Биология в России: люди и открытия

Обычно, когда говорят о научных открытиях, особенно в биологии, имеют в виду хорошо финансируемые научные учреждения «первого мира», а о России если и вспоминают, то лишь в свете лучей былой славы. Переломим же этот тренд и расскажем, что не перевелись еще науки о жизни на земле русской! С патриотизмом в душе в хорошем смысле этого слова, в этом спецпроекте поговорим с нашими современниками — исследователями из России, изучающими основы жизни: от молекулярных биологов до зоологов и ботаников. Здесь вас ждет серия интервью — как текстовых, так и в форме научно-популярных фильмов, образующих серию «Суперлаба».

---

Спецпроект реализуется при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках инициативы «Десятилетие науки и технологий».

Партнер спецпроекта — компания BioinnLabs.

---

Министерство образования России активно содействует популяризации науки, поддерживает молодых исследователей и формирует передовую инфраструктуру для отечественных институтов и университетов.

«Десятилетие науки и технологий» — это масштабная государственная инициатива в России, проводимая с 2022 по 2031 год. Проект включает в себя комплекс инициатив, проектов и мероприятий. Все они направлены на усиление роли науки и технологий в решении важнейших задач развития общества и страны.

Компания BioinnLabs обеспечивает научно-исследовательские лаборатории высококачественными реагентами собственного производства и передовым оборудованием для биотехнологических и медицинских задач.

Институт биохимии имени А. Н. Баха, входящий в состав ФИЦ Биотехнологии РАН, находится в Москве на Ленинском проспекте, прямо напротив Нескучного сада. В его стенах трудятся ученые, работающие в области биохимии, физико-химической биологии и современных биотехнологий. Работает здесь и Николай Николаевич Случанко (НС). Под его руководством в Лаборатории белок-белковых взаимодействий проводятся исследования сразу в трех направлениях. Его сотрудники изучают свойства эукариотических белков семейства 14-3-3; выясняют, как устроена система фотозащиты у цианобактерий; выделяют у насекомых и других объектов белки, способные связывать пигменты каротиноиды. Почему же трек лаборатории сложился именно так, а не иначе? Об этом «Биомолекула» (БМ) и спросила у нашего гостя.

Автобусный вокзал для белков

БМ: Здравствуйте, Николай Николаевич! Насколько мне известно, вы оканчивали кафедру биохимии биологического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова, и кандидатскую диссертацию [1] писали там же. Посвящена она была регуляторным белкам семейства 14-3-3. Ими же вы продолжили заниматься и здесь, в Институте биохимии, где со временем создав здесь собственное научное направление. Расскажите, чем же эти белки так привлекают ученых?

НС: Как известно, в эукариотической клетке есть очень много разных белков. Многие из них образуют друг с другом комплексы, которые то собираются, то распадаются, и все эти процессы контролируются с высокой точностью. Почему и зачем?

Дело в том, что живая клетка, чтобы функционировать, должна уметь реагировать на внешние стимулы, чтобы в ответ на них регулировать свои внутренние процессы. И происходит это за счет передачи определенных сигналов. Например, когда с клеточным рецептором связывается какая-то малая молекула, это событие сигнализирует клетке о чем-то. Клетка, в свою очередь, должна этот сигнал воспринять. За передачу сигнала отвечают так называемые сигнальные белки. Они передают сигнал по эстафете, зачастую с помощью химических модификаций. И белки семейства 14-3-3 как раз относятся к таким белкам. Они «видят» фосфорилированные белки-партнеры, на которые в качестве сигнальной метки была перенесена фосфорильная группа, меняющая заряд и свойства всей молекулы. Эта способность впервые была показана именно для них.

Белков 14-3-3, узнающих фосфорилирование, в наших клетках очень много. В частности, в высокой концентрации они представлены в мозге, где сложно устроенные нейроны воспринимают и хранят огромное количество информации, используя разветвленные пути передачи сигналов. Там регулирующие белки этого класса очень важны и составляют порядка 1,5% ото всех белков. Собственно, и открыты в 1967 году они были при фракционировании белков мозга, во время которого они попадали в 14-ю фракцию и давали третью полоску на третьей дорожке на гель-электрофорезе. Отсюда и их странное название.

Однако, так или иначе, белки 14-3-3 есть практически во всех эукариотических клетках.

БМ: Как именно белки 14-3-3 участвуют в передаче сигнала? Вот перед ними появляется мишень — фосфорилированный партнер. Что дальше?

