Страница 8 из 25
Однако экспериментальная проверка этой теории оказалась исключительно трудной. Для этого нужно было выделять в чистом виде какие-то индивидуальные белки, ферменты или гормоны и определять их специфическую удельную активность. Теоретически в этом случае, например, 1 мг фермента каталазы или гормона инсулина, выделенных из тканей старых животных, по своей активности был бы ниже, чем 1 мг этих же белков, выделенных из тканей молодых животных. Проведение таких анализов в условиях кафедры агрохимии было нереальным. В качестве экспериментальной темы на 1952–1953 годы я выбрал лишь изучение активности синтеза белков в листьях бобовых культур в зависимости от возраста листьев и возраста растений. Этот синтез можно было связать и с действием азотных удобрений. Это был простой проект, не суливший каких-либо открытий.
Направление моих теоретических исследований существенно изменилось летом 1953 года после сенсационных открытий – двуспиральной структуры ДНК и механизма ее репродукции, сделанных в Кембридже Дж. Уотсоном (J. Watson) и Ф. Криком (F. Crick). Стало очевидным, что синтез белков контролируется нуклеиновыми кислотами каким-то сложным путем переноса информации и что «ошибки синтеза» могут происходить именно в этой фазе самообновления.
В мае 1954 года меня и аспиранта Евгения Федорова пригласил к себе в кабинет заведующий кафедрой А. Г. Шестаков и с видом конспиратора сообщил: «Ребята, я достал немного радиоактивного фосфора… нужно придумать какие-то новые опыты с использованием меченых атомов… – И он достал из жилетного кармана довольно большую ампулу. – Здесь 30 милликюри. Период полураспада четырнадцать дней. В течение двух-трех месяцев можно проводить измерения активности. Счетчики Гейгера мы на днях закажем и привезем». С этими словами он передал ампулу мне. Я был очень рад такому повороту в работе. Использование радиоактивных изотопов в биохимии растений создавало множество новых возможностей. Можно было начать и изучение синтеза нуклеиновых кислот, которые содержат в своей структуре атомы фосфора.
В моей библиотеке уже имелось несколько переводных руководств по использованию меченых атомов в исследованиях по физиологии и биохимии. Радиоактивный фосфор (P32) имел жесткое бета-излучение большой энергии, которое проникало на один-полтора сантиметра внутрь тканей. 30 милликюри – очень большая доза, в жилетном кармане эта ампула могла за короткий срок вызвать радиационный ожог, повредив у Шестакова подкожные слои как раз в районе сердца. Я мог слегка повредить кожу на кончиках пальцев, держа ампулу в руках несколько минут. Но каких-либо средств защиты или дистанционной манипуляции у нас в то время еще не было. Шестаков, возможно, принес ампулу из соседней засекреченной лаборатории биофизики. Она входила в состав нашей кафедры, и в ней, как мы знали, работы с радиоактивностью и излучениями велись уже несколько лет. Для этого была своя, «закрытая», секция вегетационного домика. Этой лабораторией руководил профессор Всеволод Маврикиевич Клечковский, который совмещал работу в ней с преподаванием агрохимии студентам.
У меня к тому времени в вегетационном домике за корпусом кафедры росли на разных режимах азотного питания около тридцати молодых растений фасоли. Вегетационный домик для агрохимических опытов – это, по существу, большое, высокое, застекленное, но хорошо вентилируемое помещение, в котором в стеклянных сосудах, установленных на вагонетках, выращиваются на разных смесях удобрений те или иные растения. Перемещение вагонеток обеспечивает равномерный световой режим. Единственное, что можно было быстро сделать с радиоактивным фосфором в форме фосфата натрия, это внести его в разных дозах в вегетационные сосуды с поливной водой и затем следить, каким образом он утилизируется в листьях разных ярусов растений и в течение всего периода роста и развития растений.
