Фрэнсис Эшкрофт - На грани возможного: Наука выживания
Если отдельные клетки млекопитающих можно замораживать и размораживать практически без последствий, это не значит, что подобную процедуру выдержит организм целиком. В США уже сейчас существует несколько фирм, занимающихся криоконсервацией. Они замораживают тела (или головы) недавно усопших, в надежде, что когда-нибудь в будущем технологии позволят их правильно разморозить, вылечить, заменить «изношенные» части тела и их жизнь продолжится с чистого листа. Большинство таких компаний располагается в Калифорнии, где законы, касающиеся криоконсервации, наименее жесткие. К сожалению, мечты клиентов пока далеки от осуществления, поскольку ткани человеческого тела после смерти быстро повреждаются, лишившись притока крови.
Однако в каком-то смысле сохранить человека с помощью замораживания все же можно. Сохраняется его уникальный геном, совокупность генов организма. Для этого необходимо всего несколько клеток, которые можно взять, например, из пробы крови (эритроциты принадлежат к безъядерным клеткам, поэтому не содержат ДНК, все же в крови найдется достаточно лейкоцитов, чтобы обеспечить необходимую генетическую информацию). Возможно, когда-нибудь мы научимся восстанавливать человека из единственного лейкоцита – с помощью тех же технологий, благодаря которым удалось клонировать знаменитую Долли. Насколько это будет этически оправдано – другой вопрос. Однако не стоит забывать, что даже при удачном развитии событий клон, полученный из этой единственной клетки, будет вашей копией не больше, чем однояйцевый близнец. Ведь индивидуальность – это не просто набор генов.
Миллионное состояние на микробах
Экстремофилы превращаются в прибыльный бизнес. Основу развития этого рынка составляют ферменты, выделенные из организмов, способных переносить экстремальный холод, жару, соленость, кислотность, давление, тяжелые металлы и многие другие крайности. Представители фирм, занимающихся исследованиями в области биотехнологий, отправляются на край света в поисках новых экстремофилов, которые могут содержать неизвестные доселе гены, а затем мчатся со всех ног патентовать свои открытия. Потенциальная прибыль огромна, поэтому конкуренция в этой области жесткая.
Тысячи молекулярных биологов ежедневно пользуются в своих исследованиях способностями гипертермофилов. Жаростойкие ферменты применяются для того, чтобы в процессе под названием ПЦР (полимеразная цепная реакция) размножить выбранный фрагмент ДНК. Как нетрудно догадаться, этот процесс подразумевает повторяющиеся один за другим реакционные циклы. Сперва ДНК требуется нагреть, чтобы разделить на две составляющие цепочки. Затем ее охлаждают и каждую цепочку реплицируют с помощью фермента. Эти два шага многократно повторяют, обеспечивая рост числа молекул ДНК в геометрической прогрессии. В основе метода ПЦР лежит использование фермента ДНК-полимеразы, который не распадается при высоких температурах (95° С), необходимых для разделения двух цепочек ДНК. К счастью, именно такими свойствами обладают гипертермофильные ферменты, в том числе и Taq-полимераза, применяющаяся в ПЦР. Метод ПЦР имеет и прикладное значение, он широко используется в медицине – например, для определения бактериальных штаммов или генетических обследований. Кроме того, он совершил настоящий переворот в криминалистике: для производства миллиона копий ДНК по технологии ПЦР достаточно всего нескольких молекул, поэтому теперь преступника можно установить по одной-единственной клетке, оставленной на месте преступления.
Taq-полимеразу выделили из археи Thermophilus aquaticus, найденной Томасом Броком в супергорячих гейзерах Йеллоустонского национального парка. Более 20 лет она томилась без дела в лаборатории, пока Кэри Муллис не догадался, что с ее помощью можно проводить амплификацию ДНК. Блестящий ученый, но весьма эксцентричный человек, Муллис настроил против себя многих представителей науки своими резкими заявлениями и нетрадиционной подачей лекционного материала – со слайдами серфингистов или своих подружек в компрометирующих позах. И тем не менее, он стал нобелевским лауреатом – более чем заслуженно, поскольку своей работой он совершил переворот в медицине и биологии, а изобретенная им технология ПЦР стала основным инструментом современной молекулярной биологии. Taq-полимераза была первым ферментом, выделенным из экстремофильного организма, нашедшим промышленное применение. Ее продажи приносят более 80 млн долл. прибыли в год. Борьба за патент между разными компаниями ведется до сих пор.
