На грани возможного: Наука выживания

Тысячи молекулярных биологов ежедневно пользуются в своих исследованиях способностями гипертермофилов. Жаростойкие ферменты применяются для того, чтобы в процессе под названием ПЦР (полимеразная цепная реакция) размножить выбранный фрагмент ДНК. Как нетрудно догадаться, этот процесс подразумевает повторяющиеся один за другим реакционные циклы. Сперва ДНК требуется нагреть, чтобы разделить на две составляющие цепочки. Затем ее охлаждают и каждую цепочку реплицируют с помощью фермента. Эти два шага многократно повторяют, обеспечивая рост числа молекул ДНК в геометрической прогрессии. В основе метода ПЦР лежит использование фермента ДНК-полимеразы, который не распадается при высоких температурах (95° С), необходимых для разделения двух цепочек ДНК. К счастью, именно такими свойствами обладают гипертермофильные ферменты, в том числе и Taq-полимераза, применяющаяся в ПЦР. Метод ПЦР имеет и прикладное значение, он широко используется в медицине – например, для определения бактериальных штаммов или генетических обследований. Кроме того, он совершил настоящий переворот в криминалистике: для производства миллиона копий ДНК по технологии ПЦР достаточно всего нескольких молекул, поэтому теперь преступника можно установить по одной-единственной клетке, оставленной на месте преступления.

Taq-полимеразу выделили из археи Thermophilus aquaticus, найденной Томасом Броком в супергорячих гейзерах Йеллоустонского национального парка. Более 20 лет она томилась без дела в лаборатории, пока Кэри Муллис не догадался, что с ее помощью можно проводить амплификацию ДНК. Блестящий ученый, но весьма эксцентричный человек, Муллис настроил против себя многих представителей науки своими резкими заявлениями и нетрадиционной подачей лекционного материала – со слайдами серфингистов или своих подружек в компрометирующих позах. И тем не менее, он стал нобелевским лауреатом – более чем заслуженно, поскольку своей работой он совершил переворот в медицине и биологии, а изобретенная им технология ПЦР стала основным инструментом современной молекулярной биологии. Taq-полимераза была первым ферментом, выделенным из экстремофильного организма, нашедшим промышленное применение. Ее продажи приносят более 80 млн долл. прибыли в год. Борьба за патент между разными компаниями ведется до сих пор.

За ферментами, выделяемыми из алкалофилов, вовсю гоняются производители моющих средств. Ферменты добавляются в стиральные порошки к биологическим средствам, чтобы расщеплять белки, сахар и жиры, приставшие к грязным вещам. Однако стиральные порошки обладают повышенной щелочностью, и большинство ферментов в таких условиях теряют свойства. Ферменты же, добытые из алкалофилов, наоборот, отлично трудятся при высоком водородном показателе (pH). В 1997 г. американская компания Genecor представила порошок с ферментом, полученным из алкалофила, обнаруженного в содовом озере. Согласно рекламе, даже постиранная сотни раз с этим порошком вещь выглядит как новая. Фермент разбивает тончайшую прослойку поверхностного пушка, на котором и собирается грязь, оставляя саму ткань нетронутой. Порошок стал первым случаем широкого промышленного применения веществ, полученных от экстремофилов.

Потенциальных областей применения у экстремофилов уйма. Ацидофилы могут облегчить добычу ценных металлов из низкосортных руд – этот процесс, называющийся микробным выщелачиванием, все чаще применяется при добыче золота, меди и урана. Ферменты, полученные из психрофилов, можно добавлять в мыло и моющие средства для холодной воды, а также использовать в качестве катализаторов для реакций, проходящих в холоде. Бактерии и археи все активнее применяют для биовосстановления, а также для расщепления токсичных веществ, таких как пестициды, нефть и растворители. Промышленное использование экстремофилов пока лишь набирает обороты, однако перспективы у него гигантские.

Внеземная жизнь?

В августе 1996 г. героем международных новостей стал маленький, ничем не примечательный с виду камешек под порядковым номером ALH84001{42}. В отличие от большинства научных статей, которые читает, в лучшем случае, горстка любителей, открытие подробно обсуждалось и в газетах, и по радио, и в телевизионных новостях по всему миру еще до того, как была опубликована статья, посвященная данному феномену. Ажиотаж вполне объясним: ученые НАСА заявляли, что на Марсе обнаружена жизнь.

Шестнадцать миллионов лет назад ударившийся о поверхность Марса метеорит выбил дождь мелких осколков, которые унеслись в открытый космос. Около 11 000 лет назад один из этих фрагментов попал в поле притяжения Земли и обрушился на ледяную пустошь Аллен-Хиллс в Антарктиде. Так что наш ALH84001 – марсианин, один из немногих обнаруженных на сегодняшний день метеоритов подобного рода. Их марсианское происхождение подтверждается и минеральным составом, и составом газовых пузырьков, запертых в толще камня. Они идентичны камням на поверхности Марса и атмосфере планеты, замеры и пробы которых были взяты марсоходом «Викинг» в 1976 г.