Телефон/факс 8 (351) 729-93-93

Лазерные технологии, лазерная резка, гидроабразивная резка, гибка металла, плазменная резка

РусскийEnglishFrançaisDeutsch

Опубликовано 23 Июл 2008

Лазерный пинцет

С его помощью российские ученые открыли детали одного из самых загадочных процессов жизни — деления клетки
Современные биологи многое знают о строении и функционировании живой клетки. Благодаря постоянному совершенствованию техники (светового микроскопа, рентгеноструктурного анализа, электронного, а также и атомно-силового микроскопа) удалось обеспечить движение внутрь клетки.
Изучение клетки необходимо и для поиска наиболее эффективных путей вмешательства в клеточные процессы. Ведь любая болезнь — это сбой в работе клеток. Но полученные ранее знания не давали полного представления о механизмах процессов, происходящих в клетке. Совершенно новые возможности у исследователей появились лишь несколько лет назад, когда был создан инструмент, который называют лазерной ловушкой или лазерным пинцетом.
Сейчас в мире несколько десятков научных групп с помощью этого инструмента проводят опыты по реконструкции внутриклеточных процессов. Одна из групп русских ученых, руководителем которой является Фазли Атауллаханов, с помощью этого устройства выявила важнейшие детали механизма митоза (деления) клетки.
Когда клетка готовится к митозу, исчезает ядерная оболочка, и нити ДНК, находящиеся в ядре, начинают упаковываться в 46 (у человека) хромосом. Затем в клетке удваиваются все ее элементы, в том числе и хромосомы. Две идентичные хромосомы оказываются соединенными только в одном месте, при этом их «плечи» чуть расходятся. В следующей фазе происходит деление хромосом, для чего природа использует специальный инструмент — веретено деления, которое растаскивает сестринские хромосомы к разным полюсам. Далее вокруг них образуются ядерные оболочки, а материнскую клетку делит мембранная перетяжка. Так получаются две дочерние клетки — каждая со своим набором хромосом.
Как только в электронный микроскоп хорошенько рассмотрели веретено деления, бросились изучать, как же оно работает. Выяснили, что в фазе митоза два полюса деления, которые до того находились примерно в центре клетки, расходятся по ее противоположным краям, и из них начинают расти навстречу друг другу микротрубочки. Изучение микротрубочки с помощью электронного микроскопа и рентгеноструктурного анализа показало, что растет она примерно так, как строится кирпичная труба. Кирпичики из белка под названием тубулин складываются один на другой в тринадцать стержней, которые и формируют стенки «трубы» диаметром 25 нанометров. Растущие микротрубочки натыкаются на хромосомную пару с двух сторон, но цепляются к хромосоме только та трубочка, которая попадает в определенное место. У пары сестринских хромосом в том месте, где они связаны, ученые рассмотрели густую “шерсть” из гибких белковых комплексов. Эти белки открыли всего два года назад ученые из Калифорнии Ян Чизман и Аршад Десай. Они же показали, что этот довольно длинный белковый комплекс может цепляться за трубочку.
Микротрубочки натягивают пару хромосом и находятся в таком состоянии некоторое время, пока все хромосомные пары не будут натянуты другими попавшими куда надо трубочками. За этим следят специальные белки — они выключаются, когда последняя пара сестринских хромосом будет заякорена с двух сторон и натянута. Это сигнал к действию для невидимых ножниц — фермента, который аккуратно разрежет пару хромосом в месте их соединения. В этот момент микротрубочки начинают тянуть хромосомы к полюсам веретена. Как они это делают, удалось выяснить благодаря еще нескольким открытиям. Эксперименты показали, что напряжение в микротрубочке приводит к тому, что после разрезания пары хромосом все тринадцать стержней трубочки начинают выгибаться наружу. Кончики этих стержней отваливаются, и трубочка укорачивается. Это, конечно, озадачивало ученых, ведь нужно было найти объяснение, как при этом не теряется хромосома.
