Текст уведомления здесь

Двойная спираль ИБХ РАН

Мыши, грибы, растения, белки и пептиды — фоторепортаж из Института биоорганической химии РАН

Ключевые компоненты живой клетки — белки и пептиды (короткие белки) — могут служить маркерами происходящих в клетке изменений. С их помощью можно диагностировать онкологические заболевания на ранних стадиях. А изучение молекулярно-клеточного взаимодействия в движении и рассмотрение пептидного состава сыворотки и плазмы крови помогут в разработке нового поколения противоинфекционных лекарств. Такие исследования проводятся в Институте биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук (ИБХ РАН) при поддержке Российского научного фонда.
Добавить в закладки
Комментарии

Сотрудники ИБХ РАН уже собрали целую коллекцию образцов эмбриональных, опухолевых и здоровых тканей человека и нашли группу белков, которая отвечает за развитие самого сложного для лечения вида рака — рака поджелудочной железы. Кроме того, ученые создали простой и дешевый способ синтеза нуклеотидов — соединений, которые приводят к гибели опухолевых клеток и останавливают развитие вирусов в организме. Эти и многие другие разработки Института биоорганической химии РАН станут хорошей фундаментальной опорой для дальнейших исследований и выхода на создание социально значимых вещей.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова (ИБХ) РАН — крупнейший центр физико-химической биологии и биотехнологии в России. Здесь работает более 1000 сотрудников в более чем 40 лабораториях.

В 1978 году Юрий Овчинников, академик, второй директор ИБХ РАН, пытался установить структуру мембранного белка бактериородопсина — реагирующего на свет белка, применимого во многих областях жизни, особенно в голографии и микроэлектронике. В условиях жесткой конкуренции лаборатория Овчинникова опередила лабораторию лауреата Нобелевской премии Хара Гобинда Корана и первая расшифровала структуру этого белка. Сегодня изучение мембранных белков, начатое Овчинниковым, является одним из наиболее актуальных направлений в постгеномных исследованиях.

Лаборатории института проводят исследования молекулярных механизмов различных процессов жизнедеятельности, разрабатывают фундаментальные и прикладные аспекты биотехнологии. Именно в ИБХ РАН создали гормон роста для детей методами генной инженерии и некоторые иммуномодулирующие лекарства, наладили выпуск отечественного генно-инженерного человеческого инсулина.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Здание института построено в виде двойной спирали, и на картах в нем угадывается ДНК. Такой дизайн имеет и практическое значение. Оно гармонично сочетает в себе пространства для всех видов научной работы: химической, биологической и физической, фундаментальной и прикладной — здесь есть опытное производство для выпуска первых партий лекарств.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Игорь Чернов, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Лаборатории структуры и функций генов человека ИБХ РАН, работает в ламинарном боксе, чтобы обеспечить равномерный вертикальный поток стерильного воздуха для работы с раковыми клетками и защитить их от микробного заражения.

Чернов вместе с коллегами во главе с академиком Евгением Свердловым изучают ключевые для развития эмбриона гены и их белки, которые одновременно играют большую роль в зарождении и эволюции раковых опухолей и их метастазов. Исследования проходят на культурах раковых клеток и мышах с привитыми опухолями. Если в клетках нет нужного белка, сотрудники лаборатории с помощью модифицированных лентивирусов доставляют в них необходимые гены. Так можно заставить клетку вырабатывать отсутствующий белок.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

В Лаборатории углеводов исследуют биологические процессы, которые в движущихся клеточных системах (а это, в первую очередь, кровь) протекают иначе, чем в статике, без движения. Большинство тех экспериментальных систем, которые используются в лабораториях сейчас, динамическую составляющую биологических взаимодействий не учитывают. Это приводит к потере важной информации. Возможно, именно по этой причине большинство потенциальных лекарств, успешно прошедших испытания в пробирке на культуре клеток (in vitro), проваливают испытания на животных (in vivo).

