Наука 2.0 Всеволод Белоусов: без жизни не может быть кислорода

Рассмотреть процессы в живых клетках позволят флуоресцентные белки. Как контролировать процессы? Можно ли остановить старение? О флуоресцентных белках и их вкладе в экспериментальную науку рассказал биолог Всеволод Белоусов в совместной программе "Полит.ру" и радио "Вести ФМ" "Наука 2.0".

Кузичев: Итак, друзья, мы как-то воссоединились.

Ицкович: Наконец.

Кузичев: Борис Долгин, Дмитрий Ицкович и Анатолий Кузичев в студии. Это ведущие проекта "Наука 2.0", совместного проекта...

Ицкович: Портала "Полит.ру"...

Долгин: И радиостанции "Вести ФМ".

Кузичев: Молодец. Дима сегодня особенно живой, да. Портала "Полит.ру" и радиостанции "Вести ФМ". В гостях у нас сегодня Всеволод Белоусов. И один из, не единственный, но один из поводов, по которому мы его позвали, он занимается самым далеким от реальной жизни делом. Ну, он сам так сказал. Потому что, когда его спросил один человек: флуоресцентные белки, биосенсоры, а вот как в быту их применить...

Ицкович: И какой ответ?

Кузичев: Я не знаю, а какое продолжение было у этой сценки хармсовской чисто?

Белоусов: Яд?

Ицкович: Теперь осталось достать кусок масла...

Белоусов: У нас эта тема в лаборатории обсуждается часто, как бы можно было их применить. И самый первый вариант, который приходит всем в голову, он обычно и последний: сделать флуоресцентное пиво. Дело в том, что можно...  ну, пиво же, оно дрожжами делается.

Ицкович: Извините, это все-таки у нас 12+, можно сказать. Так, может быть... я волнуюсь даже как-то.

Кузичев: Нормально, нормально, не бойся.

Ицкович: Нет-нет-нет, предмет... резиновое изделие № 2.

Белоусов: Резинотехническое, да?

Ицкович: Да.

Белоусов: Ну, это без применение флуоресцентных белков сделать проще значительно. Потому что туда добавляются такие красители химические...

Кузичев: Это просто красители.

Ицкович: А, понятно...

Кузичев: Ты сбил человека, самая интересная тема, подожди, про пиво.

Белоусов: Нет, почему? Это более интересная, может быть, тема для кого-то.

Кузичев: Слушайте, ну хорошо, а если пиво вынести за скобки, то вот если... мы побоимся вас обидеть и потерять сейчас, вот вы, так сказать... а вы чем занимаетесь тогда?

Ицкович: Пивом.

Долгин: Нет, может, сначала представим все-таки нашего гостя?

Кузичев: Прошу прощения, прошу прощения, конечно. У нас сегодня в гостях Всеволод Белоусов - кандидат биологических наук, заведующий группы биологии активных форм кислорода Института биоорганической химии имени Шемякина и Овчинникова Российской Академии наук.

Ицкович: Неужели так называется?

Кузичев: Ну правда. Ну два было человека уважаемых у истоков института.

Белоусов: Если бы было зачитано полное название, сейчас это как-то называется, я даже... бюджетное учреждение науки ... бла-бла-бла... Институт биоорганической химии... и далее по тексту.

Кузичев: Бюджетное учреждение науки? Сокращенно БУН.

Белоусов: БУН.

Ицкович: Нет, БЮН...

Кузичев: Бюджетное Учреждение Науки.

Долгин: Так, ближе к флуоресцентной все-таки.

Кузичев: Всеволод, не отвлекаемся.

Ицкович: Извините.

Кузичев: Чем вы занимаетесь там вот у себя?

Белоусов: Мы занимаемся тем, что мы разрабатываем инструменты, которые позволяют под микроскопом в отдельной живой клетке либо в отдельном живом организме изучать какие-то процессы в режиме реального времени. А потом мы, когда разрабатываем...

