ЗАГАДКИ ЯДЕРНЫХ
ПОРОВЫХ КОМПЛЕКСОВ
Изучение структуры клетки на уровне электронной микроскопии
зачастую дает неожиданные результаты.
Людмила Юдина,
"НВС"
По традиции, в начале нового года разговор о планах на будущее
непременно начинают с воспоминания о наиболее значимых событиях
года минувшего. И потому я задала далеко не оригинальный вопрос
кандидату биологических наук Елене КИСЕЛЕВОЙ, ведущему научному
сотруднику Института цитологии и генетики.
— Елена Владимировна, какие события в 2001-м вам запомнились
особенно отчетливо?
|
|
Ведущий научный сотрудник Елена Киселева
|
— Я бы назвала ушедший год довольно удачным. Буквально в самые
последние его дни получила сообщение из английского научного
центра в Кембридже с уведомлением, что мне присудили звание
лучшего электронного микроскописта года среди биологов. В ноябре
выступила на конференции в Америке с докладом о наших новых
научных достижениях в изучении функции и динамики ядерных пор,
который вызвал большой интерес. В этом же месяце на обложке
солидного иностранного журнала снова были опубликованы снимки
внутриклеточных структур, полученные нами с помощью электронного
микроскопа.
— Вспоминаю, что уже не раз директор института академик В.Шумный
демонстрировал зарубежные научные издания с вашими материалами на
обложках.
— Говоря сегодня о значимых результатах (они, естественно,
получены не вчера), следует обратиться к дням минувшим, тем
событиям, которые произошли десятилетие назад. Первые интересные
данные, привлекшие внимание коллег, я получила где-то в начале
90-х годов. Они касались изучения механизмов синтеза белка в
клетке. С помощью электронного микроскопа мне впервые удалось
сфотографировать внутриклеточные структуры в процессе
трансляции-синтеза крупных белков у комара. Эти снимки были
опубликованы сначала в журнале Nature, а затем еще в десятке
зарубежных книг и учебников. После этого я получила несколько
предложений поработать за рубежом...
— Какое же вы приняли?
— Уезжать насовсем мне не хотелось, и я подыскала такой вариант,
чтобы устроил и меня и приглашающую сторону. Понимаете, когда
отсутствуешь долго, теряешь связь с коллективом, сбиваешься с
ритма и т.д. А у нас прекрасная лаборатория морфологии и функций
клеточных структур, которая основана моим учителем Нинель
Борисовной Христолюбовой еще в 60-е годы. Она состоит из двух
тесно сотрудничающих групп. В настоящее время ею руководит доктор
биологических наук Николай Борисович Рубцов.
— Вы вместе со старшим научным сотрудником Сергеем Ивановичем
Байбородиным возглавляете группу электронных микроскопистов,
изучающих функциональную морфологию клетки. Расскажите,
пожалуйста, поподробнее о вашей работе.
|
|
Инженер Владимир Мельников
|
— Обе группы в лаборатории изучают структуру клетки. Но разными
методами. Группа Николая Борисовича исследует в основном строение
хромосом и организацию ядра клеток с помощью световой и
флюоресцентной микроскопии, а мы анализируем функцию ядерной
оболочки и различных внутриклеточных органелл на уровне
электронной микроскопии. Не могу не сказать о замечательном
инженере Владимире Андреевиче Мельникове. Главный инструмент
наших исследований — электронный микроскоп. У нас есть два
высококлассных японских микроскопа, но этим приборам уже около
тридцати лет. Предел работы таких микроскопов, согласно
инструкции, максимум лет десять. И только благодаря золотым рукам
инженера они все еще работают и позволяют получать картинки,
порой успешно конкурирующие с теми, что получены в зарубежных
лабораториях на высококлассном современном оборудовании.
Российская академия наук уже давно обещает приобрести для нас
новый электронный микроскоп. Боюсь, что если мы не получим его в
ближайшее время, ни о какой конкуренции говорить уже не придется.
Добавлю, что на базе лаборатории морфологии и функций клеточных
структур в конце 2000-го года создан Центр коллективного
пользования. В институт приезжают специалисты со всей страны,
чтобы поработать на разных типах микроскопов, включая световой,
флюоресцентный и просвечивающий электронный.
— Елена Владимировна, давайте вернемся к тому, что вы получили
предложение поработать за рубежом...
