Знание-сила, 2001 № 04 (886) - [6]

1. Клетка с попугаем

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.