От "анатомии" молекулы - к ее "физиологии"

Очередной лабораторный семинар в ЛНФ провела профессор Института теоретической и экспериментальной биологии (Пущино) А. А. Вазина. Альвина Андреевна – признанный в мире специалист по применению синхротронного излучения для исследования структуры мышцы. Вместе с доктором физико-математических наук П. М. Сергиенко она создала удовлетворяющую всем требованиям мирового стандарта малоугловую установку рассеяния рентгеновских лучей в Новосибирском синхротронном центре. Лекция Альвины Андреевны "Использование синхротронов для исследования структуры биологических объектов" привлекла большое внимание физиков лаборатории. Кроме "исследования структур – материй", на первый взгляд, скучных для непосвященных, на семинаре прозвучало много любопытной информации, да и сама Альвина Андреевна - яркая, незаурядная личность. Вот что услышала ваш корреспондент на лекции и в разговоре с А. А. Вазиной.

Немного истории

У биологов всегда было мировоззренческое, по выражению Альвины Андреевны, отношение к физике. Местом проведения знаменитых зимних биологических школ не случайно стала Дубна. Интерес к проведению биологических исследований с первых лет создания ЛНФ инициировался со стороны физиков академиком И. М. Франком и Ф. Л. Шапиро, а со стороны биологов – братом Ильи Михайловича академиком Г. М. Франком, который в начале 70-х годов организовал и долгое время возглавлял Институт биофизики в Пущино. Те школы, организаторами которых были А. А. Вазина и покойный ныне О. Б. Птицын, стали способом самовыражения для целого поколения биологов и физиков. А из сложившейся на них научной и мировоззренческой атмосферы возникли впоследствии многие биологические институты. Собиравшаяся молодежная компания предъявляла не по возрасту высокие требования к научной программе - лекции проходили колоссальный отбор, ставилось и такое условие: о своих научных достижениях разрешалось докладывать не более 5 минут, а остальное время отводилось для обзора общего состояния дел, современных направлений. Одна лекция обязательно отдавалась физикам. Примерно этого же соотношения придерживалась Альвина Андреевна и в своей лекции в "нейтронке", сделав некоторый исторический обзор, рассказав о новых методиках и последних результатах изучения живых структур, и о своих только что сделанных и планирующихся экспериментах.

Обойти принцип

Главным источником пессимизма биологов всегда оставался вопрос: "Соответствует ли то, что мы изучаем, тому, что есть на самом деле?" Используемые биологами до недавнего времени методики и инструменты не позволяли обойти известный принцип - "как только мы начинаем изучать живое, мы живое теряем." Для того, чтобы вести исследования прямо в организме, не убивая его и не расчленяя на составные части, нужна быстрота изучения. Исследовать функционирование организма в том же масштабе времени, что идет отдельный процесс - милли- и микросекунды, всегда было мечтой биологов. Мощные синхротроны позволили им перейти от изучения, по образному выражению Альвины Андреевны, анатомии молекулы к ее физиологии. “Прабабушка в области использования синхротронов в биологии”, 27 лет работает А. А. Вазина в разных центрах СИ – DESY, Ереван, Новосибирск: “Сегодня все синхротронные центры стали своеобразными университетами для биологов – проводишь свои эксперименты, а на соседней станции ведутся совсем другие исследования. Посмотришь на них и вдруг находишь решение своей проблемы”. Исследований А. А. Вазиной связаны с изучением структуры мышцы при сокращении методом малоуголовой дифракции рентгеновских лучей. Результатом этих исследований стало понимание того, что мышца обладает “памятью”, и каждое последующее сокращение “помнит” ту последовательность структурных изменение, которая происходила в предыдущем. До открытия феномена мышечной памяти, механизма адаптации мышцы биологи очень долго работали в "мусорную корзину".

Плодотворный союз физиков и биологов на новом витке развития оказался успешным очередной раз. "Физики знают законы, биологи отбирают из них полезные. Мы стали физико-химическими методами изучать живое непосредственно в процессе и обнаружили структуру, не характерную для состояния покоя. Разница такая же, как между стаей журавлей, пасущейся на болоте, и клином в небе - клин на земле вы не сможете увидеть никогда. Из статики мы вышли в динамику, и теперь нам требуется опыт физиков-твердотельщиков."

Новая диагностика

В человеческом организме упорядочено абсолютно все, но если порядок, структура мышцы видны сразу, то совсем не бросается в глаза упорядоченность, например, слюны и желудочного сока. Но если у вас язва, то упорядоченность нарушается, и это отражается на дифракционной картине. Использование новейшего метода фазового контраста нашло применение в прикладных, медицинских работах. Они были начаты в России, а потом, вместе с нашими соотечественниками, "переехали" в США и Австралию. Сейчас в мире наблюдается настоящий бум исследований волос. Волосы накапливают все, что попадает в организм человека, и меняются достаточно долго, по сравнению с изменением состава крови и мочи, - через 3 месяца. Поэтому их дифракционная картина - готовый диагноз больного. Можно делать 100-процентную диагностику рака груди. Секреторные клетки груди имеют одинаковые с клетками волос промежуточные кератиновые феламенты. Поэтому по ним также возможна успешная диагностика. У всех больных с точным диагнозом рака груди и у 20 процентов здоровых людей из группы риска этого заболевания на дифракционной картине ясно видно диффузионное кольцо. Похоже, что это самая надежная, заблаговременная и быстрая из известных диагностик - 4 секунды экспозиции на синхротроне, и можно получить точный диагноз.

В ЛНФ в последние годы ведутся исследования структуры модельных биологических мембран с широким применением Си. Полученные результаты и разработанные методики представляют интерес для биологов. Здесь возможно перспективное сотрудничество физиков и биологов при движении от изучения структуры модельных биологических объектов к реальным медицинским препаратам. После семинара состоялось обсуждение возможности проведения исследования структуры вирусов на спектрометре малоуглового рассеяния нейтронов реактора ИБР-2. Также рассматривались перспективы развития синхротронных исследований.

Ольга ТАРАНТИНА