Чтение онлайн

Метод ПЦР удивительно легко автоматизируется. Первые автоматические устройства поступили в продажу в начале 1990-х годов – пример рекордно быстрой промышленной реализации научно-технической разработки. В настоящее время ДНК-амплификатор – довольно рутинный прибор, которым оснащены все хорошие медицинские диагностические центры. Он немногим больше лазерного принтера, в нем можно одновременно осуществлять несколько десятков различных реакций ПЦР в маленьких пластиковых пробирках.

Поражает простота осуществления ПЦР. Не требуется никаких предварительных операций выделения или очистки исходной ДНК, иногда берут просто содержащий ее материал – каплю мочи, слюны, крови, кусочек ткани или кости. ПЦР-амплифицирование во многие тысячи раз упростило, ускорило и удешевило процесс выделения специфического фрагмента ДНК, например, какого-то гена. То, что раньше достигалось многомесячным трудом коллектива высокопрофессиональных специалистов, ныне осуществляет один работник со специальной подготовкой за один рабочий день.

За 25 лет, прошедшие с момента открытия ПЦР, были разработаны как множество ее вариантов, так и многочисленные ее применения в биологии, биотехнологии, медицине, криминалистике, популяционных исследованиях. В сущности, все эти области немыслимы сегодня без использования полимеразной цепной реакции. И неслучайно говорят, что история их развития четко разделяется на два периода: до открытия ПЦР и после.

Я рассказал лишь о двух направлениях практического использования исследований ДНК. Напомню еще о биочипах, описанных во второй главе. Их получают, прививая к поверхности носителя короткие (6–20 звеньев) олигонуклеотиды, а принцип действия основан на комплементарном связывании с фрагментами ДНК. Есть еще генетически модифицированные растения и животные. К ним можно относиться по-разному, но никуда не деться от факта, что это наше будущее, а если быть совсем точным, то уже настоящее. Есть множество и других применений, включая гипотетические ДНК-компьютеры.

В основе всего лежит манипулирование ДНК – нанообъектом – с помощью молекулярных машин, имеющих наноразмеры. Это не просто нанотехнологии, это нанотехнологии в квадрате.

Помню, как я пытался весной 2008 года убедить в этом ученых подмосковного Пущино, центра отечественной молекулярной биологии, на научном кафе, посвященном нанотехнологиям. Не убедил. Они так и остались при своем мнении, что нанотехнологии – это производство неорганических материалов и электроники. Мои ссылки на мировой опыт и призывы к здравому смыслу не произвели впечатления, у ученых был убойный аргумент: “нанотехнологические” гранты давали только в указанных областях, молекулярная биология не присутствовала в перечне спонсируемых тем ни в каком виде.

Ситуация с финансированием с тех пор изменилась, во вновь созданном отделении нанотехнологий Российской академии наук появились академики-биологи, но в общественном сознании генная инженерия и смежные области по-прежнему не ассоциируются с нанотехнологиями, а молекулярные биологи, даже получая соответствующие гранты, упорно отказываются именовать себя нанотехнологами. Научное сообщество в некоторых своих проявлениях удивительно консервативно, тут новое мышление зачастую пробивает себе дорогу намного медленнее, чем в умах широкой общественности. Впрочем, иногда это идет во благо. Ведь новое не всегда означает лучшее.

В этой главе мы поговорим о вирусах (несомненно, объектах нанонауки) и о том, как вирусология порождает новые, конечно же, нанотехнологии.

Слово “вирус” знакомо, наверное, всем, но мало кто представляет себе, что это такое. Так вот, вирус – это ДНК (или РНК) в белковой оболочке, нечто пограничное между живым и неживым. А честь открытия вирусов принадлежит русскому ученому Дмитрию Иосифовичу Ивановскому (1864–1920). Готов поставить десять к одному, что фамилия эта до сего момента была вам неизвестна. Если я ошибся, то примите мои извинения, поздравление с выигрышем и восхищение вашей эрудицией. Внакладе же я не останусь, потому что девяносто девять других читателей с лихвой компенсируют мой проигрыш вам.

Дмитрий Ивановский родился в родовом поместье под Гдовом близ Санкт-Петербурга. Это имение стало последним осколком некогда огромного состояния. Земельная реформа Александра II и отмена крепостного права лишили Ивановских и этого источника существования, а ранняя смерть отца семейства довершила крах. Вдова с пятью детьми перебралась в столицу, где едва сводила концы с концами, получая маленькую пенсию. Хроническое безденежье наложило отпечаток на молодые годы Дмитрия Ивановского, да и потом преследовало его – видно, так ему на роду было написано. Плюс состоял в том, что он был просто вынужден уделять большое внимание учебе, чтобы оканчивать все курсы в числе первых учеников и получать стипендии для продолжения образования, а беспрестанное репетиторство, которым он стал заниматься еще в гимназии ради заработка, приучило к самодисциплине и закалило характер.