Для изучения процессов в движении перспективен принцип плазмонного резонанса, когда один из взаимодействующих партнеров закреплен на чипе, а второй двигается в потоке жидкости, имитирующей кровь. Скорость этого потока регулируется, а взаимодействие измеряется в реальном времени и без дополнительных реагентов.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

На поверхности эритроцитов и других клеток крови находятся гликопротеины и гликолипиды, которые могут действовать как сильные антигены. В Лаборатории углеводов смотрят, что происходит при переносе гликолипидов с клетки на клетку или с клетки на бактерии. Как это ни странно, до сих пор такой простой процесс мало изучен. Чтобы его изучить, сотрудники встраивают в клетки, выстилающие кровеносные сосуды, искусственно созданный гликолипид и в потоке жидкости, имитирующей кровь, определяют, как гликолипид попадает на бактерию. Этот эксперимент проводили с помощью флуоресцентного («светящего») микроскопа: он помогает проследить за движением гликолипидов при помощи нанесенных на них «светящихся» меток.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Лаборатория клеточной биологии рецепторов изучает тирозинкиназные рецепторы — белки в оболочках клеток, контролирующие множество процессов в клетке: деление, миграцию, метаболизм и специализацию клетки. Нарушения в работе рецепторов могут привести к проблемам, в частности к развитию опухолевых заболеваний. Лаборатория изучает рецептор, подобный рецептору инсулина. Этот рецептор открыли еще в 1989 году, но все попытки ученых определить его роль в организме и найти природный лиганд, то есть молекулу, приводящую к активации рецептора, были тщетны. До сегодняшнего дня считалось, что для активации такого рецептора необходим достаточно крупный лиганд в виде белка.

Но Лаборатории клеточной биологии рецепторов удалось показать, что этот рецептор активирует не белок, а слабощелочная среда. Чтобы понять механизм этой активации, сотрудники лаборатории получили рецептор, а потом очистили его на хроматографе (на фото). Компьютерный анализ 3D-структуры рецептора позволил показать, что в щелочной среде белок принимает более компактную форму, что доказывает его зависимость от состояния раствора.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Чтобы определить роль рецептора из семейства рецептора инсулина, ученые ИБХ РАН получили генно-модифицированных мышей, в которых ген, кодирующий этот рецептор, удалили. Сравнивая измененных и обычных мышей, ученые определяют, на какие процессы влияет отсутствие рецептора. Так, например, оказалось, что организм мыши без этого рецептора с трудом выводит избыток щелочи. Исследования продолжаются. Если гипотеза о том, что слабощелочная среда может активировать в организме изучаемый рецептор, подтвердится, это существенно изменит представления ученых о способах активации рецепторных тирозинкиназ и регуляции кислотно-щелочного равновесия у живых существ.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Белки являются главными машинами живой клетки, выполняя множество функций — от производства энергии до передачи информации. Одной из главных характеристик белков является их уникальная 3D-структура. Сотрудники Лаборатории биомолекулярной ЯМР-спектроскопии используют сверхпроводящие магниты, создающие мощнейшие магнитные поля, для измерения расстояний между ядрами атомов в молекулах различных белков. Это позволяет определять их 3D-структуры.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Старший научный сотрудник Учебно-научного центра ИБХ РАН Екатерина Финкина исследует активность белков растений, защищающих их от грибков. Для этого в пробирки помещают эти белки и патогены, а результаты наблюдают при помощи микроскопа. Например, на экране — изображение спор фитопатогенного гриба Fusarium oxysporum, вызывающего гниение корневой системы растений (увеличено в 40 раз).

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Для фундаментальных исследований ученые часто используют модельные организмы, которые могут не иметь практического значения для человека, но обладают рядом преимуществ и удобств для работы. Один из новых и интересных модельных объектов биологии растений — мох зеленый Physcomitrella patens. Мхи очень близки первым растениям, которые несколько сотен миллионов лет назад появились на суше и изменили облик биосферы Земли. Их изучение позволяет заглянуть в прошлое и изучить новшества, которые позволили растениям колонизировать сушу.

