Стрессовые
белки — ключ к разгадке жизни

Галина КИСЕЛЕВА,
журналист

Любопытно,
что разговор об этом с заместителем
директора Сибирского института
физиологии и биохимии растений,
доктором биологических наук,
профессором Виктором ВОЙНИКОВЫМ мы
вели в день, когда за окном стоял
редкий даже для Сибири мороз.
Температура в кабинете достигала
едва ли 6 градусов. Мы кутались в
шубы и говорили о том, как растения,
а значит, и все живые организмы,
"согреваются" в холод и как
научиться управлять этими
процессами. Тогда я впервые и
услышала о "стрессовых
белках".

— Виктор
Кириллович, так что же такое
"стрессовые белки"?

— Это белки,
которые образуются в клетках всех
организмов, начиная от бактерий,
растений, животных до человека, в
ответ на какие-то неблагоприятные
воздействия окружающей среды,
скажем, на резкое повышение или
понижение температур, воздействие
токсических веществ, состояний,
вызывающих гипоксию. Все
отклонения от нормальных условий
обитания организма приводят к тому,
что клетка реагирует на эти
изменения и "включает"
соответствующие природные
механизмы, экспрессию определенных
генов. Как результат такой
экспрессии и появляются белки,
которые условно называются
стрессовыми белками.

Само понятие
" стрессовые белки" возникло
не очень давно, лет 10-15 назад. Надо
сказать, что именно в нашей
лаборатории физиологической
генетики СИФИБР были начаты
исследования, которые можно
назвать пионерными, и получены
результаты, которые можно отнести к
числу приоритетных.

— Вы
первыми придумали им такое
название?

— Первые
публикации появились в 70-х годах.
Они показали возможность
экспрессии генов дрозофилы в ответ
на повышение температуры. Через
некоторое время другие
исследование показали, что
экспрессия генов приводит к
накоплению белков, которые были
названы белками теплового шока.
Очень долго они так и назывались, да
и сейчас белки этого класса,
которые образуются при повышении
температуры, называются БТШ. И все
белки, образование которых вызвано
воздействием изменения среды,
часто тоже так именуют, но сейчас
чаще применяется второй термин —
"стрессовые белки", поскольку
он точнее. Название БТШ родилось не
у нас. А стрессовыми белки, скорее
всего, были названы с нашей подачи.
В своих публикациях мы чаще других
их так именовали. И это как- то
закрепилось.

— Что
нового вы внесли в знания об этих
удивительных белках?

— Со
стрессовыми белками мы начали
работать достаточно давно (я, в
частности, когда еще был аспирантом
и учился в Новосибирске). Изучая
холодоустойчивость растений, мы
обнаружили, что ряд
физиологических и биохимических
параметров растений сильно
меняется (в зависимости от
генотипа) в ответ на то или иное
стрессовое воздействие. В
результате нам удалось найти
хромосомы, в которых локализованы
гены, отвечающие за синтез
"холодовых" стрессовых белков.
В то время (77-78 годы) о белках
холодового шока даже не говорили.
Знали только о белках теплового
шока. Наши работы вызвали бурную
реакцию.

Мы впервые
показали, что в ответ не только на
повышение, но и на понижение
температуры происходит синтез
новых стрессовых белков. В то время
это был достаточно неожиданный
результат. Считалось, что если при
повышении температуры, когда
ускоряются все реакции, появляются
новые белки, — это процесс
естественный и понятный. Но когда
температура понижается, какое же
может быть усиление деятельности в
клетке? Напротив, все должно
успокаиваться, затухать, и о новом
синтезе, об образовании новых
белков и речи быть не может! Это и
для нас было странно: как при
снижении температуры клетка могла
запустить новые синтезы? Но
многочисленные эксперименты
убеждали нас в правильности
выводов. Стоило больших трудов
доказать свою правоту другим,
пробить дорогу публикациям.

Среди новых
синтезов как раз и оказались эти
белки холодового шока, которые мы
назвали стрессовыми белками. Чем
дальше мы продвигались вперед, тем
становилось интереснее.
Оказывается, растения могут делать
те вещи, которые присущи всем живым
организмам. Парадоксально, но они
могут сами себя "греть", когда
им "холодно"! Это трудно
воспринималось вначале. Понятно,
что теплокровное животное или
человек могут поддерживать
температуру своего тела вне
зависимости от температуры
окружающей среды. Известно, что и
некоторые насекомые могут повышать
температуру, известно даже, что
растения в определенные моменты
онтогенеза могут повышать
температуру. Но чтобы растение
пыталось "согреваться" в тот
момент, когда его охлаждают, было
совершенно неожиданно, непонятно.
Но оказалось, это так.

Происходит
вот что. Как и во всех живых
организмах, в растениях есть особые
органеллы — митохондрии, своего
рода энергетические станции. Они
выделяют энергию либо в химических
реакциях, либо, при определенных
условиях, могут переходить на
режимы выброса тепла.