НС: Свою координирующую функцию 14-3-3 выполняют, связываясь с разными белками-партнерами, находящимися в фосфорилированном состоянии, и стабилизируя их фосфорилированные формы. Если партнер — это фермент, то они могут помогать ему проводить каталитическую реакцию и реализовывать какой-то физиологический процесс. Например, наши циркадные ритмы регулируются циклическим изменением концентрации гормонов серотонина и мелатонина в зависимости от времени суток. Превращение первого во второй контролирует фермент, который подвергается фосфорилированию, и за счет этого привлекает белки 14-3-3. Образуемый комплекс стабилизирует данный фермент в активной фосфорилированной форме, ускоряя превращение серотонина в мелатонин. С наступлением светлого времени суток происходит обратный процесс — фермент дефосфорилируется, теряет контакт с 14-3-3 и подвергается деградации, что сопровождается накоплением серотонина. Но это лишь один пример, бывают случаи, когда 14-3-3 связываются с фосфорилированной неактивной формой белка-партнера, блокируя его в таком состоянии. Вообще, сегодня мы знаем, что у белков 14-3-3 очень много партнеров, с которыми они связываются с разной силой.

БМ: И вы занимаетесь тем, что ищете таких партнеров?

НС: Нас, скорее, интересует, как взаимодействия белков координируются в клетке. Пока что глобально остается неясным, что диктует белкам 14-3-3 в определенный момент необходимость связываться с одними белками и терять контакт с другими, перестраивая сети белковых взаимодействий клетки и за счет этого приводя к изменению ее свойств и состояния. Мне нравится сравнивать роль белков 14-3-3 с крупным транспортным хабом — своего рода автобусным вокзалом, с которого в разные стороны постоянно отходят рейсы в разных направлениях. Мы пытаемся разобраться, как устроен этот вокзал. Какова его архитектура и почему одни автобусы туда приезжают, а другие — нет.

БМ: А как вы эти белки изучаете? Вы их выделяете из эукариотических клеток?

НС: По этому направлению мы работаем с рекомбинантными белками: нарабатываем белки 14-3-3 и их белки-партнеры в клетках кишечной палочки, а затем изучаем, как они образуют комплексы в пробирке, какова структура и прочность этих комплексов. Фосфорилирование достигается либо за счет ферментативной реакции под действием фермента протеинкиназы, либо за счет прямого включения фосфорилированных остатков в процессе трансляции белков-партнеров 14-3-3 в интересующие нас места. При этом хотелось бы подчеркнуть, что партнерами у 14-3-3 являются не только свои внутриклеточные, но и многие вирусные белки, попадающие в клетку во время инфекций.

14-3-3 на службе у вирусов

БМ: Такие взаимодействия вы тоже исследуете?

НС: Да. Одна из самых нашумевших наших работ по 14-3-3 была сделана с Кристиной Перфиловой в начале пандемии (речь о пандемии, вызванной распространением коронавируса SARS-CoV-2 [2]), когда выяснилось, что нуклеопротеин коронавируса, попадая в зараженную клетку, подвергается многоточечному фосфорилированию, и белки 14-3-3 образуют с ним комплекс [3]. Мы пытались разобраться, как этот комплекс устроен, почему он образуется, по каким участкам нуклеопротеин должен быть фосфорилирован для этого, и так далее.

Мы знаем, например, что в исходном вирионе нуклеопротеин, он же — нуклеокапсидный белок, взаимодействует с геномной РНК вируса, способствуя ее компактизации. Но когда происходит заражение, необходимо, чтобы нуклеокапсидный белок отвалился от вирусной РНК и дал возможность вирусу реплицироваться. За этот процесс диссоциации фактически отвечает фосфорилирование. Нуклеокапсидный белок сильно положительно заряжен, что необходимо для его прочного связывания с РНК. Для того, чтобы разноименные заряды РНК и белка расталкивались, белку нужно придать отрицательный заряд, и это осуществляется путем присоединения фосфорильных групп. Происходит это не хаотично, а в определенных местах.

БМ: Получается, что взаимодействие вирусного белка с белками 14-3-3 — хозяйской клетки — это побочный эффект?

НС: Нет, мы думаем иначе. Проведя исследование, мы узнали, что фрагменты вирусной РНК, которые соответствуют «горячим точкам» фосфорилирования нуклеопротеина, очень быстро мутируют [4], [5]. И у наиболее эффективно реплицирующихся вариантов коронавируса нуклеопротеин фосфорилируется и взаимодействует с белками 14-3-3 охотнее, чем у других [5]. Поэтому пока что мы предполагаем, что 14-3-3, постоянно присутствующие в клетке в высоких концентрациях, служат для вируса временным пристанищем. Они привлекаются к фосфорилированному нуклеокапсидному вирусному белку, стабилизируя его и продлевая ему жизнь, пока вирус реплицируется. А когда это перестает быть актуальным, и вирионам нужно собраться обратно, происходит дефосфорилирование и диссоциация образовавшихся временных комплексов.

