В Сибирь за живым светом

Клещенко Е.
(«ХиЖ», 2012, №7)

В начале августа 1945 года ему было неполных семнадцать лет, он работал на заводе, где ремонтировали истребители, в 15 километрах от Нагасаки, и однажды утром, когда раздался сигнал воздушной тревоги, увидел в небе два самолета В-29, летевшие необычным курсом. «В тот миг, когда я сел на свое рабочее место, в окно ворвалась мощная вспышка света. Мы ослепли секунд на тридцать. Затем, примерно через сорок секунд после вспышки, накатила звуковая волна и внезапно изменилось давление воздуха. Мы были уверены, что где-то произошел огромный взрыв, но не знали где. Небо стремительно заполнялось темными облаками, и, когда я ушел с завода и направился домой — идти мне нужно было примерно три мили, начался моросящий дождь. Это был черный дождь. К тому времени, как я добрался до дома, моя белая рубашка стала серой. Бабушка быстро приготовила мне ванну. Эта ванна, возможно, спасла меня от вредоносных эффектов радиации, которая наверняка была в черном дожде».

Так нобелевский лауреат Осаму Шимомура в своей автобиографии вспоминает о девятом августа. Видел он и умирающих от радиационного поражения, когда их эвакуировали из города. Впоследствии он говорил, что если бомбардировку Хиросимы еще можно объяснить стремлением приблизить конец войны, то ядерному удару по Нагасаки нельзя найти оправдания. Однако, почти полвека проработав в США — и сохранив при этом японское гражданство, — об американских коллегах всегда отзывался с уважением и симпатией.

После войны были фармацевтический колледж (не то, к чему он стремился, но в тех условиях особого выбора не было), первый научный успех с выделением и идентификацией люциферина, светящегося вещества из крошечных ракообразных Cypridina, затем приглашение поработать в Принстонском университете у доктора Фрэнка Джонсона — и открытие зеленого флуоресцентного белка GFP (green fluorescent protein). Шимомура с коллегами обнаружили его в процессе очистки другого белка медузы эквореи (Aequorea) — экворина, испускавшего яркое голубое свечение при взаимодействии с ионами кальция. Такие белки стали называть фотопротеинами, и это открытие Шимомура считает своим главным достижением в науке. Но GFP — скромный дополнительный белок-переизлучатель, превращавший голубое свечение экворина в зеленый свет самой медузы, неожиданно затмил своим сиянием все прочие источники биолюминесценции в руках исследователей.

s20120712 shim2.jpg

Осаму Шимомура, И.В.Ямпольский (ИБХ РАН); на столе перед ними статья из «Химии и жизни» об исследованиях флуоресцентных белков в России

Выяснилось, что GFP— «вещь в себе», он состоит из единственной аминокислотной цепи, которая сама образует хромофорную группу из части собственной структуры и, поглощая синий свет или ультрафиолет, начинает светиться без помощи каких-либо других молекул или ионов. (В этом его отличие, скажем, от обычной биолюминесцентной системы светлячков с ферментом люциферазой, окисляющим низкомолекулярный субстрат люциферин.) А значит, ген флуоресцентного белка можно клонировать, можно пришивать его к гену другого белка, чтобы готовый продукт нес на себе «фонарик», видимый под микроскопом, — это позволит наблюдать за важными процессами, протекающими в клетке. Можно пометить вирус и увидеть, как он поражает клетку, или потенциальное лекарство, чтобы узнать, попадает ли оно куда надо. В эксперименте можно заставить опухоль светиться разными цветами (теперь у ученых есть не только зеленый белок, но и синие, и желтые, и красные...), чтобы она сама рапортовала в режиме реального времени о динамике своего развития. Можно, наконец, создать трансгенную рыбку, свинью или собаку, светящуюся в ультрафиолете, и это не просто научное шоу для при- влечения внимания публики: прежде чем использовать генные технологии в медицинских целях, надо бы детально выяснить, чем трансгенные щенята отличаются от своих обыкновенных братиков и сестричек.

s20120713 shim3.jpg

Биолюминесценция гриба Panellus stipticus (того самого, который изучал Шимомура) заметна, если сфотографировать его на длинной выдержке