В Лаборатории протеомики ИБХ РАН ученые используют мох зеленый для изучения фундаментальных процессов, связанных с ответом клеток растений на стрессовые факторы внешней среды.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Растения мха выращиваются на твердой питательной среде. Их гены, кодирующие регуляторные пептиды (короткие белки), не работают. Мох удобен тем, что в нем легко «выключать» некоторые гены или делать их работу интенсивнее.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Гаметофоры (на фото), зрелая жизненная форма мха зеленого, удобный объект для изучения защитных механизмов клеток растений в ответ на недостаток влаги. Мхи способны переживать экстремальные условия, в том числе практически полное высушивание, и регенерировать после этого в полноценные растения. Такие особенности дали возможность первым наземным растениям адаптироваться к жизни в условиях суши. Изучение этих механизмов защиты поможет в получении устойчивых к засухе сельскохозяйственных растений.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Руководитель Учебно-научного центра ИБХ РАН, доктор химических наук Татьяна Овчинникова проводит занятия с аспирантами института. Исследования в рамках пятилетней программы института позволили привлечь к участию в научной работе большое число студентов, аспирантов и молодых ученых. Всего в проекте заняты 140 человек, больше половины из которых — молодые ученые.

Редакция благодарит за помощь в создании материала Российский научный фонд.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Гравитационную постоянную то ли уточнили, то ли нет

Для разных методов измерения гравитационная константа по-прежнему разная, и физики не знают почему.

Международная группа ученых, куда входил Вадим Милюков из ГАИШ МГУ, попробовала рассчитать значение гравитационной постоянной — важнейшей физической константы, определяющей, как сильно тела притягиваются друг к другу. Исследователи считают, что смогли заметно повысить точность измерения константы.
Добавить в закладки
Комментарии

Но у тех же исследователей измерения разными методами с «уточненной» константой все равно дали разные результаты — по неизвестным причинам. Это означает, что гравитационная постоянная и дальше будет оставаться самой «скандальной» из известных физических констант. Соответствующая статья опубликована в Nature.

Фундаментальные константы крайне важны для основных физических расчетов, ведь константа входит в огромное количество формул и, таким образом, именно уровень точности ее измерения определяет уровень точности почти любых физических расчетов. За последние сто лет прогресс в этой области был огромным — например, скорость света измерена с ошибкой в районе четырех миллиардных, что позволяет чрезвычайно точно предсказывать и обнаруживать целый ряд релятивистских эффектов (явления, происходящие при скоростях, сравнимых со скоростью света).

Однако гравитационная постоянная — исключение на этом фоне. Как известно, сила тяготения между двумя телами равна произведению квадратов их массы, деленному на квадрат расстояния между ними и умноженному на G, или гравитационную постоянную. Впервые ее измерил Кавендиш еще в XVIII веке при помощи чрезвычайно простого и остроумного устройства — крутильных весов. Они состоят из двух грузов на коромысле, которое, в свою очередь, подвешено за нитку и может свободно вращаться. Когда к одному из грузов подносят внешнее тело заранее известной массы, его гравитация отклоняет к себе подвешенный груз и нитка, на которой вывешено коромысло, начинает слегка закручиваться.

С этой константой есть сразу две проблемы. Во-первых, измерять ее на крутильных весах точно очень тяжело: гравитационное взаимодействие много слабее электромагнитного и иных, поэтому крутильные весы отклоняются совсем слабо, что затрудняет точное измерение. Во-вторых, попытки по-разному измерить гравитационную постоянную стабильно дают разные результаты. Скажем, с помощью крутильных весов это делают двояко — и так, как мы описали выше, и иначе, когда коромысло крутильных весов до измерения не неподвижно, а свободно вращается туда-сюда, а влияние сторонних гравитирующих тел, подносимых к весам, измеряют по изменению периода вращения таких весов. И вот почему-то первый и второй методы всегда дают слегка разные результаты, а почему — никто не знает. [ ... ]

