Игорь Лалаянц
В начале 1950-х канадский биолог Ганс Селье сформулировал основы классического учения о стрессе. Фото с сайта www.ncbi.nlm.nih.gov
Трудно поверить, но сегодня астрономы негодуют по поводу светового «загрязнения» неба. Интенсивная фотон-контаминация вокруг обсерваторий мешает видеть свет далеких звезд даже с помощью различных вспомогательных средств. Между тем сетчатка глаза реагирует на приход всего одного кванта света. Но установлено это было в опытах на кошках, а у них, как и у собак, есть тапетум, или «коврик» из клеток, содержащих кальций, который интенсивно отражает фотоны (tapetum lucidum). Люди же в темноте видят плохо, а то вовсе ничего.
Сначала «звездочеты» добавили к своим приборам фотопластинки, на которых после долгой выдержки (экспозиции) фиксировали наблюдаемую картину неба. Кстати, как раз с помощью таких фотопластинок английский физик и астроном Артур Эддингтон зарегистрировал в 1919 году первую гравитационную линзу, предсказанную в общей теории относительности Альберта Эйнштейна.
Вскоре после этого американский астроном Эдвин Хаббл показал наличие красного смещения в спектрах галактик, что свидетельствовало об открытом позже их разбегании. Считается, что это разбегание есть следствие Большого взрыва, произошедшего примерно 13,8 млрд лет назад. Именно тогда и родилась наша Вселенная. В дальнейшем пространство между галактиками было заполнено космическим микроволновым фоном (СМВ).
Благодаря радиоастрономии британский астрофизик Джоселин Белл открыла первый пульсар – быстро вращающуюся нейтронную звезду. Эта «юла» образовалась после коллапса выгоревшей, израсходовавшей все свое термоядерное топливо звезды. Но все же сегодня дальше всех «видит» инфракрасный инструмент телескопа «Уэбб».
Русский и советский биолог, цитолог Александр Гаврилович Гурвич (1874–1954) сделал свое открытие в довольно зрелом возрасте. Он обратил внимание на интересный эффект в ходе митоза, или клеточного деления. Биофизик назвал его МГИ – митогенетическое излучение. Гурвич считал, что это ультрафиолетовые лучи с длиной волны 200–300 нанометров, что близко к фиолетовым. За открытие ему даже присудили Сталинскую премию. Ученый говорил также об особом биополе, направляющем и регулирующем развитие тканей и органов (морфогенез). В этом не было ничего удивительного, если учесть, что о световом поле, или биолюминесценции, писали еще Аристотель и Плиний.
Известно, что свет генерируется в результате окисления жира, названного в память о падшем ангеле люциферином. Окисляет его фермент люцифераза, ген которого на заре интереса биологов к технологиям «внедрили» в геном табака, результатом чего стало свечение его листьев. Затем ученые открыли у небольшой медузки зеленый флюоресцентный протеин (GFP), с помощью которого стали видны работающие в клетках гены (белок «подсвечивает» их после включения).
Так пришла идея создать надежный биосенсор, для усиления эффективности которого было предложено использовать золото. Авторы из сколковского Института науки и технологии исходили из того, что поверхностные электроны (плазма) благородного металла легко объединяются друг с другом, давая общую волну – плазмон. С помощью сенсора легко определялся уровень кортизола, представляющего собой стероид (из стерических колец наподобие бензольных). Он представляет собой окисленную форму кортизона, вырабатываемого в стрессовых состояниях клетками коркового слоя – cortex – надпочечников.
Небольшое историческое отступление…
В начале 1950-х канадский биолог Ганс Селье выдвинул идею, согласно которой стресс-давление на человека очень вредно для его здоровья, грозя инфарктом, то есть некрозом миокарда. Неудивительно, что многие нарушения здоровья стали объяснять дисфункцией почечных придатков (кортизол только и могли определять).
С той поры выяснилось, что функционирование почечных придатков находится под контролем мозговой структуры – гипофиза. Состояние человека и его органов регулируется осью гипоталамус–гипофиз–надпочечники. Понятно, что кортизол хоть и «запоздалый» биохимический индикатор, тем не менее весьма информативный для определения тактики и стратегии лечения. Вот только определяется он в хорошо оборудованных лабораториях с квалифицированным штатом.
И тут на сцену выступили сотрудники университета в канадском городе Калгари. Его астрономы предложили использовать ССВ (Charge-Coupled Device, или прибор с зарядовой связью) для регистрации чрезвычайно слабого свечения клеток (UPE – Ultraweak Photon Emission). Сверхчувствительный ССВ широко используется в оптической телескопии. В основе его – чип с управляемым переносом заряда. В статье ученых говорится о получении UPE изображений живых клеток животного и растительного происхождения. О полезности CCD говорит тот факт, что изображение получают при интенсивности потока от клеток, не превышающего 1000 фотонов в диапазоне 200 нм – 1 мкм, «падающих» на сантиметр за секунду.
Похоже, новый метод найдет широкое применение. И это можно сравнить с началом использования в свое время в клеточной морфологии электронного микроскопа (ЭМ), а затем и МРТ. (Нельзя не упомянуть и крио-ЭМ.)
Свой вариант биосенсора кортизола в предложили в Калифорнийском университете г. Санта-Крус. Результаты опубликованы в журнале J. American Chemical Society.
Авторы создали новую молекулу, которая димеризуется (образует димер) под действием кортизола, расщепляемого ферментом люциферазой. Это дало 300-кратное увеличение чувствительности биолюминесценции. В отличие от анализов в лаборатории картина свечения может фиксироваться на дисплее компьютера обычными камерами смартфонов, а затем пересылаться врачу или медучреждению. Таким образом, кортизол может стать простым и надежным детектором состояния человека, его настроения и возможного срыва.