За открытие и исследования GFP, а также других белков этого семейства Осаму Шимомура, Мартин Челфи и Роджер Тсиен получили Нобелевскую премию 2008 года по химии. (В российских справочных изданиях фамилия японского лауреата пишется как Симомура, что соответствует принятым у нас правилам транслитерации. И все-таки в этот раз мы решили остановиться на написании через «ш», более привычном для самого ученого. В Америке, где он провел значительную часть жизни, руководствуются так называемой хепберновской транслитерацией, и теперь даже русские коллеги зовут его «профессор Шимомура».) К тому времени он уже семь лет как ушел в отставку — после Принстона работал в лаборатории биологии моря (Marine Biological Laboratory, MBL) в Вудс-Холе, штат Массачусетс, где продолжал изучать люминесцентные системы различных групп организмов, в том числе многоножек, офиур и светящихся грибов. Не изменил любимому предмету и после отставки, устроив лабораторию у себя дома и продолжая выполнять и публиковать экспериментальные работы. В 2006 году впервые вышла в свет фундаментальная монография Осаму Шимомуры «Биолюминесценция: химические принципы и методы» — для многих исследователей она стала настольной книгой. «И если меня оставят в покое, я буду продолжать дома свои эксперименты», — с улыбкой говорит он. Журналистские вопросы об увлечениях и хобби уходят «в молоко»: только работа, отдых после работы и, конечно, нелегкие обязанности нобелевского лауреата. «Мне нравится, когда у меня отпуск и не приходит электронная почта».

Все эти годы, начиная с отъезда в Америку, рядом с ним была его жена и ассистент Акеми Шимомура. У них двое детей, сын и дочь. Цутому Шимомура, выпускник Калтеха, специалист по компьютерному моделированию и эксперт по сетевой безопасности, известен благодаря своему участию в поимке суперхакера Кевина Митника (история самая драматическая, причем образы героев и злодеев в ней сильно варьируют в зависимости от того, насколько рассказчик восхищен подвигами Митника). Дочь, Сачи Шимомура, — филолог, специалист по европейской средневековой литературе.

Казалось бы, славная биография, авторы сетевых энциклопедий могут расслабиться и пополнять статью о лауреате разве что сообщениями о выходе его новых книг и научных публикаций. И вдруг в сентябре 2011 года в списке ученых, получивших гранты правительства России для поддержки научных исследований в отечественных вузах (также известные как «мегагранты»), в разделе «биотехнологии», появляется имя Осаму Шимомуры.

s20120713 shim4.jpg
Доклад в Сибирском федеральном университете

С российской стороны заявку подал красноярский Институт фундаментальной биологии и биотехнологии (ИФБиБТ) Сибирского федерального университета. Кстати, это уже второй мегагрант в этом институте — первый, 2010 года, получил проект «Биотехнология новых биоматериалов» под руководством микробиолога Энтони Сински из Массачусетсского технологического института. Идею совместного проекта «Биолюминесцентные биотехнологии» Шимомуре предложил его коллега по исследованию биолюминесценции, научный руководитель ИФБиБТ академик РАН Иосиф Исаевич Гительзон. Тщательно все обдумав, нобелевский лауреат принял предложение.

s20120714 shim5.jpg

Соруководители семинара — Осаму Шимомура, И.И.Гительзон — обмениваются впечатлениями

Среди основных задач проекта — изучение молекулярно-клеточной организации биолюминесцентных систем высших грибов, кольчатых почвенных червей и других групп организмов, а также создание аналитических систем, использующих явление биолюминесценции, для медицины, мониторинга окружающей среды. Не все знают, что многим видам высших грибов, например валуям и сыроежкам, свойственна хемилюминесценция, свечение настолько слабое, что его регистрируют с помощью приборов. (А некоторые тропические грибы светятся так ярко, что ночью хорошо видны невооруженным глазом.) Механизм их свечения, наряду с другими типами биолюминесценции, исследуют в Красноярске, интересует он и лично Шимомуру — совпадение научных интересов налицо.