БМ: И разобравшись, как управлять фосфорилированием у вируса, можно использовать это знание в терапии вирусных инфекций?

НС: Об этом рано говорить, но такие исследования, безусловно, могут быть полезны для медицины. На данный момент мы установили пространственные структуры комплекса 14-3-3 с ключевыми фосфорилированными фрагментами вирусного нуклеопротеина [5]. В дальнейшем эта структурная информация может быть использована для того, чтобы рационально создавать малые молекулы, которые будут стабилизировать или, наоборот, разрушать этот комплекс. Здесь все зависит от того, какой из этих процессов окажется более вреден для вируса.

Другие вирусы в этом контексте тоже будут изучаться, ведь с белками 14-3-3 взаимодействует не только коронавирусный нуклеопротеин, но и белки других вирусных патогенов, например, ВПЧ [6] и вируса гриппа. То есть необходимость взаимодействовать с клеточными белками 14-3-3 была показана для репликации очень многих вирусов. Скорее всего, для них создание комплексов с 14-3-3 — это способ продлить время жизни своих белков. А нам нужно будет найти способ, как им в этом помешать [7]. Мы активно развиваем это направление, которое возглавляет моя сотрудница Кристина Перфилова.

Тринадцать гномов арабидопсиса

БМ: Я знаю, что вы также исследуете растительные белки семейства 14-3-3. Эти исследования тоже имеют прикладное значение?

НС: Конечно. Ведь растениям угрожают все кому не лень, от бактерий до грибов и животных, и в очень многих защитных реакциях со стороны растения участвуют белки 14-3-3. Есть, например, бактерии, впрыскивающие в растительные клетки так называемые эффекторные молекулы [8], которые начинают подавлять процессы в этих зараженных клетках. А белки 14-3-3 могут образовывать комплексы с эффекторами. Если бы нам были понятны структуры таких комплексов, можно было бы думать над созданием малых молекул, способных влиять на их стабильность, и с помощью таких молекул бороться с растительными патогенами.

БМ: А растительные белки 14-3-3 чем-то разительно отличаются от человеческих?

НС: Их разнообразие у растений выше. У человека в геноме, например, закодировано 7 «изоформ», а точнее, вариантов этого белка (поскольку в данном случае «изоформа» — это не совсем корректный, хоть и исторически основательно закрепившийся термин). То есть у нас есть 7 генов, кодирующих белок 14-3-3, и все они немного отличаются друг от друга. Соответственно, и белки отличаются. Зачем это нужно? Мнения разные. Кто-то считает, что изоформы могут полностью компенсировать функции друг друга, а кто-то — что у каждого варианта белка функция своя. Скорее всего, истина где-то посередине: набор функций может быть один, а вот «френд-лист» белков-партнеров для каждой изоформы будет уже немного разный, пусть и перекрывающийся. Мы, в частности, выяснили, что у человеческих белков 14-3-3 есть своеобразная иерархия [9]. Их можно выстроить друг за другом на основе их способности взаимодействовать с белками-партнерами. Представьте, что вы выстраиваете семь гномов в ряд от самого сильного к слабому, или от наиболее высокого к маленькому. Здесь то же самое. При этом мы должны понимать, что все гномы важны: лишних нет, слабые тоже имеют какую-то миссию. Есть предположение, что вместе все семь покрывают очень большой диапазон прочности взаимодействия с партнерами. Если бы слабых изоформ не было, то комплексы с 14-3-3 всегда были бы очень прочными. А клетке нужна гибкость, нужно уметь плавно регулировать внутренние процессы, подстраивая их под разные задачи.

БМ: А у растений, получается, вариантов белков 14-3-3 еще больше?

НС: Верно, хотя не у всех. И они гораздо менее изучены. В растениях белки 14-3-3 были открыты только в 1990-х годах [10], и в начале было совсем не понятно, что в шпинате, томате или кукурузе делают белки мозга. Сейчас известно, что в некоторых растениях существует по 20 или по 30 изоформ 14-3-3 (у яблони их аж 36!). В классическом модельном двудольном растении Arabidopsis thaliana [11] их 13 штук. Зачем так много? Чем они отличаются друг от друга? Вопросы эти довольно банальные, но применение систематического подхода и внимательность к деталям моего сотрудника Ильи Седлова при попытке ответить на эти вопросы привели нас к новым открытиям. Так, выяснилось, что это не равноправное семейство белков из 13 штук, а что белки в нем образуют две группы с разными характеристиками [12]. Сейчас, зная, какие положения в аминокислотной последовательности этих белков определяют их свойства, мы можем прогнозировать, как будут вести себя те варианты белков 14-3-3 растений, которые еще не изучены. Например, мы уже предсказали и полностью подтвердили свойства белков 14-3-3 у наиболее примитивного сосудистого растения — плаунка Selaginella [13].

