почесним членом німецької академії природознавців «Леопольдіна». У 1981 році удостоєний високого звання Героя Соціалістичної Праці. Про Овчиннікова розповідати важко. Вся його біографія вміщається на одній сторінці. І тут справа не у віці. Просто не було в його житті настільки милих серцю біографа драматичних або героїчних подій. На перший погляд все вкладається у звичну схему: народився, вчився, працював. Спочатку Москва. Потім війна, евакуація з матір'ю і молодшим братом і сестрою в сибірське село. З четвертого класу - Красноярськ, центр Східної Сибіру. Там і закінчив середню школу з золотою медаллю, і за тисячі кілометрів - до Москви, зовсім один. Відразу ж, з першого заходу» надійшов у Московський державний університет на хімічний факультет. На третьому курсі треба було вже думати про спеціалізації. Несподівано для всіх душа товариства, заводила всіх університетських «капусників», веселий, привабливий хлопець Юра Овчинников попросився до викладача Юрію Олександровичу Арбузову. Вже немолодий, малообщительный, «застебнутий на всі гудзики», як говорили за очі студенти, Арбузов нещадно ставив двійки навіть після свят і ніколи не шукав популярності. У нього не було ні одного дипломника, ні одного аспіранта. - Ви робите помилку,- сухо відповів Арбузов, коли Овчинников попросив дозволу працювати в його лабораторії.- У мене ніхто не працює. Я вас измучаю... «Але я закохався в нього відразу і назавжди,- згадує Юрій Анатолійович.- За зовнішнім виглядом сухаря і педанта ховалося величезне душевне багатство, невичерпний джерело знань. Цей чоловік дивно серйозно, прямо-таки ревно, ставився до своєї справи. В його лабораторії, 18-метровій кімнатці, ми просиджували іноді ночі, не шкодуючи ні сил, ні часу, щоб домогтися потрібного ефекту. Арбузов вимагав кришталевої, абсолютної чистоти в експерименті і нерідко витрачав вдвічі більше часу, щоб отримати негативний результат і тим самим ще раз підтвердити позитивний.На прикладі з життя звичайної це виглядало б так. Точно знаєш, що в ящику десять яблук, береш звідти чотири, і, само собою зрозуміло, залишається шість. Ось цього «само собою зрозуміло» Арбузов не визнавав і вимагав дослідним шляхом довести, скільки і чого саме залишилося». Арбузов був тим, кого називають «чистим хіміком». Його цікавила тільки сама реакція, її хід, її особливості. Йому належить честь відкриття нової реакції синтезу так званих гетероциклічних сполук, які багато значать для отримання нових ліків. Однак Арбузов ними не займався. Тільки чиста органічна хімія, і нічого більше. Синтезом лікарських речовин і моделей природних речовин він доручив займатися Овчинникову, дав йому таку тему дипломної роботи. У тісній лабораторії приємно пахло резедой, то нікуди було врятуватися від різкого запаху часнику, хоча нічого подібного ніхто туди не приносив. Щипало очі різало в носі і горлі - вихідні речовини попадалися то сльозоточиві, то взагалі отруйні. Овчинников з «неживих» хімічних матеріалів отримував існуючі в природі сполуки - похідні пирролидинов. Давно був забутий театр. Чемпіон МДУ по боротьбі 18 годин на добу проводив схилившись над колбами або над раковиною, лаборанта не було, і хімічну посуд відмивали самі. На тренування з плавання теж ходити стало ніколи. Арбузов ніколи не дорікав, нічого не говорив, але всім своїм поводженням показував: для вченого може існувати тільки «одна, але полум'яна пристрасть». Якщо займатися наукою всерйоз, треба віддати їй все своє життя, без залишку, без оглядки. І це дасть щастя. «Я відчув дивне відчуття-мене сердило й дратувало, що настає вечір і треба відриватися від роботи. А вранці ледве встигаєш дочекатися, поки доберешся до своїх колб і зможеш побачити щось не доступне поки нікому, крім тебе»,- згадує цей час