Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №15/2003

Немного обо всем, или все о немногом

Внимание – газы!

Так предупреждают об атаке боевыми отравляющими веществами (БОВ) типа иприта или зарина. Время от времени такое случается в той же токийской подземке. Но для атаки эти БОВ или токсины и другое биологическое оружие необходимо транспортировать через заградительные кордоны, которые их часто пропускают, поскольку не обладают аппаратурой с достаточно высокой степенью разрешения...
Для решения проблемы специалисты Орегонского университета предложили использовать... сиамских бойцовых рыбок. Сиам – это древнее название Таиланда, где процветают рыбные бои. О готовности рыбок к бою судят по яркой окраске их плавников и чешуи. Покраснение «бойцов» происходит под влиянием половых гормонов, которые стимулируют клетки-хроматофоры.
Такие клетки сохраняют жизнеспособность в жидкости в течение трех месяцев. Для поддержания их жизни необходимо добавлять в жидкость сахар, соль и аминокислоты. Молекулы гормона связываются с рецепторами – специфическими белковыми молекулами на поверхности клеток, – запуская при этом каскад цитоплазматических реакций.
В результате этих реакций накапливается аденозинтрифосфат (АТФ), энергия связей которого используется для активизации так называемых «моторных» белков хроматофора. Именно по молекулам этих белков, как по рельсам, происходит транспорт красящего пигмента из глубины цитоплазмы (от ядра клетки) к ее поверхности. Накопление пигмента на периферии хроматофора приводит к покраснению рыбки.

Распределение пигмента (штрихи) в клетке-хроматофоре:
Распределение пигмента (штрихи)
в клетке-хроматофоре:
а – по периферии (в нормальной среде);
б – у ядра при токсическом воздействии

Любые токсины и загрязнители окружающей среды нарушают цепь синтеза АТФ, в результате клетки-хроматофоры способны служить детектирующей системой с высокой степенью разрешения. Было проверено более сотни различных загрязнителей, а также токсины холерного вибриона и бактерии, относящиеся к роду, один из представителей которого вызывает, в частности, сибирскую язву.
Токсические вещества «гасят» хроматофоры, в то время как безвредные вещества на их окраску не влияют. Однако такое молекулярное детектирование оказалось неэффективным при выявлении нейротоксина, поскольку тот связывается в нервных клетках с белковой системой, которой нет в хроматофорах бойцовой рыбки (все-таки клетки рыбки и нейроны довольно далеко стоят друг от друга на эволюционной лестнице).
Отсюда был сделан вполне очевидный вывод о том, что будущие системы детектирования должны состоять из 3–4 типов различных клеток, чтобы «перекрывать» весь возможный диапозон вредоносных агентов. В этом могут помочь хроматофоры африканской шпорцевой лягушки, которые также имеют систему гормонального «оповещения» и способны менять свою окраску за счет перераспределения пигмента в цитоплазме.
У лягушки такие клетки называются меланоцитами, поскольку они содержат меланин (от греч. me'lanos – черный). С помощью метода электрошока в их мембранах пробивают поры, через которые вводят гены человеческих рецепторов опиатов (героина, морфия и кодеина). Тем самым создается индикатор наркотиков, поскольку опиаты посредством своих белковых мембранных рецепторов меняют цветность меланоцитов.
В качестве тестового вещества используется налоксон, снижающий неприятные ощущения «ломки» при отказе от морфия и героина. Налоксон широко применяется наркологами при лечении наркоманов. Это вещество буквально обесцвечивает меланоциты с человеческими рецепторами опиатов.
Чувствительность клеточного детектора просто поражает: он реагирует на микрограммы опиата в литре раствора! При этом не нужно знать, какой наркотик принимал человек, лишь бы он связывался с его опиатными рецепторами. То же самое относится и к опиатному спортивному допингу.
Кроме того, подобные клеточные детекторы позволяют облегчить и удешевить поиски различных полезных веществ, упрощая работу химика-аналитика.

Материал подготовил
И.Э.ЛАЛАЯНЦ
(Biosensors and Bioelectronics, 2002, v. 17, p. 331;
New Scientist, 2002, № 2332, p. 21, № 2336, p. 20)