В проекте также участвуют сотрудники красноярских Института биофизики и Института физики имени Л.В.Киренского СО РАН, московского Института биоорганической химии им. М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова. (Подробности см. на http://biolum.sfu-kras.ru.) Фактически будет создана новая лаборатория, занимающаяся изучением фундаментальных проблем биолюминесценции. «В проекте задействованы 84 человека, из них больше половины — студенты и аспиранты», — сообщила журналистам заведующая кафедрой биофизики СФУ, доктор биологических наук, профессор В.А.Кратасюк.

s20120714 shim6.jpg

Осаму Шимомура и С.В.Маркова (Институт биофизики СО РАН)

В июне 2012 года 83-летний Осаму Шимомура посетил Красноярск с первым рабочим визитом. Он вел семинар «Биолюминесцентные биотехнологии», сам выступил с докладом и послушал выступления российских коллег, отвечал на вопросы во время пресс-конференции, давал интервью. Была также постерная сессия, и, как сообщают, нобелевский лауреат с большим вниманием отнесся к работам студентов и молодых ученых.

Разумеется, журналисты спрашивали, как он решился на такой шаг: мегагрант мегагрантом, но не секрет, что материальное обеспечение российской биологии несколько хуже, чем в США... Лауреат ответил весело: «Я могу сказать, что мои лучшие исследования я провел, когда был беден. И у Джонсона тоже было не слишком много денег. Но конечно, если деньги есть, то проще вести хорошие исследования».

s20120714 shim7.jpg
Осаму и Акеми Шимомура посетили музей-усадьбу В.И.Сурикова

Не обошлось без вопросов о том, какие практические применения имеют исследования биолюминесценции вообще и открытие GFP в частности. Профессор Шимомура дал понять, что прикладная наука ему не особенно интересна (и на самом деле, добавим мы, все это несложно найти в Интернете, до светящихся собак включительно). Но журналистика имеет свою специфику: СМИ всегда требуют от корреспондентов «точки зрения» высоких гостей о пользе их открытий для человечества. Разговор начал пробуксовывать, и тогда слово взял академик И.И.Гительзон. Выступление Иосифа Исаевича мы решили привести здесь: сказанное не имеет прямого отношения к биолюминесценции, зато напрямую касается нашей работы.

«На мой взгляд, пресса виновата сейчас перед наукой и обществом. Наука в зеркале СМИ отражается искаженно, в лучшем случае говорят о том, какую пользу она приносит. Но задача фундаментальной науки — и я очень рад, что профессор Шимомура четко высказал эту позицию — не применять, а узнавать. Это должны понять и общество, и государство. Результаты фундаментальной науки принципиально непредсказуемы, в этом ее отличие от прикладной науки. Если вы заранее знаете, каким будет фундаментальный результат, то не надо делать опытов, это лишние траты. Нужно заниматься только исследованиями с непредсказуемым, неизвестным заранее результатом — задача фундаментальной науки в том, чтобы расширять область известного за счет бесконечно неизвестной природы. Вот этого часто не понимают, считают, что люди удовлетворяют любопытство за государственный счет. Нужно, чтобы пресса, которая формирует взгляды общества, боролась с этим обывательским представлением. Вы не обидитесь, если я напомню несколько строк из басни Крылова? "Ничуть меня то не тревожит, лишь были б желуди". Так вот, прикладные результаты — это желуди, и для того, чтобы они были, должно зеленеть дерево науки».

Жестко, но справедливо. Конечно, мы писали и будем писать о практических результатах науки, о том, что уже вошло в жизнь читателей или подошло к порогу. Но хотя будущее выращивают в инновационных фирмах и технопарках, рождается оно на семинарах и в лабораториях. Среди людей, которые хотят знать, почему светится малозаметное беспозвоночное, и упорно трудятся, чтобы найти ответ, даже если от этого свечения не видно немедленной пользы. Это осложняет финансовое прогнозирование и планирование, но наука работает именно так.





«Новые вещи делать всегда сложно».


«Химия и жизнь» не смогла отправить корреспондента в Красноярск, однако благодаря современным технологиям мы тоже задали профессору Шимомуре несколько вопросов.


Вы говорили в одном из интервью, что многие страны добились успеха в разработке технологий прикладного применения биолюминесценции, но вас привлекают фундаментальные исследования, которые ведутся в России. Почему именно Россия и какие исследования российских коллег вы могли бы отметить как положительный пример?