Овчинников. І ось настала пора аспірантури. До речі, місця аспіранта для Овчинникова теж домігся Арбузов. Ніколи ні в кого не просив про послугу, він ходив заради свого учня до академіку Несмеянову. Їм навіть дали лаборантку. Стало легше з часом. Прийшли два дипломника - сколачивался колектив. Само собою розумілося, що тема в аспірантурі буде продовжуватися та ж. Але тут раптом Арбузов прийняв несподіване рішення. Запросивши Овчинникова до себе додому, він заявив: - Все, що міг вам дати, я дав. Ви знаєте, я трохи старомодний. Експеримент знаю добре. Проблематику - недостатньо. Вас все затягує в медицину. Це правильно. У хімії зараз два шляхи. Або вона повинна йти в практику - в промисловість, або в біологію. Хіміки, які працюють самі на себе, подібні калейдоскопу, створює нескінченну різноманітність фігур без значення і виходу. Ви підете працювати в новий Інститут хімії природних сполук, до Шемякіну. Так в житті Юрія Овчинникова з'явився другий вчитель - Михайло Михайлович Шемякін, майбутній академік і директор інституту. Арбузов залишився в університеті. Він не міг, та й не збирався перебудовуватися. Він просто випустив свого пташеняти в політ. Різниця між роботою в навчальній лабораторії, нехай навіть університетській, і в сучасному науково-дослідному інституті приблизно така ж, як якщо спочатку плавати на катері, а потім встати за штурвал океанського лайнера. Першокласні вчені, які володіють методикою і новітньою технікою, займалися стереохимией - просторовою будовою молекул, так як від їх розташування деталей у просторі залежали способи їх синтезування. Робота була захоплююче цікавою, хоча вчитися довелося серйозно і майже заново. Біоорганічна хімія ще тільки піднімалася.Тим не менш, за короткий термін з колективом хіміків вдалося повністю синтезувати антибіотик тетрациклін, нині всім відомий найважливіший лікарський препарат. Здавалося - все вирішено. Робота вийшла, захоплююча тема. Адже антибіотики так загадково, так фантастично влаштовані! Але вийшло все інакше. Шемякін викликав і сказав: «Тетрациклін кинути. Займатися будете пептидами - «короткими» білками». Ніякі доводи, ніякі благання, посилання на наукову захопленість не допомогли. Треба було знати Шемякіна. Це була людина надзвичайно талановитий, але бурхливих, невгамовних пристрастей - і в науці, і в житті. В ньому постійно вирувало полум'я, і він, як ніхто, вмів запалювати інших. Він не визнавав ні компромісів, ні півтонів і, якщо треба, готовий був зламати чужу волю, але змусити зробити по-своєму - у нього були на це високе право та висока відповідальність, він умів дивитися вперед.Може, це найважливіше для керівника наукового колективу. Того разу, як і завжди, він був невблаганний. - Ну що білки, це ж нудно - простий ланцюг, - намагався чинити опір Овчинников. - Білки - ця сама життя. З ними не може зрівнятися жоден інший клас речовин. Вони можуть практично все, причому легко і просто. Все життєво важливі процеси організму проходять з безпосередньою участю білків і контролюються ними. Ферменти - хімічні стимулятори, захисні білки - антитіла і інтерферони, структурні білки - будівельний матеріал для м'язів і кісткових тканин, біологічні «гінці» - гормони, що передають сигнали управління і регулювання, транспортні білки - наприклад, переносник кисню гемоглобін. Та що там говорити! А отрути - зміїний, бджолиний або антибіотики...Згадайте лишень, в яких незначних концентраціях діють ці піщинки життя - лише один грам гормону ангіотензину здатний змінити кров'яний тиск у десяти мільйонів людей! Вивчення білків - зараз сама цікава і важлива тема. Овчинников зайнявся депсипептидами. Назва їм дав Шемякін. Це були нові, невідомі до тих пір з'єднання надзвичайно складної структури, не йде ні в яке порівняння зі складністю атома або молекули. Справа в тому, що кожен извив їх ланцюжка, кожна її ускладнення грали певну роль у виконанні різноманітних життєвих функцій. Наприклад, вже згаданий регулятор кров'яного тиску ангіотензин побудований з восьми амінокислот. А всього лише з трьох амінокислот можна побудувати понад 8000 різних трипептидов.