После гимназии Ивановский поступил на отделение естественной истории физико-математического факультета Петербургского университета. Под “естественной историей” понимались тогда химия и биология, а преподавали их в университете такие корифеи отечественной и мировой науки, как Дмитрий Иванович Менделеев, ботаник Андрей Николаевич Бекетов [43] и Андрей Сергеевич Фаминцын, один из пионеров исследований фотосинтеза, введший в научный оборот хорошо всем известный термин “обмен веществ” применительно к растениям. Под их руководством Ивановский грыз гранит науки, параллельно подрабатывая лаборантом в лаборатории физиологии растений и анатомии и приобщаясь там к самостоятельной научной деятельности.

После окончания университета Ивановского вместе с его однокурсником В. Половцевым отправили “в поле” на юг России (теперешнюю Украину и Молдавию) изучать болезни табака, которые причиняли большие убытки. В первый же сезон молодым исследователям удалось установить, что местный табак поражен двумя болезнями совершенно разной природы. Одна из них, которую они назвали “рябухой”, вызывалась микроскопическим грибком-паразитом, распространение которого было связано с климатическими условиями местности. Вторая имела похожие внешние симптомы: у больного растения некоторые участки листа теряли зеленое красящее вещество, хлорофилл, а другие, наоборот, накапливали его более энергично, вследствие чего лист становился пятнистым. Болезнь была заразной и передавалась от растения к растению неведомым образом. Буквально за год до этого ее описал голландский ботаник Адольф Майер, давший ей название “мозаичной болезни”.

Фаминцын предложил Ивановскому продолжить исследования, чтобы выявить возбудителя болезни. Нельзя сказать, что Ивановский с радостью ухватился за это предложение, более того, он от него упорно отказывался, боясь завалить порученное дело и не оправдать высокого доверия учителей. Он был классическим русским интеллигентом, скромным, неуверенным в себе, вечно сомневающимся, в общем, рефлектирующим.

Признаем, что основания для сомнений были. Микробиология – наука о микробах – находилась тогда в самом начале своего бума, непрекращающегося по сей день. Стараниями Луи Пастера (1822–1895) было окончательно установлено, что заразные болезни вызываются мельчайшими живыми организмами – микробами или бактериями, которые проникают в тело человека или животных. Параллельно Роберт Кох (1843–1910) разработал основные методы исследования бактерий, после чего открытия новых бактерий – возбудителей разных болезней – посыпались как из рога изобилия. Но возбудители некоторых болезней, причем таких распространенных, как оспа, бешенство и корь, никак не давались в руки ученых.

Пастер элегантно обошел это препятствие, создав вакцину от бешенства без проникновения в тайну того, что же, собственно, вызывает эту болезнь. А несколькими десятилетиями раньше то же самое сделал Дженнер с оспой. Можно сказать, что и в этих случаях технологии шли впереди науки. Но проблема между тем оставалась. В случае растений она усугублялась тем, что необходимо было обнаружить именно возбудителя болезни, половинчатый результат в виде создания вакцины не проходил, ибо вакцин для растений не существует. Надежда на то, что начинающий исследователь преуспеет там, где потерпели фиаско его более опытные коллеги, была весьма призрачной.

Как бы то ни было, Ивановский взялся за исследования, деля время между Петербургским университетом, табачными плантациями Никитского ботанического сада в Ялте и Ботанической лабораторией Академии наук. Квинтэссенцией его работы был эксперимент, который задним числом кажется элементарным и даже самоочевидным. Ивановский пропустил сок больного растения через фильтр – так называемую свечу Шамберлена, ученика Пастера, который ввел ее в употребление для отделения микробов от жидкости. Она представляет собой полый цилиндрик из пористой глины, “фарфора”, закрытый с одного конца. Его вставляют в просверленную пробку, а ту плотно вгоняют в горлышко стеклянной колбы. Затем через верхний открытый конец в цилиндрик наливают жидкость, содержащую бактерии. При откачке из колбы воздуха жидкость проходит через стенки цилиндрика и стекает вниз, бактерии же не могут пройти через мелкие поры и остаются на стенках.