В течение последних 60 лет я изучал химию биолюминесценции. К сожалению, количество ученых, работавших в этой области, постепенно сокращалось. В 60-е годы эта область науки развивалась очень интенсивно, в 70-е — умеренно, а к настоящему времени практически сошла к нулю. Очень тяжело получать результаты, это упорный труд, который занимает много времени. В Японии и Соединенных Штатах те, кто встречается с такими трудностями, как правило, находят более легкие пути. Я несколько раз предлагал проводить исследования грибов в Японии, и мне отказывали. Это очень интересная тема, но слишком сложная. В природе есть три вида биолюминесценции: первая — люциферин-люциферазная система, вторая — система фотобелков, и третья... до сих пор не изученная. Фундаментально новые вещи делать всегда сложно. Меня в первую очередь заинтересовали российские исследования люминесценции грибов и червей. (Принцип свечения грибов как раз относится к не до конца понятным, у червей — люциферин-люциферазная система, но также еще плохо изученная. — Примеч. ред.)


Что бы вы ответили на вопрос: «Зачем нужна фундаментальная наука?»

Без фундаментальных результатов у прикладных исследований не будет питающего источника. Поэтому мы нуждаемся во все более и более глубоком фундаментальном понимании различных явлений. Я работаю в сфере фундаментальных исследований, наши результаты используют другие. GFP — очень яркий пример. После 1979 года я уже не занимался им, и все то, что было сделано в прикладной области, было сделано другими людьми.


Часто приходится слышать, что химия сдает позиции, уступает биологии, и даже Нобелевские премии по химии присуждаются, по сути, за биологические исследования. Как вы оцениваете роль химии в современной науке?

Химия имеет очень большое значение, вся химическая промышленность основана на ее достижениях. Но я тоже не совсем понимаю, почему премию за GFP присудили в области химии, было бы правильнее, если бы это была премия за достижения в области физиологии!


s20120715 shim8.jpg

В лаборатории у В.Н.Петушкова и Н.С.Родионовой (ИБФ СО РАН, группа биолюминесценции червей в проекте «Биолюминесцентные биотехнологии»)

Каких результатов вы ожидаете от вашего совместного проекта с Сибирским федеральным университетом?

Я полагаю, те, кто исследуют свечение червей, смогут определить структуру их люциферина, и я надеюсь на существенный прогресс в понимании механизмов свечения грибов.


На меня произвело впечатление то место в вашей нобелевской лекции, где вы рассказываете о конфликте с шефом. (Доктор Фрэнк Джонсон настаивал на том, что необходимо искать люциферин и люциферазу медузы, Шимомура был уверен, что светящееся вещество имеет иную природу, и некоторое время они даже работали отдельно. — Примеч. ред.) Что бы вы посоветовали молодому ученому, который видит, что его руководитель ошибается?

Сменить руководителя! (Смеется.) Честно говоря, у меня были очень хорошие отношения с доктором Джонсоном, и, после того как я обнаружил свечение экворина, он изменил свое отношение к этой проблеме и соответственно к подчиненному.

Разные разности

06.11.2018 15:40:00

…«Science» опубликовал шесть статей, посвященных финальному этапу исследования Сатурна автоматической межпланетной станцией Кассини…

…в Японии, возможно, будет разрешено редактирование генов человеческих эмбрионов в исследовательских целях...

…британские ученые с помощью CRISPR-Cas9 ввели в геном малярийного комара Anopheles gambiae мутацию, которая делает самок бесплодными при сохранении плодовитости самцов; такая мутация может полностью уничтожить вид…

>>
31.10.2018 18:00:00

Государство придумало способ борьбы за чистоту природы – экологические штрафы. Например, в США за период 2000—2015 годы средний размер штрафа составил 204 млн долларов. Как же компания может снизить такую нагрузку? Для этого нужно увеличить число женщин в составе руководящего органа.

>>
29.10.2018 17:00:00

Современный потребительский рынок перекошен действиями маркетологов, и они придумали очень интересные методы для обхода законов. С помощью методов, которым их научили в современных школах бизнеса, они создают ложные рыночные ценности.

>>
01.10.2018 12:00:00

…разновидность северного сияния под названием STEVE на самом деле вообще не северное сияние...

…найдены прямые и окончательные доказательства присутствия поверхностного водного льда в полярных областях Луны...

…чип, содержащий живые клетки дрожжей, поможет отслеживать суточные дозы облучения у сотрудников больниц, исследовательских лабораторий и АЭС…


>>
29.09.2018 10:00:00

У блокчейн-технологии есть существенный недостаток: ее защищенность базируется на том, что процедура проверки данных в цепочках блоков требует большого расхода энергии. При своем нынешнем объеме система потребляет энергии как целая страна.

>>