За ферментами, выделяемыми из алкалофилов, вовсю гоняются производители моющих средств. Ферменты добавляются в стиральные порошки к биологическим средствам, чтобы расщеплять белки, сахар и жиры, приставшие к грязным вещам. Однако стиральные порошки обладают повышенной щелочностью, и большинство ферментов в таких условиях теряют свойства. Ферменты же, добытые из алкалофилов, наоборот, отлично трудятся при высоком водородном показателе (pH). В 1997 г. американская компания Genecor представила порошок с ферментом, полученным из алкалофила, обнаруженного в содовом озере. Согласно рекламе, даже постиранная сотни раз с этим порошком вещь выглядит как новая. Фермент разбивает тончайшую прослойку поверхностного пушка, на котором и собирается грязь, оставляя саму ткань нетронутой. Порошок стал первым случаем широкого промышленного применения веществ, полученных от экстремофилов.
Потенциальных областей применения у экстремофилов уйма. Ацидофилы могут облегчить добычу ценных металлов из низкосортных руд – этот процесс, называющийся микробным выщелачиванием, все чаще применяется при добыче золота, меди и урана. Ферменты, полученные из психрофилов, можно добавлять в мыло и моющие средства для холодной воды, а также использовать в качестве катализаторов для реакций, проходящих в холоде. Бактерии и археи все активнее применяют для биовосстановления, а также для расщепления токсичных веществ, таких как пестициды, нефть и растворители. Промышленное использование экстремофилов пока лишь набирает обороты, однако перспективы у него гигантские.
Внеземная жизнь?
В августе 1996 г. героем международных новостей стал маленький, ничем не примечательный с виду камешек под порядковым номером ALH84001{42}. В отличие от большинства научных статей, которые читает, в лучшем случае, горстка любителей, открытие подробно обсуждалось и в газетах, и по радио, и в телевизионных новостях по всему миру еще до того, как была опубликована статья, посвященная данному феномену. Ажиотаж вполне объясним: ученые НАСА заявляли, что на Марсе обнаружена жизнь.
Шестнадцать миллионов лет назад ударившийся о поверхность Марса метеорит выбил дождь мелких осколков, которые унеслись в открытый космос. Около 11 000 лет назад один из этих фрагментов попал в поле притяжения Земли и обрушился на ледяную пустошь Аллен-Хиллс в Антарктиде. Так что наш ALH84001 – марсианин, один из немногих обнаруженных на сегодняшний день метеоритов подобного рода. Их марсианское происхождение подтверждается и минеральным составом, и составом газовых пузырьков, запертых в толще камня. Они идентичны камням на поверхности Марса и атмосфере планеты, замеры и пробы которых были взяты марсоходом «Викинг» в 1976 г.
В самой сердцевине ALH84001 ученые обнаружили неправильной формы образования, напоминающие наши земные микроископаемые, сформировавшиеся около 4 млрд лет назад. Дополнительные исследования привели ученых к выводу, что взятые по отдельности эти примеры можно толковать по-разному, однако вместе они свидетельствуют о том, что когда-то на Марсе существовала жизнь. Увы, эти выводы оказались, судя по всему, преждевременными. Вдохновившись перспективой обнаружить внеземную жизнь, за ALH84001 принялись несколько международных научно-исследовательских групп, снова и снова препарируя и анализируя космический камень. Через год кропотливой работы ученые единодушно пришли к выводу, что обнаруженные структуры – это просто минеральные отложения, а не окаменелые останки внеземной жизни.
И все же человечество не спешит расставаться с надеждой отыскать соседей по Солнечной системе. Экстремальные условия, в которых благополучно обитают многие археи, сходны с имеющимися на других планетах и их спутниках. Например, холодные сухие каменистые пустоши Антарктиды настолько приближены к условиям жизни на Марсе, что именно там испытывают приборы, предназначенные для экспедиций на Красную планету. Однако и на этих пустошах, в миллиметре от поверхности обнаруживается тонкая прослойка фотосинтезирующих микроорганизмов.
Как ни парадоксально, бактерии способны выжить даже в безвоздушном космическом пространстве. В апреле 1967 г. на Луну опустился зонд «Сервейер-3». Два с половиной года спустя к нему наведались астронавты с «Аполлона-12», чтобы проверить, как зонд переносит суровые условия – интенсивное солнечное излучение, почти безвоздушное пространство и резкие перепады температур. Сняв телекамеру, они отвезли ее на Землю в герметичном контейнере, который затем вскрыли в стерильных условиях карантина. Культивировав образцы, взятые изнутри камеры, микробиологи, к своему изумлению, обнаружили рост микроорганизмов. Однако сенсации не произошло – это оказались не лунные формы жизни, а вполне знакомые земные. Видимо, во время сборки камеры техник чихнул, и в самую сердцевину прибора попали бактерии, которые и оставались запертыми там до тех пор, пока телекамеру не вскрыли в лаборатории. Скептики, разумеется, вправе возразить, что бактерии могли вовсе не путешествовать на Луну и обратно, а появились в камере уже по возвращении на Землю. Однако учитывая соблюдавшуюся самым строгим образом стерильность во время снятия камеры и ее анализа, это маловероятно. Судя по всему, бактерии действительно продержались два с половиной года на поверхности Луны.
