БЕСКОНЕЧНЫЙ ПУТЬ ПОЗНАНИЯ...
26 сентября исполнилось 70 лет крупному ученому в области физиологии растений, молекулярной и клеточной биологии, автору более 300 научных работ директору Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН, члену-корреспонденту РАН, вице-президенту Российского общества физиологии растений Рюрику Константиновичу Саляеву.
В беседе с нашим корреспондентом Галиной Киселевой Рюрик Саляев рассказал о своей жизни в науке.
Как я стал первоклассным точильщиком
В 50-х годах, когда я был еще студентом, мой учитель, профессор Евгений Александрович Жемчужников предложил мне заняться микоризой. Это симбиоз гриба и дерева, в переводе на русский "грибокорень". Нити гриба проникают в клетки корня и питают дерево. Мне нужно было изучить динамику формирования микоризы на корнях, чтобы разработать предложения по заражению ею деревьев, которые необходимо было пересадить в степные условия. В те времена реализовывался сталинский план преобразования природы, создавались знаменитые лесополосы, которые должны были преградить путь суховеям в Среднюю Россию. В принципе план был хороший, и там, где лесополосы есть, они работают. При создании лесополос и возникла проблема приживаемости деревьев, которые в степи никогда не росли. Большие надежды связывались с микоризой.
Необходимо было изготовить довольно сложным путем тысячи препаратов. Образец зафиксировать специальной смесью, обезводить серией спиртов. Потом залить парафин и с парафинового блока на микротоме сделать тонкие пятимикронные срезы, которые и окрасить. Я понимал, что никакого времени на это не хватит. И нашел простой способ — готовить препараты старинным путем при помощи ручной резки. Через некоторое время научился бритвой делать срезы до 5 микрон. С тех пор могу наточить все — топор, железку, лопату до бритвенной остроты. Кстати, и родоначальник нашей научной школы Д.Ивановский тоже блестяще делал от руки микроскопические срезы.
По результатам исследований микоризы появилась моя первая публикация в Ботаническом журнале . Позднее возникла мысль написать научно-популярную книгу "О грибах и деревьях".
В тайны клетки с позиций физико-химии
Потом уехал в Карелию в Институт леса, создал там лабораторию физиологии растений, защитил диссертацию, опубликовал несколько статей. И вдруг мне позвонила доцент Н.Косович из Ленинграда, с нашей кафедры и сказала, что профессор Федор Реймерс создает в Иркутске институт, ему нужны кадры, и она порекомендовала ему меня. Федор Эдуардович написал мне, и в 1963 году я оказался в Иркутске. Вскоре Реймерс назначил меня заместителем директора по науке. Работать было непросто. Мне было 32 года, почти все завлабы — старше меня.
Я заинтересовался механизмами клеточного и мембранного транспорта у растений. В науке тогда возникло понятие о свободном пространстве клетки, в котором ионы могут свободно диффундировать, минуя мембранные системы. В литературе велись споры, что же считать свободным пространством и как его определять. И тогда я решил использовать для исследования очень тонкие частицы металла — металл виден в электронный микроскоп, особенно золото, серебро и платина. По существу, занялся физико-химией — нужно было химическим путем восстановить из солей благородные металлы, приготовить тонкодисперсные гидрозоли. Полученные таким образом гидрозоли очищал, стабилизировал и только потом вводил в живые растительные системы. Затем, делая срезы стеклянными ножами на ультрамикротомах, рассматривал их в микроскоп, изучая путь гидрозолей в клеточных структурах. Таким образом было отслежено не только местоположение свободного пространства, но и размер его каналов. В 1966 году на Всемирном конгрессе по электронной микроскопии в Японии я сделал доклад на эту тему.
Нежные объекты исследования требовали особого способа приготовления к микроскопии. В конце концов, удалось создать принципиально новую технологию подготовки жидких и легко повреждающихся объектов для электронной микроскопии.
