Наталья
я могу ошибаться
Каждый имеет право на безнаказанный эксперимент
Наталья Нифантова
Все записи
текст

Поймать ДНК за хвост

Что общего у современного научпопа и гламурного журнала? Они нас обманывают. На иллюстрациях левитируют идеально симметричные двойные спирали ДНК. Живая клетка похожа на чистенький цех европейского завода. Вся эта красота к реальности имеет такое же отношение, как Кира Найтли на обложке Cosmopolitan к настоящей женщине. Структуру, в общем, отражает, но владение Photoshop'ом – больше. А всякий поклонник, конечно, хотел бы увидеть свою «звезду» вживую, даже пообщаться. Да, мы все еще говорим про молекулы и клетки. А еще – про лазерные технологии в биологии.
Поймать ДНК за хвост
Химические методы исследования биологических объектов, вроде секвенирования ДНК и белков (определения их нуклеотидной или аминокислотной последовательности), дают представление о структуре, разрушая объекты. С клетками еще тяжелее. Жизнь – это движение. Движение белков, липидов, нуклеиновых кислот. Мир их бесчисленных взаимодействий, защищенный от «не-жизни» тоненькой плазматической мембраной. По отношению к этой хрупкой структуре современные экспериментаторы в основном оказываются в роли патологоанатомов. Химический анализ – смерть. Большинство видов излучения, применяемых в микроскопии – тоже. Электронный микроскоп, который обычно вспоминают первым, вообще требует распластать объект на срезы и зафиксировать в полимере. Остается старый добрый световой микроскоп. Но это как знакомиться с Кирой Найтли, высматривая ее с вертолета. А как же пообщаться? Путь из обидного тупика наметил в 1986 году Артур Ашкин, сотрудник американского исследовательского центра Bell Labs, создав первый в мире оптический пинцет.

 Парадоксальное название инструмента вполне отражает суть. Оптический, или лазерный пинцет предназначен для захвата отдельных объектов, которые настолько малы, что сфокусированный луч света – единственное средство приложить к ним точно заданную по величине и направлению силу. Впрочем, те, кто работает с такими установками, предпочитают называть их оптическими ловушками. У лазерного пинцета нет двух «хватательных» поверхностей. Объект ловит и удерживает один луч. В упрощенном виде «матчасть» такова. Когда свет встречает на своем пути некое тело, их отношения развиваются по трем сценариям: поглощение, отражение или преломление. В последнем случае фотоны после встречи меняют траекторию, отклоняясь наружу от оптической оси (вспомните, как выглядит карандаш, до середины опущенный в воду), и одновременно передают часть импульса телу, подталкивая его в противоположную сторону. Если правильно сфокусировать луч на предмете, суммарное воздействие фотонов будет толкать его в центр луча и к точке фокуса, как бы запирая в трех измерениях. Именно это на практике осуществил Ашкин. Тогда же, в 1980-х принцип успешно попытались применить для манипуляции биологическими объектами. С тех пор технологию развивают. Например, в Петербургском политехническом университете (комплекс «Нанобиотехнологии»), где функционирует установка «Лазерный пинцет».

 - В мире установок вроде нашей, наверное, пара десятков. Каждая со своими особенностями, - объясняет мне Антон Сабанцев, кандидат физико-математических наук, один из тех, кто работает с оптическим пинцетом. - Чтобы создать ловушку, нужно сфокусировать лазерный луч. Для этого идеально подходит объектив микроскопа. На первый взгляд просто, но, чтобы все это заработало, к серийному микроскопу нужно «прикрутить» кучу деталей. Получается комплексная установка, спроектированная для конкретных исследований.

- Это как купить серийный автомобиль и превратить его в гоночный болид?

- Скорее, в экскаватор. Основная функция превращается в побочную. Наш пинцет – это два пучка инфракрасного лазера мощностью 5 Вт, длина волны 1064 нм. Тип лазеров – Nd:YAG (твердотельный лазер, в качестве активной среды используется алюмо-иттриевый гранат «YAG», легированный ионами неодима Nd – Авт.). Инфракрасный лазер используется по одной причине: это ограничение, которое накладывает работа с биологическими объектами. Чтобы создать оптическую ловушку, нужно довольно много света туда запустить, а в итоге он фокусируется в пятнышко размером около микрона. Плотность мощности становится приличная. И если мы туда запустим, скажем, синий свет (меньшая длина волны, большая энергия фотонов – Авт.), у нас все шансы вскипятить воду, которая и является средой для наших объектов. А в ближней ИК-области у воды есть окно прозрачности. То же касается и биологических объектов, которые в значительной степени состоят из воды. Хотя ловушку можно сделать из света любого спектра.

Основное помещение научно-исследовательского комплекса «НаноБио» похоже на биологическую лабораторию. На столах пробирки, перчатки. По соседству стоят инкубаторы, где развиваются какие-то сложные отношения между ДНК и ферментами. Нам же – по коридору и в подвал. В небольшой комнате – рабочее место с компьютером и нечто, напоминающее огромный стол, на котором «расставлены» микроскоп и целая куча устройств. Свет в ИК-спектре человеческим глазом не воспринимается, и хотя луч, прежде чем попасть в объектив микроскопа, проходит сложную траекторию над «столом» через зеркала и линзы, рассчитывать на «лазерное шоу» нечего.

В теории все самое интересное – на мониторе. Но я вижу только два темных  пятнышка на светлом фоне.

 - Это микросферы из пластика. Шарики маленькие, - Антон продолжает знакомить меня с тонкостями механических действий в микромире. - Размером от 1 микрона до 5. Просто перетаскивать молекулы с места на место неинтересно. Но если приделать к ним «ручку», мы можем за нее подергать и посмотреть, как они отреагируют. Например, молекулу ДНК можно поймать за оба конца и посмотреть, как она реагирует на натяжение, выяснить ее механические свойства. Самое главное, так можно узнать, как на физическом уровне реализуется какой-то процесс, который мы в пробирке воспроизводим химически.


Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен

Рекомендуемые

Всего 0 комментариев
Комментарии
OK OK OK OK OK OK OK