Ланцюжок ж з шести амінокислот може мати понад 64 000 000 варіантів, причому кожен зі строго певним значенням - своєю життєвою функцією. Вивчення будови білково-пептидних речовин, їх ролі і перетворень в живому організмі має не тільки фундаментальне значення для біології, але і важливо для вирішення практичних завдань медицини, сільського господарства, багатьох галузей промисловості. Щоб отримати хоч мало-загальне уявлення про неосяжну складності шифру, яким записана «Книга Життя», потрібно згадати, що пептиди і білки мають кілька, як їх називають біологи, «рівнів структурної організації», а кажучи простіше, способів закручування. Первинна - це послідовне чергування амінокислотних залишків, тобто сама ланцюжок - «літери». Вторинна - закручування окремих ділянок цієї ланцюжка в просторі (наприклад, спіраль) - «слова». Третинна - згортання всього ланцюга в цілому в компактну систему (наприклад, у клубок-глобулу).І четвертинна - упаковка декількох клубків в складну систему, що функціонує як єдине ціле,- їх можна б назвати «фразою» або «текстом». Саме ця «закрутка» і робить живе живим, дозволяє йому виконувати життєві функції. Зараз вже встановлено, що «шифр» залежить від первинної структури, тобто певного типу первинної ланцюжка - «слову» - відповідає строго певний тип вторинної, третинної та вищих форм - «текст» або «пропозиції». Різний «зміст фраз» поділяє білки різного біологічного призначення. Як же вдається визначити настільки складну структуру, як навчилися читати «Книгу Життя»? Лабораторії Інституту біоорганічної хімії схожі на фантастичне поєднання ультрасучасної кухні ліліпутів та електронної техніки велетнів. Щоб виділити білок, треба за суворим рецептами скласти розчин, розбовтати і розкрутити його на відцентровій машині, висадити на спеціальну папір, висушити, випарити. А якщо ми згадаємо, що все це відбувається з крихітними частками речовини, то стане зрозумілим, наскільки мініатюрними мензурками, лійками і капілярними піпетками орудують биоорганики.Робиться все дуже ретельно і повільно - від чистоти і скрупульозності цієї роботи залежить успіх структурного аналізу. Наступний етап - розщеплення довгому ланцюгу пептиду або білка спеціальними методами у певних місцях. Найчастіше для цього використовують в якості «ножиць» ті ж білки - ферменти, які розрізають пептидний ланцюг по деяких її зв'язків. Короткі шматочки ланцюга поділяють далі з допомогою електрофорезу або хромотографии, заснованої на здатності амінокислот по-різному поглинатися на твердому носії. Але знання структури кожної ланки ще не говорить про те, в якому порядку ланки пов'язані між собою.Тоді вступають в дію більш складні механізми з «арсеналу велетнів» - фізичні прилади, мас-спектрометри, сполучені з ЕОМ, рентгенівські установки та установки для ядерного магнітного резонансу. Іноді ж буває необхідний весь комплекс фізичних методів. «Ми працювали не тільки добре. Ми були просто в якомусь остервенении, - розповідає про початок цих досліджень Овчинников.- Нами володіло захоплюючого почуття захвату, інакше, мабуть, і не назвеш. Попереду - нетоптанное поле, цілина. Нічого в цій області ніде в світі не було зроблено - починай, пробуй, що хочеш, іди в будь-якому напрямку...» Менше ніж за рік були отримані результати світового рівня. Вони спростували існували тоді уявлення. Зараз вивчення депсипептидов - найбільша галузь науки, якою займаються в десятках інститутів різних країн. Вона вже дала величезної важливості виходи в біологію і медицину, так як за принципом депсипептидов побудовані багато біологічно активні речовини і найважливіші антибіотики.