Париж. Международная конференция по радиоизотопам
Первые опыты с радиоактивным фосфором были довольно простыми. Федоров занимался вопросами утилизации фосфорных удобрений при разных уровнях кислотности почвы, меня интересовал синтез нуклеиновых кислот, РНК и ДНК, в листьях разного возраста и в репродуктивных органах растений. Мы разделили ампулу на двоих. Для этого ее нужно было открыть, срезав оплавленный конец обычным напильником, и развести в небольшом объеме дистиллированной воды в мерной колбе. Никаких защитных костюмов, экранов или масок не было, все делали вручную. Вскоре радиоактивные фосфор и серу (S35) стали получать и другие сотрудники. Меня назначили ответственным за работы с радиоактивностью на кафедре. Эксперименты с применением радиоактивных изотопов начинались и на других кафедрах, где-то в СССР вступил в строй засекреченный завод по производству радиоактивных изотопов для научных исследований.
Первыми опытами с применением радиоактивного фосфора, а вскоре и радиоактивной серы, которую я смог получать не только в виде сульфатов, но и в форме меченого S35 метионина (аминокислоты, входившей в состав почти всех белков), было изучение распределения радиоактивности по листьям разных ярусов (молодые вверху, более зрелые внизу) через разные сроки после внесения радиоактивных изотопов в питающую корни среду. Это можно было делать непосредственно на растущем растении счетчиком Гейгера, а также с помощью радиоавтографии, путем контакта растений или только листьев с рентгеновской пленкой.
В 1954 году я в основном осваивал различные методики, читал литературу и обдумывал возможности использования меченых аминокислот для изучения механизма синтеза белков и нуклеиновых кислот. В США и в других западных странах биохимики, применявшие радиоактивные изотопы, опережали нас благодаря техническим преимуществам. Они могли получать меченые по углероду, причем в определенной позиции, любые аминокислоты и нуклеотиды, а не только метионин. Они также имели в своем распоряжении суперцентрифуги и ультрацентрифуги, которые позволяли им осуществлять более полное фракционирование внутриклеточных образований, необходимое для выделения отдельных типов белков или нуклеиновых кислот. На продажу всех этих препаратов и центрифуг в СССР было наложено эмбарго, преодолеть которое путем покупки приборов через дружественных посредников в нейтральных странах (в Австрии и Финляндии) могли лишь некоторые особо важные институты, имевшие доступ к иностранной валюте. Посредники получали свои комиссионные. Бюджет Тимирязевской академии формировался только в рублях.
В 1955 году я разработал новый оригинальный метод препаративной радиоавтографии листьев растений, позволявший точно определять не только общую радиоактивность листьев, но и локализацию в них радиоактивных белков или нуклеиновых кислот. Для этого листья растений впрессовывались под большим давлением (от 50 до 150 атмосфер) с помощью гидравлического пресса в фильтровальную бумагу. На фильтровальной бумаге появлялся зеленый отпечаток листа, клетки которого были разрушены. Растворами некоторых кислот можно было удалять из отпечатка листа неорганические соединения, органическими растворителями – липиды и жиры, оставляя в отпечатке лишь белки и нуклеиновые кислоты, которые в результате денатурации прочно связывались целлюлозными волокнами бумаги. С этих отпечатков, уже сухих, можно было легко получать радиоавтографы, экспонируя их в рентгеновских кассетах в течение разных периодов времени. Количественно радиоактивность белков или нуклеиновых кислот можно было определять и в импульсах (распадах) в минуту счетчиком Гейгера.
Новизна и наглядность этой методики позволили мне опубликовать в 1956 году несколько статей в журналах и в сборниках конференций. Методика была впоследствии зарегистрирована как изобретение. С 1955 года я уже работал не один. Под мое руководство перешли два аспиранта. К ним вскоре добавились один дипломник и два практиканта из Китая. Меня утвердили в должности старшего научного сотрудника.
Важное влияние на нашу семейную жизнь оказало и то, что мне предоставили в академии жилую площадь – комнату в корпусе, где жили в основном профессора и преподаватели. В этой комнате (примерно 14 кв. м) мы разместились без проблем. Две другие комнаты в квартире занимала другая семья. Но на кухне имелась газовая плита, в ванной – горячая вода и в комнате – центральное отопление. В придачу ко всему этому комфорту в передней был еще и телефон. Ходить на работу мы могли пешком, а зимой на лыжах. В 1956 году в нашей семье появился еще один сын – Дима.