Молодые ученые: молекулярный биолог Филипп Плетнев о терпении и антибиотиках в молоке

В новом выпуске регулярной рубрики T&P молекулярный биолог Филипп Плетнев рассказывает об изучении белков и специфике экспериментальной науки, а также о собственном проекте, который занимается разработкой экспресс-тестов для определения количества антибиотиков в молоке.

Где учился: с отличием окончил химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, сейчас учится в аспирантуре в лаборатории химии нуклеопротеидов.

Что изучает: влияние посттрансляционных модификаций рибосомы на функционирование аппарата биосинтеза белка.

Особые приметы: является сооснователем международного студенческого клуба в МГУ, любит путешествовать, слушает брит-поп и инди. Участвует в акселераторе «Формула БИОТЕХ 2016».

Так сложилось, что в моей семье практически в каждом поколении всегда были люди, которые занимались естественными науками. В частности, мои родители познакомились на химфаке МГУ. Наукой я заинтересовался еще в детстве — после того, как мне подарили первые энциклопедии и книги с научно-популярными статьями. Важную роль сыграло то, что с детства меня всегда учили находить ответы на интересовавшие меня вопросы самостоятельно: мне всегда были готовы помочь и направить, и если у меня возникал вопрос «Почему деревья зеленые?», то в руках тут же оказывалась книга, где я мог найти ответ. Несмотря на то что я не был самым прилежным учеником в школе, интерес к химии у меня появился задолго до старших классов. Дома я постоянно с чем-то экспериментировал, не миновали меня и неприятные последствия кустарных опытов, пока родителей не было дома. Например, разбирать петарды, чтобы добыть порох, — довольно плохая идея. Еще помню, как я решил провести реакцию разложения дихромата аммония в домашних условиях (иногда ее называют «вулкан», так как ее течение и правда похоже на извержение вулкана), а потом два дня оттирал ванную от оксида хрома, который образуется в ходе этой реакции в виде невероятно мелкодисперсного порошка.

Хотя мои родители и окончили химфак, давления при выборе факультета не было — скорее наоборот, они советовали сто раз подумать, куда и зачем я иду. Я же твердо стоял на своем и решил-таки поступать на химфак, что и сделал в 2010 году. Однако где-то в конце третьего курса я понял, что чистая химия — не совсем то, чем мне было бы интересно заниматься дальше, и решил, что мне ближе науки о жизни, в частности молекулярная биология. Мне повезло найти на факультете чудесную лабораторию химии нуклеопротеидов, где я работаю до сих пор. Моя научная деятельность посвящена исследованию аппарата биосинтеза белка в бактериях. Почему это интересно и важно? Дело в том, что синтез белка — ключевая стадия жизнедеятельности любого организма, не зря мы называемся белковыми формами жизни. Изучая фундаментальные основы этого процесса на бактериях, мы, во-первых, можем придумывать новые способы борьбы с ними (более 50% антибиотиков влияют именно на биосинтез белка), а во-вторых, результаты исследований на бактериях помогают лучше понять, как происходят схожие процессы в намного более сложных организмах. Провести подобное сравнение не всегда просто и возможно, однако именно на молекулярном уровне все организмы обладают наибольшим сходством. Я занимаюсь изучением фермента, который особым образом модифицирует рибосому (сложный комплекс белков и РНК; сравнить ее можно с принтером, который печатает белки на основе информации с флешки — матричной РНК). Наш интерес к данной модификации заключается в том, что к рибосомному белку добавляются дополнительные аминокислоты, которые не закодированы в геноме. Собственно, я и пытаюсь понять, зачем же нужен такой сложный механизм для добавления нескольких аминокислот, когда гораздо проще закодировать их в геноме. Моя задача — определить условия, при которых модификация рибосом становится особенно важной, то есть понять функциональную роль этой модификации.

В экспериментальную науку стоит идти только тем, кто способен терпеливо и стойко выносить многочисленные неудачи

Поскольку я занимаюсь изучением биосинтеза белка, то в реальности область моих интересов оказывается невероятно широкой. Лично мне было бы интересно продолжить изучать то, как происходит биосинтез белка в клетках не только бактерий, но и более сложных организмов. Каждый год выходят очень серьезные работы, которые подтверждают, что именно синтез белка является центральным процессом во всех живых объектах. Помимо прямого назначения, он объединяет огромное количество различных регуляторных систем, которые призваны защищать клетки от агрессивных условий среды, то есть, кроме непосредственного производства белка, трансляционный аппарат является своеобразным сенсором нарушений функционирования клетки. Интересно, что некоторые выдающиеся ученые объясняют старение как следствие нарушения процесса синтеза главных биомолекул, в частности белков. Именно накопление таких «ошибочных» молекул и приводит к тому, что клетки теряют способность выполнять свои функции.