Коли Овчинникову в 1961 році довелося доповідати на Міжнародному біохімічному конгресі в Лондоні результати робіт радянських вчених, головуючий - відомий вчений Леонідас Зервас - назвав цей день «російським» днем. Пептиди дали поштовх до розвитку зовсім нової галузі науки - вивчення біологічних мембран, своєрідних «часових» живої клітини. Мембрани пропускають з недоступною людської техніці строгістю і точністю тільки ті речовини, які необхідні для життєдіяльності клітини. Овчиннікову і його групі вдалося привідкрити завісу над цією таємницею - з'ясувати конкретний молекулярний механізм переносу іонів металів через клітинні мембрани. Про значення відкриття можна судити хоча б з того, що перенесення, скажімо, іонів калію і натрію визначає процес дихання, передачу нервового збудження, регулює скорочення м'яза серця, дія деяких смертельних отрут пов'язано з порушенням перенесення іонів калію.Так, валиномицин - 36-членний кільцеподібний депсипептид, володіє унікальною здатністю прискорювати в десятки разів проходження іонів калію через мембрани. А всі його вражаючі біологічні властивості визначає особливу просторову будову - він може приймати форму «браслета». З'ясувалося, що саме такий «браслет» дозволяє вибірково зв'язувати іони калію, залишаючись байдужим до всіх інших іонів. Подальші дослідження в цьому напрямку дозволили відкрити завісу над таємна таємних - з'ясувати молекулярний механізм транспорту іонів металів через клітинні мембрани. Пізніше було виявлено і єдине з відомих природних сполук, який здатний вибірково зв'язувати натрій. Це речовина - антаманид. Його молекула «ухитряється» скластися так, що пептидний ланцюг як би утворює борозенку тенісного м'яча. Антаманид в мізерно малих концентраціях може, скажімо, повністю нейтралізувати смертельний отрута фалоїдин, що зустрічається в грибах блідих поганках, так як дія цієї отрути пов'язано з порушенням перенесення іонів калію через біологічні мембрани. Ю. А. Овчинников незабаром став Головою наукової ради Академії наук з комплексної проблеми «Біологічні мембрани і використання принципів їх функціонування в практиці». В 1970 році на симпозіумі в Ризі, який став повним тріумфом нової науки - біоорганічної хімії, сталося нещастя. Раптово помер від інфаркту академік Шемякін. Він був не просто вчитель або керівник. Він був духовний батько. Коли йде великий вчений, колективу, створеного ним, нерідко загрожує розпад. Але в інституті вдалося зберегти той же настрій. Як тільки оговталися від шоку, робота була продовжена з колишнім ентузіазмом, хоча, правда, довелося спочатку важко, важче нікуди. Це було загальне побажання - щоб директором Інституту біоорганічної хімії імені М. М. Шемякіна став Овчинников. Він вже придбав до того часу досвід керівника великого колективу. «Адже Я тоді думав, адміністративна робота - як наука, все ясно, ніяких компромісів, тільки вперед. Виявилося куди складніше, але й цікавіше - впізнавати людей, допомагати їм, визначати наукову політику... Десь треба було ризикувати, приймати відповідальні не тільки для себе - для великих колективів рішення. Зокрема, від пептидів перейшли до білків. За півтора року був зроблений повний портрет» білка - ферменту трансамінази. Це був перший білок, один з самих складних, повністю отриманий в нашій країні»,- згадував про цей час Ю. Овчинников. Потім додалася робота в академії - у секції хіміко-технічних та біологічних наук. Пізніше на академіка Овчинникова були покладені обов'язки віце-президента Академії наук, він став почесним членом багатьох зарубіжних