Читать полностью

Все равно его не бросить

Почему нас заваливает пластиком и что с этим делать

Человечество уже более полувека производит миллионы тонн пластика ежегодно, и большая его часть идет на одноразовые вещи. Куда они отправляются после использования, люди стали задумываться лишь недавно, так что о накоплении пластика и его влиянии на окружающую среду ученые сегодня знают крайне мало. Корреспондент «Чердака» узнал у специалистов, что происходит с «потерявшимся» пластиком в масштабах планеты.
Добавить в закладки
Комментарии

«Это мир без моли и ржавчины, полный цвета; мир, построенный из синтетических материалов, сделанных из наиболее распространенных веществ. Мир, в котором нации становятся все более назависимыми от локальных ресурсов. Мир, в котором человек, как волшебник, создает все, что хочет, из того, что лежит у него под ногами», — писали в 1941 году химики Виктор Ярели и Эдвард Казэнс. Тогда в мире производилось менее миллиона тонн пластика в год, но он уже широко применялся в производстве вещей — от чайных чашек до корпусов самолетов.

Пластиковый мир победил стремительно: человечеству быстро пришелся по вкусу материал, отличающийся легкостью, прочностью, долговечностью, а кроме того, способный принимать любую форму и цвет. И, что самое главное, производимый буквально за копейки.

Одноразовые вещи

Пластик — общее обозначение для сотен полимерных органических веществ, которые синтезируют главным образом из нефти, угля и газа. Например, в Европе на производство пластика идет 4−6% этих полезных ископаемых (для сравнения: на транспортное топливо — 45%). К 2016 году цифра производимого человечеством в год пластика достигла 335 миллионов тонн, а всего за последние 50−60 лет мы создали 8,3 миллиарда тонн, причем половина от этого количества произведена в последние 13 лет. Для сравнения: вес всего живущего сейчас человечества составляет всего 287 миллионов тонн — в 28 раз меньше. [ ... ]

Читать полностью

Летучая мышь и тайное войско

Шестая история о фантастических тварях и о том, чему они нас могут научить

Они живут там, куда доползет не каждый дипломированный биолог. Они ставят с ног на голову наши представления о том, как должен работать живой организм. Они умеют то, о чем мы можем только мечтать. А мы? Завидуем. Отправляемся за ними в долины, глубины и трясины. Тратим лучшие годы жизни и фамильное наследство на поиски их секретов. Некоторые из них нам всерьез угрожают: их организм, вероятно, содержит сотни неизвестных науке вирусов. При этом сами они от вирусов не страдают и вообще живут дольше, чем мы могли бы предположить. Что сделало летучих мышей неуязвимыми и смертоносными одновременно?
Добавить в закладки
Комментарии

Год назад «Чердак» писал об устрашающих предсказаниях американских ученых: они проанализировали данные о вирусах, пришедших к человеку от разных групп млекопитающих, и предложили свой прогноз на будущее. Согласно ему, каждый вид летучих мышей в среднем носит в себе 17 потенциально опасных для нас вирусов (для сравнения: каждый вид грызунов или приматов — 10). Более того, именно вирусы, которые дарят нам рукокрылые, отличаются особенной «злостью» и вызывают самые жестокие эпидемии, например лихорадки Эбола или атипичной пневмонии SARS. Чем же так особенны летучие мыши?

Недавно в летучих мышах Mops condylurus и Chaerephon pumilus (на фото) нашли шестой вид вируса Эболы. Им еще не болел ни один человек. Фото: Natalie Weber / iNaturalist.org / CC BY-NC 4.0
Недавно в летучих мышах Mops condylurus и Chaerephon pumilus (на фото) нашли шестой вид вируса Эболы. Им еще не болел ни один человек. Фото: Natalie Weber / iNaturalist.org / CC BY-NC 4.0

Вредные, но родные

Для того чтобы жить бок о бок с целой армией вирусов, нужно научиться ими не болеть. И действительно, летучие мыши практически не гибнут от вирусных заболеваний и в большинстве случаев не проявляют никаких симптомов. По крайней мере, если речь идет о РНК-вирусах — ДНК-вирусы иногда все же оказываются смертельны. [ ... ]

Читать полностью