Выяснилось,
что в клетке есть вещества, которые,
реагируя на холод, передают сигнал
в митохондрии и заставляют их
переходить на новый режим работы. К
таким веществам относятся,
например, свободные жирные кислоты.
И, как мы и предполагали, когда
начинали работу, с этим процессом
связаны именно стрессовые белки.

Наша
лаборатория изучила множество,
целое семейство холодовых белков, и
один из них оказался особенно
интересным — он носит название
"белок холодового шока 310".
Когда такие белки попадают в
митохондрии, они вызывают тот самый
термогенез, который позволяет
растению локально повысить
температуру в определенных частях
клетки и подготовиться к
охлаждению.

Когда
снижается температура окружающего
воздуха, температура клетки должна
снизиться, все процессы должны
замедлиться, что может привести к
образованию кристаллов льда в
клетке, разрыву ее структур и
гибели. Но если перед тем, как это
наступит, клетке дать возможность
"подготовиться", то она может
пережить даже сильное охлаждение.
Этот период подготовки требует
более комфортных условий. И клетка
сама себе их создает, подогревает
себя, запуская определенные
механизмы. В течение
"подготовительного" часа
происходит обезвоживание клетки,
перестройка ее ферментов и многие
другие процессы, что позволяет ей
встретить холодную температуру без
потерь.

— И обо
всем этом стало известно благодаря
исследованиям только вашей
лаборатории?

— В науке так
не бывает. Вопросами адаптации
занимались многие. Мы сделали свои
обнаружения не на пустом месте.
Установление роли стрессовых
белков в этих процессах — это наша
заслуга, изучение термогенеза в
растениях — тоже.

— Как
можно использовать эти знания?

— Эти знания
нужны, чтобы, во-первых, понимать те
процессы, которые происходят в
клетке, понимать механизмы, которые
ведут к адаптации, а это, в свою
очередь, важно для понимания того,
как функционируют те или иные
молекулы, структуры, соединения.
Что дало открытие стрессовых
белков? Прежде всего, оно привело к
важному в нашей науке открытию
белков шаперонов. Это белки,
которые предохраняют молекулы
других белков, и не только белков,
от повреждений при действии
стресса. Шапероны — один из классов
стрессовых белков. Их много, и они
имеют разные функции при стрессе.
Функции шаперонов очень важны — они
обеспечивают функционирование
различных макромолекул. Не трудно
представить, как много областей
применения может иметь такое
открытие.

Что касается
"холодовых" стрессовых белков,
среди них тоже есть шапероны. Кроме
того, есть стрессовые белки,
которые, как антифриз, который
заливается в двигатели
автомобилей, не дают клетке
образовывать кристаллы льда. Есть и
другие классы стрессовых белков с
очень интересными функциями.

Исследования
наши привели к тому, что мы начали
понимать неизвестные раньше
секреты жизни растений, механизмы
их защиты от неблагоприятных
условий. Где это можно применить?
Можно, например, целенаправленно
проводить селекцию. Вырабатывать у
растений, живых организмов
устойчивость к холоду, к недостатку
влаги, кислорода и т.д.

— Как
оцениваются ваши работы научной
общественностью?

— Нас
публикуют в отечественных и
международных журналах, приглашают
выступить на конференциях. Вот
лежит приглашение на престижнейшую
Гордоновскую конференцию, которую
называют "послезавтрашним днем
науки". По правилам, принятым на
ней, доклады, там прозвучавшие,
нигде не публикуют, нельзя делать
их записи или снимки.

Сотрудник
нашей лаборатории кандидат наук
Александр Рудиковский в свое время
получил первую премию Общества
физиологов России. Кандидаты наук
Геннадий Боровский и Алексей
Колесниченко получили по гранту СО
РАН. У меня была так называемая
президентская стипендия.

— Виктор
Кириллович, что вы мечтаете еще
успеть сделать?

— Ученый
подобен ребенку, разбирающему по
частям игрушечную машину, чтобы
понять, что же там, внутри. Хочется
понять, как эта штука, под названием
жизнь, устроена. В своих
исследованиях мы затронули только
верхушечку айсберга. Стрессовые
белки — это интереснейший объект
для исследований, который может
стать ключом для понимания многих
секретов жизни. В ближайшее время
произойдет выделение генов,
ответственных за процесс
"подготовки к стрессам", а
дальше… Трудно даже загадывать, к
каким необычным открытиям это
может привести.

P.S.
Пока материал готовился к
публикации, Виктор Кириллович
Войников успел побывать в США на
знаменитой Гордоновской
конференции и выступил там с
докладом. Его сообщение вызвало
такой интерес, что организаторы
конференции приняли решение
следующую встречу провести в
Иркутске.