О «живом свете» простыми словами

Поводом для встречи с аспиранткой ИФБиБТ Анной ДЕЕВОЙ стала её победа в конкурсе научно-популярных статей в рамках конференции «Биология — наука XXI века»: статья, представленная девушкой на конкурс, заняла первое место и была опубликована на известном научном портале biomolecula.ru.

— Расскажите, как вам удалось написать «призовую» статью и чему посвящено ваше научное исследование?

— Статью мы написали совместно с коллегой из Института биофизики клетки РАН (г. Пущино). Так сложилось, что тема моего исследования «Структурно-функциональные характеристики сопряжения ферментов светящихся бактерий» является преимущественно теоретической, поэтому я решила подойти к проблеме со стороны биолюминесценции вообще, как феномена свечения живых организмов. Тут уж нашлись и зрелищные примеры из жизни, и наглядные фотографии. Тем более, что до недавнего времени тема светящихся бактерий не удостаивалась отечественными авторами популярного изложения.

Все мы знаем о примерах биолюминесценции: зелёных огоньках светлячков, синеватом планктоновом сиянии морских прибоев в южных странах, а многие резиденты СФУ наслышаны о светящихся грибах и червях, которые исследовались красноярскими учёными в рамках мегагранта под руководством Осаму ШИМОМУРЫ. Но эти примеры имеют не бактериальную природу. А я, в свою очередь, рассказала читателям не столь известную историю обнаружения человечеством именно светящихся бактерий, вспомнила забавные случаи, связанные со свечением, например, пищевых продуктов.

Однажды в Красноярске «случилось страшное»: одна дама увидела, как приобретённая в магазине свежая сельдь почему-то светится в темноте. Факт был зафиксирован и удостоен статьи в «Красноярском рабочем». Спешу вас успокоить: свечение рыбы обусловлено не зашкаливающим радиационным фоном или аномально большим количеством токсичного фосфора, как иногда считают простые обыватели, а всего лишь содержанием светящихся бактерий. Та сельдь могла проглотить их в процессе питания либо «подцепить», проплывая мимо светящейся колонии. Подобная рыба безопасна и может быть с удовольствием съедена после термической обработки или засолки.

То же самое касается некоторых морепродуктов, внутри которых иногда встречаются светящиеся бактерии видов Photobacterium phosphoreum и Vibrio logei. Размножение этих бактерий внутри представителей морской фауны может привести к накоплению в мясе биогенных аминов. Для того чтобы избежать отравления, не стоит употреблять их в сыром виде!

Но не от всех бактерий так легко избавиться. Был в истории другой, менее весёлый случай, когда по вине штамма бактерий рода Vibrio европейская цивилизация столкнулась в 1854 г. с эпидемией холеры, унесшей жизни множества людей. Исследуя слизистые оболочки кишечника погибших, итальянский врач Филиппо ПАЧИНИ обнаружил микроорганизмы в виде изогнутых палочек и описал их как вероятных возбудителей заболевания. Для того чтобы предотвратить распространение инфекции в Европе, микробиолог Роберт КОХ отправился в Египет, а затем в Индию, где в то время тоже была зафиксирована эпидемия холеры. В экспедиции ему удалось выделить чистую культуру возбудителей этого тяжёлого заболевания, исследовав которую, он обнаружил холерный вибрион (Vibrio cholerae). За изогнутую форму бактерии противники учёного в насмешку прозвали вибрион «запятой Коха».

Позднее были открыты другие представители рода Vibrio, в том числе люминесцирующие.

— Мне как обывателю хочется задать вопрос: почему в ходе эволюции одни бактерии вдруг засветились, а другие и без этого прекрасно себя чувствуют?

— Тут я как учёный, увы, промолчу: какую роль свечение играет в жизни бактерии, пока достоверно неизвестно. Просто одни бактерии выработали механизм люминесценции, а другие, как вы верно заметили, справляются со своими жизненными задачами и «не отсвечивают».