Долгин:  На самом деле очень интересная штука, чтобы понять, что происходит.

Ицкович: Интересно, дай послушать. Как раз интересно, да.

Белоусов: Собственно мы разрабатываем инструмент такой, а дальше, так как он у нас есть в руках и есть некий научный зуд по поводу вопросов, на которые можно ответить с помощью этого инструмента, мы его сами начинаем применять. То есть обычно, когда технология внедряется в науку, если она хорошая технология и если она действительно потом используется людьми там где-то в науке международной, проходит обычно 5-6 дет прежде чем она становится популярная, народ ее акцептирует. И вот этот лак 5-6 лет, когда ты знаешь, как применить эту технологию, а никто еще как бы не совсем понял, он вот приводит к тому, что мы эти инструменты и применяем.

Кузичев: И фактически тестируете.

Белоусов: Да. И вот это как раз относится, скажем, в моем случае к названию моей группе, в которой мы изучаем активные формы кислорода.

Ицкович: То есть вы разрабатываете инструменты, и чтобы они даром не пропадали, там дебюля ваши, то вы их сами и используете?

Белоусов: Да-да-да, сами и заколачиваем.

Ицкович:  Сами и заколачиваете.

Белоусов: Совершенно верно.

Ицкович: А что такое активная форма кислорода?

Белоусов: А активная форма кислорода... Ну, вот мы все аэробные животные, дышим кислородом и получаем в результате этого процесса энергию, ну то есть мы сжигаем еду кислородом. И в норме молекула кислорода при сжигании еды, она получает четыре электрона и превращается в воду. Это вот такой нормальный процесс дыхания в этом заключается. Но процесс такой многостадийный, и иногда электрончики из этой цепочки утекают, и образуются производные кислороды, ну где-то в середине этой цепи, не в конце, как положено, а в середине цепи происходит восстановление одним электроном, не четырьмя, а одним.

Ицкович: Это что, типа озона что-то?

Белоусов: Да-да, но озон - это немножко другая, но в общем да, близком, очень близко к тому. Образуются такие очень реакционноспособные, очень такие зверски реагирующие.

Ицкович: Вредные.

Белоусов: Да, производные кислорода, которые могут повреждать что-то. Но на самом деле про то, что они могут что-то повреждать, знали всегда и именно так их и рассматривали.

Кузичев: А как их называли вот всегда и когда рассматривали?

Белоусов: Ну, активные формы кислорода. Ну, там самые известные - это пероксид водорода. Вот, знаете, которым ранки мажут, которым блондинки красятся. Пероксид водорода - это вот...

Кузичев: Она же перекись.

Белоусов: Да, перекись водорода, да.

Ицкович: Она такая вредная, что обесцвечивает волосы.

Кузичев: Да, да, вот так бы и сказали. Понятно, да.

Белоусов: Да, это вот оно, да. Ну, и есть еще несколько, но вот перекись водорода - самая известная.

Кузичев: Понятно.

Белоусов: Но оказалось, что в клетке вообще эта перекись водорода используется направленно, клетка ее делает, контролирует, использует в качестве молекулы, в качестве передатчика сигнала, то есть там целая химия за этим стоит, не буду сейчас вдаваться в подробности. В общем, оказалось в последние 10-15 лет эти опасные якобы молекулы на самом деле в каждой нашей клетке генерируются вполне сознательно, ну с точки зрения клетки, они управляют какими-то процессами, модифицируют там метаболизм, передачу сигнала и так далее. То есть вот мы в нашей группе делаем сенсоры флуоресцентные, которые позволяют под микроскопом засечь момент, когда они исчезают и связать с какой-то физиологией.

Ицкович: То есть это не статистическое явление, а управляемое явление?

Белоусов: Да, клетка в принципе... Есть некий фон, некие действительно утечки, как считали раньше, он есть, он небольшой, клетка с ними отлично борется в принципе в норме. Но так же в норме это активный процесс, и есть специальные ферменты...

Ицкович: То есть два процесса идет. Одно - как бы удержание, а второе - что-то с этим делается.

