«Это удивительные существа, странные, загадочные во всём своём строении», – говорит доктор биологических наук, заведующая отделом ультраструктуры клетки ЛИН СО РАН Елена Лихошвай. Слово «диатомовый», видимо, распугало обычных посетителей лектория библиотеки Молчанова-Сибирского. Людей, которые хотели узнать про водоросли (сразу всплывают в голове полоскающиеся в волнах малоинтересные зелёные сгустки), оказалось совсем мало. И зря, потому что не о сгустках шла речь, а о нанотехнологиях, расшифровке генетической «карты» и о том, как крохотные водоросли могут помочь инженерам построить сооружения будущего. Всё, что рассказывает Елена Лихошвай, – это не просто интересно, это удивительно и не укладывается в наши обычные представления о живом на земле. 

С греческого «диатомос» означает «разделённый пополам». Водоросли эти живут в панцирях, созданных из кремнезёма, одна часть панциря – это как бы «коробочка», другая – «крышечка». Впервые эти водоросли обнаружил в 17 веке голландец Антоний ван Левенгук в первых изобретённых им микроскопах. Форму водоросли имеют самую разную – круглую, ромбическую, многоугольниками. Поскольку диатомеи крохотные, микроскопических размеров, увидеть их можно только в микроскоп. К примеру, нитевидная диатомея в несколько раз тоньше человеческого волоса. Но на экране возникают чудесные увеличенные изображения – мозаичные, причудливые, с шипиками. Относятся они к империи эукариот, царству хромистов. Из школьного курса биологии известно, что все живые организмы делят на царства животных, растений, грибов, бактерий, архей. Оказывается, есть шестое царство, признанное учёными в конце 20 века, – хромисты. Это организмы, имеющие две клетки с ядрами, одна из них находится внутри другой и содержит хлоропласт. Или потомки древних симбиотических организмов.

Диатомовые водоросли появились порядка 240 млн. лет назад и заселили все места планеты, где достаточно воды и света. Видовое разнообразие их огромно: по некоторым оценкам, на земле сейчас живёт около миллиона видов. Если сравнивать белки, гены диатомей друг с другом, то обнаруживается потрясающая дивергенция (расхождение признаков в ходе эволюции) диатомовых по сравнению с другими организмами. 

Диатомеи ещё называют «двойными симбионтами». Симбионт – организм, который образован из соединения двух разных. Диатомовые водоросли образовались «в результате серии» эндосимбиозов, когда один организм живёт внутри другого и в процессе эволюции становится его частью. Фототрофный, использующий для синтеза органики энергию фотосинтеза, организм поглотил гетеротрофный, который питается готовыми органическими веществами. В итоге мы имеем очень необычную структуру клетки диатомеи: органелла клетки, отвечающая за фотосинтез – хлоропласт, – имеет четыре мембраны вместо двух, как у растений. 

Учёные выяснили: у диатомовых водорослей часть генов принадлежит животным, часть – красным, часть – зелёным водорослям, ещё какая-то часть – цианобактериям. Это организмы, которые содержат в себе целый «компот» из генов. 

– Мы взялись расшифровывать геном диатомовой водоросли Synedra acus – пресноводного организма, который широко распространён в мире, в том числе и в озере Байкал, вид этот доминирует в весенний период,  – рассказывает Елена Лихошвай. – За последние два года нам удалось расшифровать геном митохондрии и геном хлоропласта. Работа, конечно, не на один год. Основная проблема заключается в обработке данных, так как для работы нужны очень хорошие биоинформатики, мы стараемся привлекать специалистов из разных городов. Один специалист прибыл к нам из Санкт-Петербурга, второй – из Томска.

Ранее, в 2004 году, в мире уже был расшифрован геном диатомовой водоросли, но другого вида. Поскольку тогда не было столь совершенной методики, то над проектом трудились 45 человек из 24 лабораторий. ЛИН СО РАН ставит перед собой амбициозную задачу – провести расшифровку силами одной лаборатории благодаря оборудованию для расшифровки генома – автоматическому ДНК-секвенатору, полученному институтом за счёт средств приборной комиссии СО РАН. Расшифровка проводится методом пиросеквенирования, аналогичные приборы работают сейчас только в Москве и Новосибирске, готовится запуск в Санкт-Петербурге. Иркутские специалисты проходили стажировку в Германии, где выпускаются эти приборы.  «Сам процесс скринирования идёт две недели, а разбирать можно год, поскольку информации очень много, – говорит Елена Лихошвай. – Сейчас мы анализируем различные гены, участвующие, к примеру, в строительстве панцирей диатомей». 

Для чего нужно изучать геном человека, многим  понятно, но зачем это делать для крохотной водоросли? Появится новая расшифровка, но ведь мир от этого не перевернётся. «У нас в России к этой проблеме пока относятся сдержанно, но за рубежом очень интересуются расшифровкой генома. В будущем это выход на наноструктурированные материалы, – говорит Елена Лихошвай. – А если мы сможем так трансформировать генетический код диатомовой водоросли, что удастся получать структуры с заданными свойствами, мы будем в большом выигрыше. Ведь диатомовым для построения уникальных структур ничего не надо, кроме света и слабоминерализованной воды». 

Учёные пытались выяснить с помощью специальных приборов – нанотвердомеров – рельеф и структуру поверхности этих объе-ктов и узнать, насколько прочны панцири диатомей. Результат показал: их прочность не уступает прочности вертикального слоя кости. Интересно, что наиболее тонкие структуры, которые прикрывают народившуюся клетку ещё до того, как она смогла сформировать панцирь, вообще не поддаются разрушению. Это разомкнутые кольца, которые при смятии сгибаются и пружинят, принимая прежнюю форму. При увеличении в 60 тысяч раз учёные обнаружили, что кольца покрыты порами, расположение и специфика строения которых позволяет кольцам иметь такую гибкую и прочную форму. Именно благодаря этим свойствам диатомеи с 2005–2006 годов стали объектами внимания учёных, занимающихся нанотехнологиями. 

«Пока всё, что создано человеком, к примеру механизмы и машины, не сравнится с одним простым и совершенным творением природы – панцирем диатомовой водоросли», – уверена Елена Лихошвай. Говорят, уже сейчас в Берлине есть опора, построенная по принципу формирования панцирей диатомей. А когда-то будут стоять целые города.