Надежда появилась, когда ученые из Стэнфорда Д. Друбин и Дж. Барнс выделили белки, из которых в их опытах собиралось колечко на микротрубочке. Сложилась вполне логичная гипотеза: микротрубочка не просто утыкается в хромосому — на ней образуется кольцо, к кольцу цепляется «висюлька». После разрезания концы трубочки выгибаются и давят на кольцо. Оно под давлением начинает съезжать по трубочке и тащить за собой хромосому. Но это были лишь теоретические построения, проверить которые не позволяли ни микроскопы, ни биохимические методы, ни рентгеноструктурный анализ. Пока не появился лазерный пинцет.
В середине восьмидесятых А. Эшкин показал, что сильно сфокусированный лазерный луч способен втягивать в себя небольшие объекты вблизи точки фокусировки. Сила его невелика — всего лишь пиконьютоны, но она способна передвигать объекты микро— и наноразмеров. Разумеется, это явление немедленно начали эксплуатировать биофизики, изучающие клеточные и молекулярные механизмы. Они сразу поняли, что с помощью этого метода можно реконструировать процессы, в которых принимают участие наноструктуры. И конечно же, процессы митоза.
В принципе построить простейшую лазерную ловушку не так уж сложно — нужно запустить лазерный луч в световой микроскоп и сфокусировать его. Но для сложных опытов нужны были и более сложные дорогостоящие установки. Такие приборы нигде не продаются, их строят под конкретные задачи.
Когда Атауллаханов предложил построить такую установку в России, понимания он не встретил. Поэтому его группа была вынуждена работать в Америке, в лаборатории Дика Макинтоша. Простейшую лазерную ловушку Макинтоша пришлось усовершенствовать, в результате чего ее стало можно называть лазерным пинцетом, которому доступны воистину ювелирные действия. Помимо этого установку можно использовать и как точнейший измеритель действий, осуществляемых с нанообъектами.
Эксперимент должен был ответить на вопрос — а микротрубочка ли двигает хромосому? Ведь были и другие гипотезы. Может быть, двигают так называемые моторные белки, а микротрубочки служат лишь рельсами? Ученые вырастили в специальных условиях микротрубочку. Ее конец зафиксировали, сделав своеобразную «крышку», чтобы трубочка самопроизвольно не разгибалась. К трубочке «пришили» маленький шарик, выступавший аналогом хромосомы. Лазерный пинцет срезал «крышку», и микротрубочка начинала разгибаться и дергать шарик.
Следующая серия экспериментов была посвящена более сложному вопросу: может ли трубочка не просто дергать, а тащить за собой объект? Теперь в опыте участвует трубочка с кольцом и пришитым к нему шариком (лазерный пинцет манипулирует именно им). Белки для кольца прислал выделивший их Друбин, в лаборатории которого такой экспериментальной техникой не владели. В живой клетке таких колец еще никто не видел. Кольцу дали собраться из белков, пришили к нему шарик и посадили кольцо на трубочку. Опять срезали крышку, стержни кольца стали разгибаться, давить на него, и кольцо поехало вниз вместе с шариком. Причем сила давления всех стержней на кольцо была уже в пять раз большей, чем в эксперименте просто с трубочкой и шариком, где на шарик действовали один-два стержня.
И сейчас группа Фазли Атауллаханова и сотрудники лаборатории Макинтоша ставят новые эксперименты.
Фундаментальные знания о механизмах митоза уже, по словам Атауллаханова, предлагают путь конструирования новых противораковых препаратов. Известно, что рак — это неконтролируемое деление клеток. Это деление можно остановить, к примеру, блокируя синтез копии ДНК или работу микротрубочки. Есть противораковые препараты, которые действуют на микротрубку (не дают ей разгибаться) и тем самым блокируют митоз. Но микротрубки есть не только в делящихся клетках. Они есть в неделящихся нейронах, и там они выполняют другую функцию, а вот колец там нет. Противораковый препарат негативно воздействует на трубочки нейронов. Но если сконструировать лекарство, которое будет действовать не на трубку, а на кольцо и тем самым блокировать митоз, это поможет сохранить мозги и нервы от побочных явлений. Группа Атауллаханова сейчас пробует подбирать конструкции молекул для препаратов.

ХОТИТЕ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ? звоните: +7 (351) 729 93 93 пишите: lastech08©mail•ru приезжайте: г. Челябинск Троицкий тракт, 9