Белоусов: Да, да, да. То есть клетка активно делает их очень контролируемым образом и использует по назначению. Когда нужно - включает, когда надо - выключает.

Кузичев: Понятно.

Ицкович: А скажите главную тайну: откуда вообще кислород взялся?

Белоусов: Кислород взялся, его понаделали фотосинтезирующие цианобактерии, там 2,5 миллиарда лет назад.

Ицкович: То есть правильно, мы здесь вот на передаче это выясняли и правильно поняли, что вообще кислород - это производная жизни.

Белоусов: Да, абсолютно.

Ицкович: То есть без жизни не может быть кислорода.

Белоусов: Да. Более того, его не может быть без фотосинтезирующей жизни. То есть первые там сколько-то миллиардов лет существования Земли, там два, скажем, не было вообще никакого кислорода, хотя жизнь была, она была анаэробная. Но потом появились когда первые простейшие фотосинтезирующие организмы, произошла вспышка кислорода. И там очень интересно...

Ицкович: Непонятно. Еще раз...

Белоусов: Непонятно, да? Значит, вот растения, они умеют фотосинтезировать. Фотосинтез - это когда на свету...

Кузичев: Нет, ну мы не до такой степени, это мы примерно понимаем.

Ицкович: Это понятно, да.

Белоусов: Да? Вот самые простейшие организмы...

Долгин: Видимо, непонятно было про скачок.

Ицкович: Растения были анаэробные, и они стали синтезировать... Или что?

Белоусов: Нет. Тут вообще растений не было.

Кузичев: Вот скачок, вот переход этот.

Белоусов: Значит, были микроорганизмы.

Ицкович: Жрали кремний...

Белоусов: Ну, что-то жрали, да, железо, серу, там кремний...

Ицкович: Ой, какие...

Белоусов: Появились потом первые фотосинтезирующие микроорганизмы. То есть это одна клетка, которая способна к фотосинтезу вот в той же степени, как сейчас растения способны к фотосинтезу. А тогда это была куча вот таких одноклеточных цианобактерий.

Ицкович: Которые научились жрать солнце.

Белоусов: Да, они научились жрать солнце и начали делать кислород. И здесь произошла такая беда, что вообще организмы, которые жили в это время, все, кроме вот этих самых, да и они тоже, они оказались к кислороду не очень приспособлены, и им надо было с ними как-то бороться. То есть, с одной стороны - очень эффективная система производства энергии.

Ицкович: Ну прямо из солнца, еще бы!

Белоусов:  С другой стороны - кислород токсичен как бы.

Кузичев: Ну да.

Белоусов: В частности, потому, что вот эти активные формы кислорода, они токсичны, они что-то окисляют. И клетки начали сначала бороться с ними. И там интересный момент, что надо понимать, что кислорода стало много, но его стало много не сразу, а первое время он был только, скажем, днем, когда свет есть.

Ицкович: А потом улетучивался.

Белоусов: А потом, когда ночь, да, он уходил. И существовал он не глобально в атмосфере, а локально возле...

Ицкович: Там, где они вырабатывали сами.

Белоусов: Там, где вот эти бактерии жили, да, там и было много кислорода.

Ицкович: То есть они первые страдали от него.

Белоусов: Они первые страдали и их соседи страдали. Тогда многие сообщества бактериальные жили такими слоями, их маты сейчас называют бактериальные. Не путь с матами такими русского языка. Вот. И вот эти слои соседние с цианобактериями, они тоже страдали. И, в общем, вся эта жизнь, она начала вырабатывать системы защиты от вот этого активного кислорода.

Кузичев: Кислорода, который они же и вырабатывали.

Белоусов: Да, который они же и вырабатывали. Вот.

Ицкович: А вода откуда взялась?

Белоусов: А вода, она и была.

Ицкович: Она и была.

Белоусов: Да, вода, она и была. Это уже такая геохимия, я в ней не очень силен в данном случае.

