Маленькие глубоководные рачки стали героями научного фильма, который скоро увидит весь мир. Исследования ученых НИИ биологии ИГУ заинтересовался международный проект Russia Beyond, который рассказывает о России для многомиллионной аудитории на 13 языках. Целую неделю они снимали, как иркутские биологи отлавливают эндемиков, исследуют их в лаборатории и выявляют антибиотическую активность. Чем так уникальны байкальские рачки, как их микрофлора может пригодиться человечеству и зачем вживлять в «подопытных» микрочастицы?
Выжившие
Биотехнологические ресурсы Байкала — вот что привлекло внимание представителей Russia Beyond. Разработки ученых Научно-исследовательского института биологии Иркутского государственного университета, которые главным образом занимаются фундаментальными исследованиями, имеют еще и высокий прикладной потенциал для биотехнологий и медицины.
— Я давно искал идею, которая была бы одновременно достаточно глобальной, затрагивала каждого жителя планеты, находилась на передовом крае науки и о ней можно интересно рассказать через видео, — сообщил руководитель съемочной группы, заместитель шеф-редактора Russia Beyond Глеб Федоров. — И все это нашло отражение в теме о биологических и технологических перспективах озера Байкал.
Главным героем документальной ленты стал байкальский рачок. Ученые подчеркивают, что эндемик представляет интерес в первую очередь благодаря среде, в которой он обитает. Во-первых, в Байкале сложился необычный комплекс условий: малая минерализация, высокая концентрация кислорода, низкая температура. Во-вторых, байкальская экосистема отличается стабильностью. Большинство мировых озер, как правило, существуют не более 20 тысяч лет — после этого они заиливаются, а их обитатели мигрируют в другую среду. Байкал же представляет собой рифтовое озеро с многомиллионной историей.
— За это время эндемичные организмы могли развить уникальные механизмы адаптации к факторам среды. Например, если заглянуть зимой в любое другое озеро, вы увидите, что все рачки впадают в спячку. А в Байкале зимой при температуре около 0 градусов, наоборот, буйство жизни: у рачков активная фаза и период размножения, — рассказывает Максим Тимофеев, директор НИИ биологии ИГУ. — Сейчас благодаря поддержке Российского научного фонда и Ассоциации Гельмгольца мы совместно с нашими немецкими партнерами изучаем процесс адаптации рачков к низкой температуре. Это имеет значение и для понимания того, как глобальное изменение климата может отразиться на экосистеме Байкала, и для прикладных биотехнологических разработок.
Вполне возможно, что, разгадав механизм адаптации рачков к низким температурам, ученые смогут использовать эти данные в самых разных отраслях науки: выведении устойчивых к холодам сельскохозяйственных культур или технологии криоконсервации органов и тканей.
Внутренний мир рачка
Интерес для ученых представляет не только сам рачок, но и его микрофлора. Чем она уникальнее, тем выше шанс обнаружить в ней какое-то новое соединение — вещество, потенциально обладающее антимикробной или противораковой активностью.
— В глубине Байкала обитают рачки-падальщики. Они питаются разными останками организмов, невзирая на то что добыча уже «подпортилась» и начала разлагаться — а значит, высок шанс развития потенциально патогенных бактерий, — говорит Денис Аксенов-Грибанов, старший научный сотрудник НИИ биологии ИГУ. — И раз рачку приходится все это есть, разумно завести у себя в кишечнике микрофлору, которая уничтожала бы опасные бактерии.
Эти процессы и стали основной сюжетной линией в фильме Russia Beyond. Специально для съемочной группы биологи выловили глубоководных рачков, вскрыли их и изучили, какие бактерии живут в кишечнике эндемика. Затем сделали посевы, вырастили в лаборатории микрофлору рачка и просканировали ее антибиотическую активность.
Сейчас фильм находится на стадии монтажа, все недельные съемки уместятся в 15 минут. А тем временем изучение продолжается уже в Германии — в Центре фармакологических исследований в городе Саарбрюккен в настоящее время проводится анализ структуры обнаруженных соединений, синтезируемых симбионтами рачка. Если будет доказана его антибиотическая или противораковая активность без очевидных побочных эффектов, начнутся тесты вещества на безопасность для человека.
На вопрос: «Не выловят ли всех рачков из Байкала ради создания нового лекарства?» — ученые отвечают:
— Конечно, нет. Мы ведь просто заимствуем у рачка его микрофлору: выделяем интересующую нас бактерию, делаем посевы на питательную среду и выращиваем в необходимых количествах.
Импланты для планктона
В лаборатории НИИ биологии ИГУ ведутся и другие эксперименты с рачками, например, разработка имплантируемых микросенсоров. В кровеносный поток «подопытного» экземпляра вводят специальные микрочастицы, по цвету их свечения можно определять разные параметры организма в реальном времени. Раньше для аналогичных экспериментов приходилось убивать десятки и сотни рачков.
— Такие крошечные организмы сложно изучать — чтобы что-то измерить, нужно сначала умертвить рачка. Ведь из маленького организма не отберешь необходимый для анализа объем крови, не возьмешь кусочек ткани, — объясняет научный сотрудник НИИ биологии ИГУ Антон Гурков. — Это очень сильно усложняет эксперименты, особенно длительные, ведь чтобы изучить изменение параметров организма в динамике, нужно отлавливать тысячи рачков, транспортировать их в больших контейнерах в лабораторию, ежедневно кормить и менять воду. Логичнее проводить испытания на одной небольшой группе живых организмов. Для этого мы разрабатываем имплантируемые микросенсоры.
Это работает следующим образом: микрочастицы впрыскивают в кровоток рачка, а затем под микроскопом наблюдают, как они меняют свой оттенок в зависимости от уровня кислорода или кислотности в организме. Благо, тельце рачка прозрачное и рассмотреть светящиеся частицы не составляет труда.
Сейчас ученые разрабатывают другие сенсоры, которые будут показывать, как накапливаются в организме рачка тяжелые металлы, молочная кислота, глюкоза. Возможно, когда-нибудь это пригодится для изучения или даже лечения человеческого организма.
Фото Валентина Карпова
ЦИФРЫ
Более 350 видов и подвидов рачков открыто в Байкале
Подписи:
Съемочная группа работала в Больших Котах на Байкальской биологической станции ИГУ, на корабле, с помощью которого устанавливали глубоководные ловушки, в лабораториях биологов
В лаборатории рачки содержатся в аквариумах с байкальской водой — чистой, холодной, при температуре 6 градусов. Чтобы имитировать привычную среду, в низ аквариума даже кладут камень, под которым рачки привыкли прятаться на дне озера