академій наук. Можна навчитися читати велику «Книгу Життя». Важко, але можна. Куди складніше розібратися в тонкощах людських відносин. Це вже щось інше, ніж просто наука і просто мистецтво. Талановитий вчений-керівник, вчений-організатор - чи не більш рідкісне явище, ніж талановитий винахідник. Ще рідше вони поєднуються. І тоді це вимагає від людини повної і абсолютної віддачі... Але повернемося до білків. До їх володаря та командиру - ДНК. Нитки ДНК настільки тонкі, що, якщо б зібрати разом всі гени всіх клітин дорослої людини, вони вмістилися б у наперстку. Вони так туго скручені, так економно розміщені, що якщо їх розмотати і з'єднати в одну нитку, вона змогла б трохи не сто раз простягнутися від Землі до Сонця і назад. А тепер уявіть собі, що людина з його величезними і грубими, в порівнянні з цієї тонкістю, пальцями, з його недосконалими очима, для яких волосся вже служить еталоном тонкощі, вторгається в цю святая святих природи. І не просто втручається, а, прагнучи перевершити у витонченості природу, хоче по своїй волі і бажанням «пересадити» будь шматочок гена - шматочок, навіть не цілий ген, не хромосому! - в інше місце, знову ж обраний ним спеціально і осмислено. Неймовірно! Чудеснее всіх чудес! І тим не менше це диво сталося раніше ніж через двадцять років після розшифровки «ключі життя».Диво отримало назву «генна інженерія». Настане пора, коли біологи зможуть конструювати живі істоти, як конструктори - машини, змінюючи в ДНК одні «букви» - деталі спадковості на інші. Вдумайтеся: сотні років людство прагнуло знайти нові форми життя на інших планетах. І нарешті настане такий день, коли можна буде створити їх на Землі... ...В чарівному світлі прозорого екрану хемоскопа на дні пробірки м'яко сяє тоненька смужка. - Надіньте окуляри,- каже за-провідний лабораторією Інституту біохімії й фізіології мікроорганізмів АН в біологічному центрі в Пущино-на-Оке Микола Іванович Матвієнко і киває на темний кут столу, де вони лежать, звичайні, пов'язані за дужки мотузкою.- Ну так, прості скла. Не дивуйтеся, вони не пропускають ультрафіолет, захищають очі від опіку. Так або майже так буденно могло б відбутися перше знайомство з одним з головних героїв цієї строго науковою, але перевершує будь-яку фантастику чудовою епопеї. Ім'я героя - Лямбда фаг. У тонкій світиться смужці укладена вся його сутність - усі секрети його буття, що передаються з покоління в покоління так, щоб завжди, при будь-яких обставин, з'являвся на світло саме він, Лямбда фаг, і ніхто інший. Але справа в тому, що наш герой - Лямбда фаг - зовсім недовго залишиться самим собою. І в цьому - основний драматизм назріваючого події. Може бути, через годину, а може бути, через день мерехтлива в хімічному склі субстанція перетвориться в щось зовсім інше, чому поки що немає назви. На наших очах народиться це «щось», і назва йому буде створено людиною. Як і за яким «рецептами» творять біологи свої диво-істоти? Що таке «генна інженерія» і чому її так називають? У чому відмінність звичайної молекулярної генетики, яка теж, як ми вже знаємо, здатна змінювати генетичний набір, озброївшись сучасними засобами - хімічними речовинами, ультрафіолетом, радіацією та іншими,- від свого дітища - генної інженерії, і чому цей напрямок називають новою ерою в біології і тому подібними урочистими термінами, і що несе нова ера людям?Поставимо наші запитання академіку Олександру Олександровичу Баеву, який очолює Відділення біохімії, біофізики та хімії фізіологічно активних сполук АН. Під керівництвом академіка Баєва в його лабораторії в Пущинском інституті були розпочаті перші в нашій країні експерименти з генної інженерії, і зараз він координує всі дослідження проблеми у всіх наукових установах країни. | |
| Переглядів: 473 | |