— Сначала я поехала на два года в Каролинский институт в
г.Стокгольме (Швеция), потом поработала короткое время в
г.Гейдельберге (Германия), наконец, в г.Манчестере (Англии). По
результатам проведенных исследований мы получила три гранта от
английского фонда "Вэлкомтраст" (каждый на три года) Они
позволяли работать от трех до пяти месяцев за границей, а
остальное время — в Новосибирске. Кстати, 2002-й год — время
завершения работы по последнему гранту. Благодаря поддержке
английского фонда лаборатория закупила оборудования примерно на
70 тысяч долларов. Теперь у нас есть новый ультрамикротом и
многие другие необходимые научные приборы, а также приобретено
много запасных деталей к электронным микроскопам. К сожалению,
купить новый электронный микроскоп на эти деньги нельзя,
поскольку это очень дорогой прибор. Следует отметить, что мы
получаем также большую помощь от Российского фонда
фундаментальных исследований.
— Расскажите о том новом, что удалось сделать.
— Мы проводим интересную совместную работу с институтом раковых
исследований им. Патерсона в Манчестере. Помимо изучения рака там
занимаются и фундаментальными исследованиями функциональной
организации клеток. Это нас объединяет.
Позвольте поподробнее рассказать о наших результатах. Если вы
посмотрите на ядро клетки, то увидите, что оно окружено
оболочкой, отделяющей внутреннее пространство ядра от цитоплазмы.
Через эту оболочку в обоих направлениях активно (с потреблением
энергии) и пассивно (за счет диффузии) движутся разные молекулы.
Проходят они через специальные маленькие дырочки, которые
называются поровыми комплексами. Раньше предполагали, что это
относительно просто устроенные полунепроницаемые отверстия.
Совместно с англичанами нам удалось продемонстрировать сложную
организацию этих структур и высказать идею о прямом участии пор в
регуляции транспорта молекул.
— Вы шли по одному пути с английскими коллегами?
— Доказательство высказанной идеи мы реализовывали разными
методами и подходами. Англичане изучали строение пор в ядерной
оболочке, выделенной из крупных яйцеклеток лягушек. Они
использовали для этого высокоразрешающий сканирующий электронный
микроскоп. Однако транспорт через поры в зрелых яйцеклетках
лягушек идет с низкой активностью, да и молекулы переносятся
мелкие.
Мы же предложили посмотреть, как действует пора при интенсивном
транспорте гигантских молекул РНК в слюнных железах комара. При
этом работали как с просвечивающим микроскопом на срезах клеток,
так и со сканирующим электронным микроскопом на изолированных
ядрах.
В результате стало очевидным, что ядерная пора, представляющая
сложную структуру, которая объединяет около 30 различных
компонентов, необыкновенно динамична. Мы впервые увидели и
сфотографировали транспортирующую пору и показали, как она
регулирует этот процесс, как открываются и закрываются ее каналы,
пропуская молекулы из ядра в цитоплазму и обратно. Полученные
данные опубликовали в 97-м году. Это была совместная с
англичанами статья, поскольку мы использовали их сканирующий
микроскоп, но приоритет был наш.
— Как я поняла, такие публикации впоследствии случались не раз?
— За последние два года мы опубликовали пять статей в ведущих
иностранных научных изданиях. Электронно-микроскопические
картинки из трех статей представлены на обложках этих журналов,
что весьма престижно.
И еще об одном интересном достижении. Известно, что внутри каждой
клетки (в цитоплазме) есть сложная система толстых и тонких
волокон (цитоскелет), которые удерживают ядро в центре клетки в
определенном положении и регулируют перемещение внутриклеточных
органелл. Ядро также имеет специальный скелет, поддерживающий
внутри все хромосомы и другие компоненты. Недавно нам удалось
впервые продемонстрировать спиральную структуру этих волокон
внутри ядра и цитоплазмы и показать, как они прикрепляются ко
многим органеллам, а также предложить идею о механизме действия
этих структур в клетке. Данные, разумеется, предварительные.
По нашей теории и цитоскелет, и ядерный скелет очень подвижны и
могут растягиваться и сокращаться, регулируя таким образом как
локализацию цитоплазматических и внутриядерных органелл, так и
многие их биохимические функции. Именно эти результаты я
докладывала недавно на конференции в Америке.
— Елена Владимировна, вот мы с вами уже давно беседуем, а я
смотрю — две девушки рядом с нами не отрываются от микроскопов.
 |
 |
|
Студентки НГУ Ксения Симакова и Наталья Дудкина
|
— О, это очень хорошие девушки — Ксения Симакова и Наташа
Дудкина. Они учатся на четвертом курсе НГУ, но каждый день
приходят в лабораторию. Электронной микроскопией занимаются также
студент Сергей Таланов и аспирантка Наташа Губанова, а Елена
Болоболова, например, скоро защищает кандидатскую диссертацию.