В чем я совершенно точно смог убедиться, пока работал в лаборатории, так это в том, что в науке как нигде верен принцип «Терпение и труд все перетрут». Я вообще с трудом вспоминаю серьезные эксперименты, которые получились бы с первого или хотя бы второго раза. И дело тут не в «прямоте» рук, а просто в том, что в работе с такими сложными объектами, как живые клетки, что угодно может пойти не так. Даже самые незначительные мелочи могут оказать решающее влияние на ход эксперимента. Именно поэтому в экспериментальную науку стоит идти только тем, кто способен терпеливо и стойко выносить многочисленные неудачи. Зато, когда эксперимент удается и приносит результат, возникает ощущение, что ты понемногу раскрываешь секреты природы. Это невозможно с чем-то сравнить.

Тем, кто только начинает свой путь в науке, я могу посоветовать максимально критично относиться к своим идеям и теориям. Каким бы красивым и логичным ни казалось то или иное предположение, оно с легкостью может оказаться неверным. На своем опыте я неоднократно разочаровывался в идеях, которые не подтверждались. Я не хочу сказать, что не надо верить в свои предположения, но нужно всегда четко осознавать, что это лишь теория. Если изначально рассмотреть все варианты развития событий, это сильно поможет сэкономить время и нервы. Если говорить о науке в России, то боюсь оказаться скучным и неинтересным, но основные проблемы все те же, что и несколько лет назад. Невероятно долгие сроки поставки оборудования и реагентов очень сильно усложняют всем жизнь и работу, а огромный объем отчетности по проектам часто отнимает слишком много времени у очень талантливых людей, которые вынуждены проводить не одну неделю за написанием отчетов.

Я всегда был поглощен наукой как фундаментальной дисциплиной, но с недавних пор заинтересовался и прикладной областью исследований — стал понимать, что наука должна приносить пользу, что можно изобретать новое, которое будет интересно не только мне как ученому, но и помогать людям. Поэтому я решил участвовать в программе по развитию биотехнологических стартапов «Формула БИОТЕХ 2016», где молодых ученых, аспирантов и студентов, подобных мне, учат, как создавать наукоемкий бизнес. Особенностью «Формулы» является то, что мы, молодые ученые и специалисты, работаем над реальными задачами и проблемами отрасли, которые хотят решить представители биотехнологических компаний. Так я возглавил проект агронаправления AbMilk по созданию отечественных аналогов тестов для определения антибиотиков в молоке и команду из четырех человек.

Контроль качества молока-сырья крайне важен для обеспечения здоровья, так как молоко и молочные продукты очень востребованы. Сегодня производство молока связано с большим количеством рисков, один из которых — остатки ветеринарных препаратов, прежде всего антибиотиков, используемых для борьбы с заболеваниями животных и в профилактических целях. Например, многие фермеры используют тетрациклин не только для лечения, но и как средство, способное стимулировать рост, что на руку производителям молока. Почему все-таки антибиотиков в молоке быть не должно? Даже в следовых количествах подобные препараты могут не только вызывать аллергическую реакцию, но и оказывать токсическое воздействие на наш организм. Именно из-за массового использования антибиотиков в ветеринарной и аграрной промышленности с каждым годом усугубляется проблема появления новых штаммов бактерий, устойчивых к традиционным антибактериальным препаратам. Поэтому содержание антибиотиков в молоке строго контролируется государственными стандартами. Наиболее широко используется скрининговый анализ крупных партий продукции с помощью экспресс-тестов. В России используются только импортные наборы для таких тестов, что затруднительно в современных экономических условиях. Поэтому мы создаем продукт, преимуществами которого станут удобство использования, высокое качество и цена в рублях.

Наш метод представляет собой тест-полоску, похожую на всем известный тест на беременность. Проводить подобный анализ может даже ребенок: нужно нанести молоко на полоску и через несколько минут наблюдать появление окрашенных линий. Анализ нескольких проб молока занимает всего пять-семь минут, а по его результатам можно смело говорить о чистоте молока. Поскольку для лечения коров широко используются бета-лактамные и тетрациклиновые антибиотики, логично сделать полоску, которая смогла бы определять оба антибиотика одновременно, к этому мы и стремимся в нашей разработке.

Работа полосок основана на иммунохроматографии — способности антител, конъюгированных с коллоидным золотом (оно там нужно, чтобы придавать им окраску), специфично связывать необходимые антибиотики. Если кратко, то перед экспериментом молоко смешивается с подготовленным составом антител, где происходит взаимодействие антибиотиков (если таковые имеются в молоке) с мечеными антителами. Эта смесь наносится на тест-полоску, где и происходит движение жидкости в сторону тестовой зоны. В самой тестовой зоне особым образом нанесены те антибиотики, наличие которых мы определяем. В случае, если антибиотиков в молоке нет или просто очень мало, то в нем достаточно свободных антител, которые связывают антибиотики в тестовой зоне, что приводит к появлению окрашенных полосок. Если количество антибиотиков в молоке превышает допустимую норму, то все антитела оказываются связаны с ними и не могут задерживаться на антибиотиках в тестовой зоне, что приводит к отсутствию окраски на тестовой полосе. Таким образом, если в ходе теста полоски не появляются, пора бить тревогу. Сейчас проект очень быстро развивается, и я прикладываю все силы, чтобы он воплотился в жизнь.