лаве с Томом Юанем из Университета Калифорнии в Ирвайне[43].
В качестве объекта исследования ученые выбрали лизоцим – фермент, содержащийся в большом количестве в белке куриных яиц. Выбор понятный, ведь лизоцим – один из самых изученных белков в истории науки, о нем ученые знают всё, включая мельчайшие детали его трехмерной структуры. Итак, исследователи взяли белок сырого яйца, сварили его вкрутую путем нагревания при 90° С в течение 20 минут и получили хорошо всем знакомую твердую белую массу денатурированного белка. Затем они растворили эту массу в растворе мочевины (при этом слипшиеся нити белка разъединяются), раствор поместили в пробирку, установленную под углом в 45°, несколько минут покрутили пробирку в центрифуге при 5000 оборотах в минуту и – о, чудо! – получили раствор исходного лизоцима. Белок восстановил свою пространственную структуру и свои биохимические свойства, степень регенерации превысила 80 %.
В чем тут фокус? При центрифугировании нити белка осаждаются тонким слоем на стенки пробирки, в этом слое в выбранных условиях вращения возникают напряжения сдвига, которые по непонятной пока причине способствуют скручиванию нитей денатурированного белка в трехмерную структуру нативного (исходного природного) белка.
Исследователи показали, что аналогичный эффект наблюдается и в случае более крупных белков – кавеолина-1 и протеинкиназы А. Единственно, что нужно, – это правильно подобрать скорость и продолжительность вращения. Предложили они и конструкцию проточного устройства для непрерывного процесса восстановления (рефолдинга) структуры денатурированных белков.
Но все же изюминкой работы осталось восстановление структуры лизоцима. Переводя с научного языка на обыденный и слегка преувеличивая, можно сказать, что ученым удалось превратить сваренное вкрутую яйцо обратно в сырое. Круто! Тянет на Нобелевскую премию, но для начала исследователи получили Игнобелевскую премию по химии за 2015 год.
Справедливости ради заметим, что не они первыми сделали это. Более того, известно множество методов рефолдинга белков. При всем их различии они сходны в одном: если каким-то образом получить единичную нить белка (например, путем сильного разбавления) и убрать все факторы, вызывающие денатурацию белка, типа "плохих" химических веществ, то полипептидная цепь сама свернется в нужную и предопределенную природой структуру, такая вот самоорганизация. Конечно, это работает не всегда, для сложных случаев имеются специальные помощники вроде белков шаперонов, но часто так случается. Проблема тут состоит в том, что обычно этот процесс протекает довольно долго и с невысокой производительностью, обусловленной, в частности, сильным разбавлением. Достоинство описанной выше работы состоит в резком (сто– или даже тысячекратном) увеличении скорости процесса и возможности получать большие количества восстановленного белка.
Зачем нужна высокая производительность? Сейчас многие белки, нужные, например, для фармацевтических целей, получают генно-инженерными методами. Человеческий ген, ответственный за синтез того или иного белка, встраивают в геном бактерии, которая начинает производить этот белок. При выделении этих белков из культуры бактерий зачастую образуются агрегаты частично денатурированных белков, которые надо как-то восстанавливать. В технологических масштабах. От этого очень сильно зависит стоимость получаемых белков и, соответственно, лекарств и диагностических средств.
С борьбой со старением это напрямую никак не связано. Хотя кто знает?.. Если ученым удастся придумать способ восстановления структуры белков внутри организма, in vivo, тогда, возможно, они смогут повернуть время вспять и вернуть нам молодость.
Часть втораяСделаем жизнь лучше!
«Я тебя бить не буду, я тебе шмась сотворю!»
Главная задача науки – познание мира. Движет учеными при этом любопытство, неуемная страсть найти ответы на вопросы, которые ставят перед ними природа, собственное воображение и окружающие их люди. Еще одним мощным стимулом научной деятельности служит желание сделать жизнь лучше, причем не свою, что в той или иной мере свойственно всем представителям Homo sapiens, а жизнь всех людей, человечества.
Сейчас очень любят говорить об экономике знаний, то есть об экономике, где основным фактором развития служат знания. При этом особо подчеркивают, что экономика знаний характерна для современного этапа развития постиндустриального общества.
Можно подумать, что раньше экономика была построена не на знаниях, что, например, добыча и переработка нефти требуют меньших знаний, чем написание компьютерных программ (по нашему убеждению, гораздо бóльших). Все, чем мы пользуемся, все, что было создано человечеством за его долгую историю, было основано на знаниях, стало результатом изучения природы и претворения открытых законов природы в технологии. Современную цивилизацию создали любопытные и рукастые – люди, которых на определенном этапе развития человечества стали называть учеными и инженерами.