Учёные предполагают, что биолюминесценция у бактерий могла возникнуть как защитный механизм от окислительного стресса — в виде альтернативной дыхательной системы. Именно так светящиеся бактерии могли пережить «кислородную катастрофу» на ранних этапах формирования биосферы Земли. Или же свечение — всего лишь способ дезактивации пероксида водорода, при этом энергия химической реакции не рассеивается в виде тепла, неблагоприятного для нормального функционирования клетки.

Существует мнение, что свечение возникло (или сохранилось в ходе эволюции) как способ привлечения животных с целью последующего распространения бактериальных колоний. С этим может быть связано ещё и «чувство кворума» у бактерий. Так, светящиеся бактрии Vibrio fischeri начинают светиться только тогда, когда их численность внутри, например, фотофор достигает определённой концентрации.

Мне удалось задействовать в статье собственный научный задел: я постаралась объяснить читателю простыми словами, как же, собственно, устроена биолюминесцентная система у бактерий. Где тот «включатель», который превращает эти простейшие «палочки» в горящие «лампочки».

…Существует довольно универсальная система генерации свечения, единая для всех бактерий (но не для всех светящихся организмов!). Основу этой биолюминесцентной системы составляет фермент, который называется бактериальной люциферазой. Она катализирует реакцию, в которой энергия, выделяющаяся при окислении органических субстратов, трансформируется в видимый зелёно-голубой свет.

— Где может использоваться изучаемая вами система свечения у бактерий? Или это такая «наука ради науки»?

— Мне очень хочется похвалить Сибирский федеральный университет. У нас долгие годы развивается одна из сильнейших в России научных школ по вопросам биолюминесценции, функционирует крупная лаборатория биолюминесцентных биотехнологий, в которой учёные исследуют «живой свет» и ищут способы его полезного применения в медицине, образовании и т.д.

Активно развивается направление экологического мониторинга почв, вод, пищевых продуктов и добавок с использованием биолюминесценции. Аспирант ИФБиБТ Галина ИВАНОВА успешно реализует в рамках гранта Красноярского краевого фонда науки проект, посвящённый биолюминесцентным методам оценки состояния здоровья спортсмена во время тренировок. Кстати, это исследование — практическая реализация тех положений, которыми я занимаюсь как теоретик. Большинство исследований я провожу исключительно с помощью компьютера, опираясь на методы биоинформатики.

Моя работа немного абсурдна: я узнаю, например, есть ли в бактериальной биолюминесцентной системе комплексы между белками, как именно они «сцепляются ручками», чтобы люцифераза таки засветилась… Понимаете, множество учёных по всему миру ежедневно используют механизм бактериального свечения для частных целей, но, по сути, никто в точности не знает, как этот механизм работает, как он устроен в деталях. Надеюсь, со временем нам удастся в буквальном смысле «пролить свет» на эту таинственную сферу.

— Что вы можете посоветовать начинающим исследователям?

— Главное, не вариться в «собственном соку». О ваших результатах обязательно должны знать зарубежные коллеги. Наука — область исключительно международная. Я стараюсь продвигать красноярскую школу биолюминесценции, а лучшую научную консультацию получила недавно на стажировке в Баварии (Германия), в университете г. Байройт от профессора Маттиаса УЛЬМАНА: в данный момент мы пишем совместную статью, ждём, когда окончится эксперимент, который должен подтвердить выдвинутую гипотезу.

Чтобы заниматься наукой, нужно обладать высоким уровнем самоорганизованности. У меня прекрасный научный руководитель — д-р биол. наук, зав. кафедрой биофизики Валентина Александровна КРАТАСЮК, однако я всегда знала, что работать над поставленной научной задачей и вести исследование должна самостоятельно.

Необходимо добросовестно учить иностранные языки. Каждый день убеждаюсь: в современной науке без знания английского просто нечего делать.

А ещё я помню себя первокурсницей физического факультета. Главным решением, принятым тогда, было: «Учиться!». Первые три года я не позволяла себе участвовать в различных кружках и не увлекалась подработками. Думаю, это помогло закрепиться в университете и получить хорошее фундаментальное образование. Развлечений, как и всего, должно быть в меру.

Татьяна МОРДВИНОВА