Я не оформлял разработку как изобретение, но доложил о ней на Европейском конгрессе по электронной микроскопии в Риме. А позже, в 1977 году, неожиданно обнаружил, что всемирно известная шведская фирма LKB рекламировала метод со ссылкой на мою публикацию.
В 1969 году выпустил монографию по механизмам поглощения веществ растительной клеткой. Некоторые идеи, заложенные в ней, актуальны и сейчас.
И у растения есть
лимфатическая система
В то время я высказал следующий тезис — свободное пространство клетки нужно рассматривать как своеобразную лимфатическую систему растений. В каждом живом организме, и у человека тоже, клетка окружена межклеточной жидкостью — лимфой. У нас две системы циркуляции жидкости: кровеносная и лимфатическая. Поскольку каждую клетку растения тоже обволакивает свободное пространство, его можно уподобить лимфатической системе, которая играет большую роль в поддержании клеточного гомеостаза — постоянства окружающей среды. Только при этом постоянстве клетка функционирует комфортно, если же среда изменяется, она может погибнуть.
Концепция о единой системе свободного пространства растений, как аналоге единой системы животного организма, неожиданно оказалась полезной при исследованиях иммунитета растений, их сопротивляемости промышленным выбросам. Оказывается, через свободное пространство растения могут регулировать гомеостаз и активно сопротивляться неблагоприятным воздействиям. Зная этот механизм можно помогать растениям.
Клетка умеет... "заглатывать"
Мне памятна также 15-летняя активная работа вместе с Анатолием Романенко над изучением эндоцитоза — своеобразного способа поглощения клеткой различных веществ путем "заглатывания" клеточной мембраной мельчайших капелек жидкости. Данный механизм не предполагался у растений, потому что растительные клетки имеют твердую оболочку. Однако нам все-таки удалось не только доказать эндоцитоз у растений, но и изучить его индукторы, энергетику и значение для жизни растений. По материалам исследований написаны две книги. До сих пор это единственные сводки у нас в стране, которыми широко пользуются все, даже медики и химики.
Школа сибирских мембранщиков
Мембранными процессами активно занялся еще во Владивостоке, где работал около 3-х лет. Вместе с аспирантом В. Чернышовым сделали работу о механизмах формирования мембран на поверхности изолированной протоплазмы, написали книгу. Кстати, мы уже тогда пытались эту модель использовать для клеточной инженерии. Но, к сожалению, из капли протоплазмы не смогли регенерировать целую клетку, даже в случае, если в капле находилось клеточное ядро.
С 1976 года начали изучать механизм транспорта метаболитов в клетку, в первую очередь сахарозы. И вновь пришлось придумывать и осваивать новые технологии для проведения опытов. Нас интересовала вакуоль, потому что именно в ней накапливаются основные важные метаболиты. Чтобы изучить механизм поглощения, нужно выделить мембраны — тончайшие структуры, играющие важную роль в жизни клетки. Изготовили прибор для выделения мембран, который и сейчас успешно используется в нашем и в других институтах.
Тогда мы сделали довольно много неплохих работ, доложили на многих конференциях, опубликовали в коллективных монографиях, несколько человек защитили по этой теме кандидатские диссертации.
В конце концов мы одновременно с профессором Брискиным из Америки экспериментально доказали транспорт сахарозы через вакуолярную мембрану в антипорте с протоном. Сейчас работаем над тем, чтобы применить свои знания на практике. Удалось, например, показать воздействие растительных гормонов на ключевые ферменты, которые принимают участие в транспорте сахарозы. То есть мы нашли те мишени, воздействуя на которые фитогормонами можно активизировать транспорт.
