«В ярком сиянии червей и бактерий»: как красноярские учёные исследуют свечение живых организмов

Бактерии, черви, медузы и светляки могут сделать значительный вклад в развитие медицины. В этом уверены учёные из подразделений Института биофизики, которые занимаются исследованием феномена биолюминесценции — возможности живых организмов светиться. Журналисты «Городских новостей» побывали в двух лабораториях института, где изучают фантастических существ, излучающих свет, и разрабатывают технологии использования этой суперспособности, которая у некоторых людей до сих пор вызывает суеверный страх.

Люциферин морских рачков

Светящихся организмов и на суше, и в воде множество. Достаточно вспомнить светлячков, про которых человечество придумало столько песен и сказок. Но чаще всего способность излучать свет встречается у морских обитателей: медуз, рачков, кальмаров, водорослей. Известно, что ещё античные мудрецы интересовались этими существами. А в середине ХХ века учёный Осаму Симомура извлёк из морских рачков люциферин — особое вещество, которое и излучает свет. В 2008 году за исследование биолюминесценции этому исследователю и его коллегам присудили Нобелевскую премию, отметив, что их работа имела не только фундаментальное, но и вполне прикладное значение. Сегодня механизмы, лежащие в основе природного свечения живых существ, применяются в разных областях знаний, но особенно актуально их использование в медицине.

В Красноярске изучением биолюминесценции занимаются в лаборатории фотобиологии, которая была создана в Институте биофизики в 1961 году. Здесь в первую очередь исследуются морские существа, потому что их намного больше, чем сухопутных.

— Биолюминесценция помогает в изучении клеточных процессов в организмах человека и животных, — рассказал заведующий лабораторией кандидат биологических наук Евгений Высоцкий. — С помощью этого явления можно находить нарушения в работе клеток, искать опухоли, исследовать нервные импульсы, а также тестировать новые лекарственные препараты. Это очень перспективные направления, но самое интересное на сегодня — конструирование синтетических белков, мы тоже в него включились и даже выиграли грант.

Существа с огоньком

Светящиеся организмы живут и в наших краях, и они также являются предметом исследования красноярских учёных.

— В Абаканской протоке, к сожалению, биолюминесцентных существ не найти, они водятся только в морской воде, — объясняет Евгений Степанович. — Но в окрестностях Красноярска есть светящиеся грибы, черви. И это тоже интересные научные объекты.

Сейчас в мире известно около двух десятков видов светящихся кольчатых червей. В основном ареал их обитания — тропики. Однако и в Сибири найдены четыре биолюминесцентных вида, которые широко распространены в Красноярском крае и Иркутской области. Исследователи уверяют, что таких существ можно увидеть даже в городе.

Учёные уже установили, что для производства света червям вида Henlea sp. требуются четыре основных компонента: люциферин, люцифераза, ионы кальция и кислород. Люцифераза — фермент, который под воздействием кислорода и при участии кальция заставляет светиться люциферин — светоизлучающее вещество. А недавно красноярские исследователи обнаружили вещества, заставляющие сибирских биолюминесцентных земляных червей излучать ещё больше света, и создали синтетические аналоги этих активаторов сияния. Новые сведения дополнили научную систему, которая описывает механизмы биолюминесценции.

От гормонов до вируса энцефалита

В Институте биофизики изучением светящихся организмов занимается ещё одна лаборатория — биолюминесцентных и экологических технологий. Это совсем молодое подразделение, созданное в 2019 году. Оно сосредоточено на исследованиях белков — люцифераз и фотопротеинов, которые также способны излучать сияние в ходе химической реакции. Главная цель — применение полученных результатов в медицине.

— Биолюминисцентные белки могут использоваться при проведении различных анализов, — рассказала заведующая лабораторией доктор биологических наук Людмила Франк. — По степени чувствительности они могут соперничать с радиоизотопным анализом. При этом данная методика более безопасна, так как не требует больших производств и не даёт радиоизотопных отходов.

Сейчас учёные Института биофизики плотно сотрудничают с докторами онкологического центра, Федерального медико-биологического агентства, краевой клинической больницы. Совместно они исследуют, как при помощи люциферазы и фотопротеинов определять уровень гормонов в сыворотке крови, особый акцент делая на щитовидной железе, с которой у жителей Сибири, как известно, есть проблемы. Кроме того, биолюминесцентные белки позволяют находить у людей вирус клещевого энцефалита.

Также экспериментаторы успешно проводят скрининги, которые выявляют предрасположенность людей к тому или иному заболеванию, например, к нейросенсорной тугоухости. Отдельное актуальное направление работы красноярских учёных связано с использованием биолюминесцентных белков, их иначе называют репортёрными, в онкологии.

— Репортёрные белки получили это название, так как своим свечением рассказывают о каких-то событиях, например, о наличии в образцах крови или мочи того или иного онкомаркера, — говорит Людмила Алексеевна.

Сейчас учёные тестируют ранний способ диагностики рака мочевого пузыря и достигли уже хороших результатов — научились прогнозировать рецидив этого заболевания. Данный исследовательский проект получил поддержку Красноярского краевого фонда науки.

Онкология — не единственная медицинская проблема, на борьбу с которой сейчас брошены все лучшие силы науки. Исследователи также работают над ранней диагностикой рассеянного склероза. И здесь у красноярских учёных есть успехи. Так, с помощью светящихся молекул они смогли обнаружить специфические для рассеянного склероза антитела. Этот диагностический метод в перспективе можно будет использовать для первичного обследования пациентов.

В тему

В Институте биофизики в Красноярске находится уникальная научная установка «Биоресурсная коллекция культур светящихся микроорганизмов». В ней имеется самое представительное в РФ собрание светящихся бактерий из различных районов Мирового океана, грибов, привезённых из разных климатических зон земного шара, в том числе наших, сибирских. Главное назначение коллекции — сохранение генофонда и проведение на его основе фундаментальных и прикладных научных исследований.