Ицкович: То есть вода - это не производная жизни, она сама по себе?

Белоусов: Да, да, да.

Ицкович: При том, что она связывает кислород.

Белоусов: Она не связывает. Она просто... В составе воды есть кислород, да, но это не тот кислород, это атом кислорода в составе молекулы воды. А тот кислород, который...

Ицкович: Свободный.

Белоусов: Свободный, да. Эта молекула кислорода из двух атомов состоит - О2.

Ицкович: И вы собственно изучаете вот тот самый процесс, как клетки приспособились к свободному кислороду.

Белоусов: Да, да. Они мало того что приспособились, они начали его эффективно использовать. И там интересно очень, вот у нас есть так называемая циркадная регуляция, ну вот день-ночь, все организмы на Земле практически, которые хоть как-то видят свет, они либо дневные, либо ночные, то есть у них есть вот эти циркадные ритмы так называемые, это наука. Ну, в общем, часы, клеточные часы, то есть все у нас работает по часам.

Кузичев: Понятно.

Белоусов: Вот буквально в прошлом году оказалось, что выпустили в Nature, не в прошлом, ну там в позапрошлом было там две-три статьи в журнале Nature, где оказалось, что кислород собственно и его активные формы, они и являются триггером этих часов. То есть самая простейшая молекула, которая управляет часами, это как раз вот эти активные формы кислорода, перекись водорода. Собственно, почему это произошло? Именно потому, что долгое время организмы на Земле видели кислород только днем, а ночью он исчезал, то есть колебания кислорода были такие, цикличные.

Долгин: Там задавалось колебание.

Белоусов: Да. И клетка на это всё, она надстроила, она научилась бороться с ними.

Кузичев: И наши циркадные ритмы - это память вот тех еще времен?

Белоусов: Да, да, да. Это память с тех времен.

Кузичев: Матерь божия!

Белоусов: Потому что сначала клетки научились, жизнь как бы научилась бороться с ними, а потом начала использовать это не только как источник энергии, а как некий сигнал. Ну это же удобно, да? Кислород меняется, значит, можно это использовать в качестве некоего сигнала, что надо включить что-то, а что-то выключить, надо начать делиться или надо, например, успокоиться и не делиться.

Ицкович: И отдохнуть.

Белоусов: Отдохнуть, отдохнуть от трудов.

Кузичев: Ну, у нас все перепуталось: мы, с одной стороны, ночью отдыхаем, но и делимся тоже ночью в основном.

Белоусов: Но и делимся.

Ицкович: По-разному.

Кузичев: Ну, по-разному, конечно. Ну ладно, извините.

Белоусов: Да. И дальше на это все такая надстройка мощная была сделана, что потом в наше, условно говоря, время, когда кислорода стало в атмосфере огромное количество, такое, что ночью и днем, можно сказать, одинаковое...

Ицкович: А как быстро оказалось такое количество?

Белоусов: Ну, в течение там миллиарда лет, наверное, а, может быть, даже меньше, надо там посмотреть.

Ицкович: А сейчас это константа или как-то меняется?

Белоусов: Сейчас это меняется слабо. Но в принципе - да, можно считать, что в атмосфере константа, да, что днем, что ночью - более-менее одинаково.

Ицкович: И сколько поглощается, столько и вырабатывается.

Белоусов: Ну, в общем, да.

Ицкович: Сколько надышали, столько и ликвидировали.

Белоусов: Сколько надышали, столько и ликвидировали. Вот.

Кузичев: Понятно. Так, извините, друзья, сейчас прервемся ненадолго на короткие новости. Напомню только, что в гостях у нас Всеволод Белоусов. Говорим сегодня... Ну, я думал, видишь, начали с флуоресцентных белков и биосенсоров, а вон как мы куда...

Долгин: Про активный кислород.

Кузичев: Про циркадные ритмы и про активный кислород. Не переключайтесь, друзья, через две минуты мы вернемся.

Полностью слушайте в аудиоверсии.