Эта проблема тесно связана с донорно-акцепторными отношениями в растениях. Грубо говоря, доноры — это листья, акцепторы — плоды. Здесь возникает интересная проблема аттракции — привлечения веществ к запасающему органу. Например, тыква растет, простирая длинные плети, порою до 5 метров, формирует много листьев, но это только до оплодотворения. А потом, как будто кто-то тумблер переключил, и растение начинает работать только на оплодотворенную яйцеклетку. Есть работы, которые указывают, что тумблером могут служить фитогормоны. Но суть аттракции до сих пор неясна. Мы уже несколько лет работаем над проблемой, и я даже рискнул предложить свой доклад на эту тему на очень престижных среди биологов Тимирязевских чтениях, которые состоятся в Москве в будущем году.
В нашей лаборатории данная проблема изучается давно. Сначала исследовали механизм транспорта в вакуоль, потом управляющие механизмы и уже затем перешли к изучению аттракции. У нас есть гипотеза — о возможном наличии специальных веществ — аттрагенов, т.е. соединений, которые, образно говоря, переключают тот "тумблер", о котором говорилось выше. Вообще проблема аттракции — крайне интересна и важна и для науки и для практики. От клеточной инженерии — к генной
Генная инженерия — увлечение сравнительно недавнее. В середине 70-х я уже пытался заняться клеточной инженерией. Проводил опыты по получению клеточных гибридов из капель протоплазмы. Даже с клетками моркови и человека проводил опыты... Но не для того, чтобы создать "челоморковку", а чтобы понять возможности метода. Но, честно говоря, занимался этим без особого энтузиазма, потому что считал, и сейчас считаю, что в таких опытах нельзя переходить нравственную, этическую грань.
Технологии манипулирования с клетками мы освоили хорошо, но дальше начались препятствия. Хотели создать пшеницу, которая выдерживала бы наши низкие температуры — путем слияния клеток пшеницы с клетками дикорастущих злаков. А у злаковых клеток вообще очень трудно идут процессы регенерации. И опыт никак не удавался. Голенькие протопласты можно было получить, можно было их слить вместе. Но конструкция не образовывала клеточную оболочку, то есть не получался клеточный регенерант. Стало ясно, что лучше идти путем генной инженерии. Создали в институте специальную лабораторию генной инженерии, которую возглавил доктор биологических наук Юрий Константинов.
В другой лаборатории доктор биологических наук Наталья Рекославская, поработав в зарубежных коллективах, освоила ряд методов генной инженерии. В результате, ей удалось выделить один из ключевых генов — ген, кодирующий фермент УДФГ — трансферазу. Фермент важен для запасания в связанной форме одного из важнейших фитогормонов — индолилуксусной кислоты. В течение последних лет с этим геном и целым рядом других мы и работаем. Сейчас получили уже более 30 различных трансгенных растений. Некоторые из них обнаруживают новые хозяйственно-полезные свойства: высокую урожайность, интенсивный рост и т.д. К перспективным относим трансгенные картофель, томаты, горох, перец, пшеницу и ряд других.
Для работ по генной инженерии нужно иметь набор "средств доставки" нужных генов в растения. Одним из перспективных, особенно для злаковых растений, является использование генной пушки, где микрочастицы металла, с нанесенными генетическими конструкциями, разгоняются до сравнительно большой скорости, пробивают клеточную стенку и проникают внутрь клетки, перенося на себе нужные гены. Есть фирмы, которые изготавливают и продают генные пушки, но для нас они очень дороги. Мне удалось разработать несколько конструктивных вариантов генной пушки (и огнестрельной, и вакуумной, и на сжатом воздухе). Пушка, работающая на сжатом воздухе, оказалась наиболее дешевой и эффективной. На ней и остановились. Третий год она трудится с неплохим эффектом. В области генной инженерии работать непросто. Поэтому, несмотря на то, что удалось сделать не так уж мало, мы далеки от переоценки созданного. Впереди еще много дел. Сейчас в институте в работах по генной инженерии участвуют три лаборатории. Радует то, что в этих коллективах много увлеченной молодежи, и я надеюсь, что в будущем у нас будут новые успехи.
Фото В.Короткоручко