Кстати, я тоже начинала здесь — сразу после школы, потом
работала все годы студенчества. Считай, в Институте цитологии и
генетики уже около сорока лет.
— А над чем трудятся студентки?
— Ксения и Наташа Губанова изучают, каким образом собираются
ядерные поры. Ведь в митозе (так называется деление клеток),
хромосомы удваиваются, компактизуются и делятся, а оболочка ядра
разрушается.
Мы предположили, что поры формируются путем последовательной
сборки отдельных компонентов (а их, как я уже называла, около
30). Сначала собираются центральные, потом — периферические.
Процесс очень сложный. Прежде предполагали здесь совсем иной
механизм.
Наташа изучает сборку ядерных пор при делении клеток
мушки-дрозофилы, Ксения — в процессе роста неделящейся
яйцеклетки у лягушки. Предстоит понять, по одному ли пути у них
идет сборка ядерных пор или можно говорить о разных механизмах.
Наташа Дудкина изучает симбиотические бактерии.
Есть такие бактерии, которые не паразитируют на клетках разных
организмов, а как бы мирно сосуществуют с ними. Обычно на
инородные, попавшие в организм объекты, вырабатываются антитела,
которые борются с ними. А есть, повторюсь, бактерии, которые
прекрасно ладят с организмом-хозяином (например, та же кишечная
палочка у человека). Или другой пример — азотфиксирующие
бактерии растений. То есть, симбионт и хозяин как бы
"поддерживают" друг друга. Но в некоторых особых случаях
симбиотические бактерии вызывают неожиданные неприятные эффекты,
а иногда и гибель хозяина.
Так что в данной области есть перспективное для исследователя
поле деятельности — выяснить, как взаимодействуют организмы
симбионта и хозяина, какова функциональная роль симбионта, можно
ли его использовать в биотехнологических исследованиях.
Существует предположение, что некоторые органеллы клетки, такие,
как митохондрии, а также хлоропласты растений, произошли от
древних бактерий, случайно попавших в клетку.
В принципе, бактерия — это почти такая же клетка, как и
человеческая, только без ядерной оболочки. Но если она попадает в
организм хозяина, то в процессе эволюции может потерять часть
своих функций и приобрести новые для того, чтобы приспособиться к
необычным условиям обитания. Это может произойти, например,
благодаря тому, что клетка-хозяин поставляет для симбионта многие
питательные вещества.
Предполагается, что поскольку некоторые свойства митохондрий и
хлоропластов очень близки к бактериальным, возможно, это и есть
те самые бактерии, которые попали когда-то внутрь клеток.
В последние два года учеными было установлено, что ряд
инфекционных заболеваний, которые развиваются очень быстро, и от
которых трудно найти защиту, вызваны тем, что бактерии и вирусы
проникают и размножаются внутри некоторых органелл клетки. Если
бы, скажем, они просто размножились в цитоплазме, эффект был бы
другим. Помимо внеклеточной защиты в виде антител у нас есть
специфические клеточные органеллы, способные захватить инородную
бактерию и разрушить ее с помощью переваривающих ферментов. Но
если бактерии каким-то образом попадут внутрь других органелл, не
содержащих такие ферменты, то они как бы спрячутся,
замаскируются, и защитные системы клетки их не выявят. А они в
это время начнут быстро размножаться, и в результате могут
погубить и клетку, и весь организм.
Наташа, в частности, изучает симбиотические бактерии, которые
живут на мушке дрозофиле. А точнее в ее эмбрионах. В настоящее
время к таким бактериям проявляется большой интерес. Дело тут вот
в чем. Если эти бактерии попадают в организм самки, то никаких
нарушений не происходит. Но когда бактерии проникают в потомство
из организма самца, то мухи гибнут на ранних стадиях развития.
Используя данный эффект, сейчас пытаются бороться с малярией,
которая, как известно, переносится комарами. Если заражать самцов
такими бактериями, то малярийных комаров можно извести полностью.
— И ваша задача в чем видится?
— Изучить, каким образом бактерии размножаются внутри эмбриона,
и какую функцию они выполняют. Также мы хотим исследовать, как
бактерии передаются из поколения в поколение. Очень важно узнать,
действительно ли древние бактерии превратились в полунезависимые
органеллы внутри клетки, попытаться понять механизм этого
сложного процесса. С этой точки зрения изучение симбиотических
бактерий имеет большое значение. Над этими проблемами мы также
работаем в содружестве с иностранными коллегами.
— Желаю вам, Елена Владимировна, и всему вашему коллективу,
чтобы 2002-й год был для вас столь же удачным, как и предыдущие!
стр.
| 
