«Горбатые» невидимки

— То, что мы собирались сделать для селекционеров,— говорит профессор Д. М. Гольдфарб,— вовсе не какое-то научное открытие, просто мы предложили им использовать возможности генетики для решения одной трудоемкой задачи. Директор нашего института академик Н. П. Дубинин написал лауреату Ленинской премии, Герою Социалистического Труда одному из ведущих селекционеров страны М. И. Ходжинову: «Насколько известно, ваше узкое место — определение аминокислот в зернах, выращенных на опытных делянках. Можем в этом помочь!» Ходжинов — замечательный ученый и великолепнейший человек (он в годы, когда Лысенко и слышать не хотел о генетике, вывел генетическими методами знаменитый сорт кукурузы) ответил без дня промедления: «Да, трудности есть, с несколькими аминокислотными анализаторами и установками для высоковольтного электрофореза все равно не поспеваем. Пробовали и сами применить микробиологические тесты — не получилось. Будем искренне благодарны, если поможете». Так все и началось.

Погодите,— спохватывается Гольдфарб,— я еще не рассказал вам, в чем суть метода и в чем его, если хотите, философия. Ученые, работающие в области сельского хозяйства, поняли, что если бы им удалось сделать более полноценными злаки, то это было бы равнозначно увеличению посевных площадей. Но чтобы знать, какова «насыщенность» данного зерна, надо уметь определять его аминокислотный состав. Допустим, тот же Ходжинов собрал со своих опытных делянок 10 000 зерен. Как ему выбрать среди них «чемпионов», зерна, наиболее богаты   важными аминокислотами — лизином и триптофаном.

Путь един: произвести сложный, трудоемкий, дорогостоящий химический анализ. Но самый совершенный аминокислотный анализатор способен, при хорошей отладке, дать за день лишь десятки проб на содержание только одной аминокислоты. Вот и посчитайте, сколько уйдет месяцев на все анализы.

В свое время зарубежный ученый Спелл выпустил книгу, в которой выдвинул идею использовать микроорганизмы для тест-анализов. Он знал, что микробы молочнокислого брожения способны выживать только в том случае, если в их питательной среде имеется очень сложный и тонкий набор витаминов, аминокислот, пуриновых оснований и т. д. Словом, весьма и весьма разборчивая невидимка! Спелл доказывал, что с ее помощью можно точно определять: есть ли в данной смеси все эти компоненты— если их полного набора нет, то микроб гибнет. Как и всякая плодотворная научная идея, эта тоже была подхвачена исследователями. Родилась мысль вообще воспользоваться особенностями, микроорганизмов при анализах биологических сред, но, конечно, значительно упростив методику.

Давид Моисеевич Гольдфарб
Микробы, «выдрессированные» доктором медицинских наук профессором Давидом Моисеевичем Гольдфарбом (слева), помогают врачам рано обнаруживать у новорожденных болезни обмена.

В московской лаборатории остановили выбор всё на той же «бактериальной дрозофиле» — кишечной палочке. Прельстило в ней то, что она умеет из самых простых элементов строить для себя «и стол и дом» — синтезировать все необходимые для жизни аминокислоты. Вот почему кишечная палочка существует и размножается там, где другие невидимки погибают. Теперь ни для кого уже не новость, что, воздействуя рядом химических или физических агентов, можно вызвать у бактерии направленную мутацию, проще говоря, изменить в ней ген и, таким образом, лишить ее возможности синтезировать для себя одну из аминокислот, ну, скажем, лизин. Полученная в результате мутации уродливая кишечная палочка, как и прежде, будет выживать на любой питательной среде, но при одном условии: в ней должен присутствовать готовый лизин. Если его нет, наш «горбатый» микроб не размножится.