К сожалению, судьбу технологий решают другие люди: политики, военные, бизнесмены и финансисты; их основные приоритеты – власть и деньги. Это приводит к ошибкам, которых за индустриальную эру человечества накопилось немало. Осознавая свою ответственность, многие ученые сейчас заняты тем, что пытаются эти ошибки исправить: уменьшить вред, который наносят технологии, созданные при их непосредственном участии, окружающей среде, а также физическому и психическому здоровью людей.
О некоторых таких попытках мы и расскажем в этой главе. Не скроем, что специально подбирали смешные примеры, достойные Игнобелевской премии. Ведь чем серьезнее проблема, тем с большим юмором о ней надо говорить – только так можно сохранить упомянутое выше психическое здоровье. Однако, даже смеясь, помните, что все описанное было сделано из добрых побуждений, ученые, как всегда, хотели сделать жизнь лучше.
Возьмем для примера главную беду человечества – войны. Они не порождение цивилизации, войны постоянно происходили и до возникновения цивилизации, и даже до появления человека как биологического вида – схватки за территорию, ресурсы и самок постоянно идут в животном мире. Но именно люди подняли искусство и технику войны на небывалую высоту, и ученые сыграли в этом определяющую роль. Оружие массового уничтожения, включая атомное, химическое и биологическое, принадлежит к числу самых высокотехнологичных разработок в истории человечества. Придумывали его ученые, но, уверяем вас, занимались они этим без всякого удовольствия, и зачастую даже не знали сами, что на самом деле получат.
Ученые – творцы, а творцам противна сама идея уничтожения, тем более уничтожения жизни. И уж если в нашем жестоком мире не удается полностью отказаться от оружия, то ученые предпочитают разрабатывать его нелетальные варианты.
Возьмем, например, химическое оружие. Почему оно должно непременно поражать противника и наносить ущерб его здоровью? Используя беспредельные возможности химии, можно действовать куда более тонко, что и сделали исследователи из Лаборатории ВВС США имени братьев Райт в городе Дейтон, штат Огайо.
Предложенный ими самый простой и прямолинейный вариант – распылить над вражескими позициями вещество-аттрактант, привлекающее ос, блох, жуков, клопов, клещей и прочих жалящих и кровососущих насекомых. Разработаны аттрактанты для тигров и носорогов, но этот вариант неприемлем из соображений биоэтики – животных жалко. А вот крысы – вполне реалистичный вариант, от них не спасут никакие защитные костюмы, и противник с воплями покинет позиции.
Однако наилучшие результаты должны в перспективе принести вещества, воздействующие на святая святых любой армии – дисциплину и моральные качества военнослужащих. К ним, в частности, принадлежат сильные афродизиаки – вещества, усиливающие сексуальную активность и стимулирующие гомосексуализм в рядах противника. Журналисты окрестили эту разработку "гей-бомбой" – сомнительное с точки зрения политкорректности определение, но разработка этого оружия началась в 1990-х годах, когда, во-первых, эти вопросы воспринимались не так остро, как сейчас, а, во-вторых, воинская служба считалась сугубо мужским делом, причем делом мужчин традиционной сексуальной ориентации. Вполне возможно, что именно сомнения в политкорректности этой разработки привели к тому, что Игнобелевская премия мира была присуждена исследователям Лаборатории ВВС США имени братьев Райт только в 2007 году.
Нам нравится эта разработка! Она служит практическим воплощением знаменитого лозунга американской молодежи времен вьетнамской войны: "Make love, not war!" Да что там американской! Мы в молодые годы тоже подпевали песне Джона Леннона с этими словами. Мы – за любовь, а миру – мир. Жаль, что эту разработку так и не довели до конца, а ведь просили на нее у Министерства обороны США сущие гроши – 7,5 млн долларов на шесть лет.
Вы против химического оружия в любом варианте? Тогда вам наверняка понравится СВЧ-пушка, отличающаяся от микроволновки на кухне только мощностью и дистанционным действием. Работающий прототип такой пушки очень похож на любимый фантастами и кинематографистами генератор защитного экрана: это поставленное на вездеход "Хамви" устройство, генерирующее и фокусирующее луч электромагнитного излучения высокочастотного (миллиметрового) диапазона.
Для генерации излучения используют большую радиолампу и гелиевый криокомпрессор, обеспечивающий достаточное охлаждение для сверхпроводимости. В результате этого потери энергии при генерации луча составляют всего 50 %. Энергию же обеспечивают дизельный генератор и аккумуляторы, также стоящие на вездеходе.
Принцип действия СВЧ-пушки основан на том, что излучение заданной частоты проникает в тело человека лишь на глубину около 0,04 мм, то есть оно быстро и сильно нагревает только тонкий слой кожи, но не затрагивает внутренние органы. На поверхности кожи расположены рецепторы, отвечающие за мгновенную реакцию на горячее. Получив от них сигнал, человек инстинктивно отклоняется, стремясь быстрее выйти из зоны действия луча; по-научному это называется "гудбай-эффект". Кроме того, пушка обладает большой дальностью действия – до одного километра.