Д. М. Гольдфарб продолжает:
— Вы тут же скажете: зачем селекционеру определять, что в данном зерне имеется лизин, если это и так заранее известно. Ему надо знать: сколько содержится лизина? А что ваша порченная кишечная палочка может сообщить о количестве? В том-то и дело, что она это тоже может. Если на питательной среде вокруг анализируемой капельки вещества разрастается пышная «клумба» моих невидимок, значит лизина много. Измерив этот ободочек, я с ошибкой, не превышающей 5—10 процентов, могу сказать: в этом зерне столько-то лизина. Во всяком случае мы были уверены, что наиболее выделяющихся «богатырей» наши ущербные палочки отыщут среди 10 000 зерен не за месяцы, как дорогостоящие химические анализаторы, а за 2—3 недели. Причем с гораздо меньшей затратой труда и средств. А ведь только это селекционеру и требуется: отобрать наиболее перспективные зерна! Их можно потом с пристрастием исследовать на тех же анализаторах, рассмотреть во всех ракурсах, измерить. Метод такого выборочного «просеивания» множества проб получил название «скрининг» (от английского слова, обозначающего «сито»).

Когда ко мне пришли врачи,— вспоминает Давид Моисеевич,— я сразу понял две вещи: что «горбуны» смогут им очень пригодиться, но что пока они еще не готовы служить медицине. Все мы, сказал я им, должны быть уверены, что данная невидимка — подлинный индикатор, а не жалкий путаник, что она не способна принять какой-то промежуточный продукт синтеза за уже готовую аминокислоту. А синтез — это ведь всегда процесс многоэтапный. Для медицинских целей было бы идеально, чтобы наша кишечная палочка-мутант разучилась делать?; какую-то аминокислоту на самом последнем этапе ее синтеза. Например, метионин возникает из гомоцистеина, а он — из цистатионина. Нам предпочтительней так сломать ген, чтоб не возникал именно метионин.

После ряда попыток сотрудникам лаборатории удалось добиться этого — они получили несколько мутантных штаммов кишечной палочки, годных для определения содержания аминокислот в плазме крови и моче человека.

Это был начальный, очень важный этап нашей совместной с врачами работы,— говорит профессор. И вот почему: все свойства человеческого организма (конечно, только в биологическом плане) это, если хотите, комплекс свойств его белков. Любые наши болезни, в конечном счете,— болезни белков. И чем глубже будет наука проникать в суть самых разных недугов, тем чаще она будет иметь дело с белковыми превращениями. Врачи говорят: следствие нарушения обмена веществ. А что это такое, если не искажение работы ферментов — тех же белков? Убежден: для медицины сегодняшней и медицины отдаленного будущего очень важно научиться прослеживать поведение белков в организме. И для предупреждения и для лечения болезней врач должен иметь удобную, несложную, оперативную систему слежения хотя бы за основным элементом белкового обмена — за аминокислотами. Тем более что, накапливаясь в биологических жидкостях, они способны в определенных условиях действовать, как яды. Из всех известных сегодня науке систем слежения наиболее доступная, быстрая и массовая — бактериологическая. Уловив некий дисбаланс в обмене, обнаружив нарастание или падение концентрации аминокислоты, врач может более твердо судить о начавшейся болезни, чем по кропотливому накоплению и анализу внешних ее симптомов. Ежедневно, ежеминутно тысячам людей прописывают всевозможные лекарства. Как важно знать: куда они деваются? Не выплескиваются ли из организма? Где накапливаются? В какие сроки? И тут сыщики-невидимки могут оказать неоценимые услуги.

Первое, чем поинтересовался Юрий Иванович Барашнев: знакомы ли мы с работами американского профессора Гатри? Да, я знал о них и сказал, что его методика более сложна. Как рассуждал Гатри? Если в данной пробе есть аминокислота, которую мы ищем, то мутантный микроб начнет размножаться. Тогда мы добавим в пробу определенное количество вещества-антагониста искомой аминокислоты и микробы погибнут. По точной мере затраченного вещества-антагониста мы и определим, сколько в образце было нужной нам аминокислоты.