И это только начало, нас много что ждет впереди. Хочется сравнить растительные белки 14-3-3 с человеческими, понять, есть ли у них тоже некая иерархия. Узнать, какова была их эволюция, чем отличаются белки высших и низших растений. Здесь наша главная задача — приоткрыть завесу эволюционной тайны.

Секрет успеха цианобактерий

БМ: Еще одно большое направление в вашей лаборатории — это цветные белки. Расскажите про них подробнее.

НС: Цветные белки, или белки-пигменты, очень широко распространены в природе и наделяют окраской многие организмы, причем окраской самой разнообразной, от желтой до фиолетовой. Мы испытываем особый интерес к белкам, которые связывают пигменты каротиноиды.

В частности, с каротиноидом связан уникальный фотоактивный белок цианобактерий OCP — Orange Carotenoid Protein. Благодаря способности каротиноидов улавливать свет в видимом диапазоне спектра и менять свою конфигурацию, этот белок и проявляет свою фотоактивность: вслед за каротиноидом также меняет свою структуру и переходит в активное состояние, тем самым обеспечивая цианобактериям фотозащиту [14]. Он взаимодействует со светособирающими комплексами цианобактерий — фикобилисомами, и отводит часть энергии, которую они собрали, защищая фотосинтетический аппарат от ее избытка.

БМ: Он пригождается, когда цианобактериям достается слишком много света?

НС: Да, механизм простой и гениальный одновременно. С одной стороны, цианобактерии (ранее их называли синезеленые водоросли) очень успешны, так как могут эффективно собирать свет там, где его очень мало. Если ты живешь в толще воды на глубине, для тебя важен каждый квант света, который можно пустить на фотосинтез. Поэтому у цианобактерий есть огромные светособирающие комплексы, фикобилисомы. Их работа заключается в улавливании света и передаче поглощенной энергии на реакционный центр фотосистемы, где запускается фотосинтез. Для этого фикобилисомы то отсоединяются от фотосистемы, то присоединяются к ней. Но бывает и так, что клетке нужно защититься от повышенной освещенности. Например, если цианобактерия живет в пустыне на поверхности раскаленного песка (а бывают и такие [15]), и ей нужно пережить солнечный день. Тогда включается белок OCP. Это своего рода тумблер на электростанции, который сбавляет обороты, чтобы не произошло поломки всей системы. «Почувствовав» избыточный свет, OCP связывается с фикобилисомой, и каротиноид в его составе начинает вращаться, переводя пойманную энергию в тепло.

БМ: Как можно использовать знание о механизме работы OCP?

НС: Зная, за счет чего цианобактерии процветают, их размножение можно подавлять. Тут нужно упомянуть, что цветение цианобактерий угрожает животному миру, так как сопряжено с выделением в воду токсинов [16]. С другой стороны, управляя их способностью к фотозащите путем генной инженерии, мы, наоборот, можем стимулировать рост цианобактерий в искусственной среде, где ведется направленная ферментация. Такой подход называется biomass engineering. Цианобактерии сегодня воспринимаются как перспективный продуцент для получения биотоплива [17]. В идеале их хотелось бы выращивать в открытой системе с минимумом энергозатрат, а собранную биомассу формировать в брикеты и отапливать ей дома или получать биодизель для заправки транспорта.

БМ: А те каротиноид-связывающие белки, которые не фотоактивны, вы тоже изучаете?

НС: Исследуя OCP, мы стали сравнивать его с другими белками, которые могут связывать каротиноиды, и нас очень увлекла зависимость их оптических свойств от конфигурации двойных связей каротиноида в комплексе с белком. Например, мы выяснили, что желтый белок пустынной саранчи связывает бета-каротин (рис. 2) [20]. Изучать структуру этого белка не только интересно, но и важно, так как саранча питается растениями и угрожает сельскому хозяйству [21]. В Средней Азии, на Ближнем Востоке, в районе Средиземного моря, в Африке и даже южных регионах РФ нашествия саранчи являются большой проблемой. В научном сообществе то и дело обсуждают, какие меры можно принять, чтобы предотвратить чрезмерный рост их популяций. Понимание молекулярных механизмов, с помощью которых саранча желтеет, могло бы помочь. Желтый цвет саранчи характерен только для самцов, и известно, что его наличие способствует размножению в условиях плотных популяций саранчи. Следовательно, если бы нам удалось купировать процесс пожелтения, контролируемый феромонами [21], распыляя над полями какие-то инсектициды, мы могли бы управлять численностью насекомых так же, как мы хотим управлять цветением цианобактерий, «ломая» их фотозащиту.

Есть у нас и другие интересы, связанные с каротиноид-связывающими белками. Большие перспективы открываются в направлении изучения передачи каротиноидов между белками и их адресной доставки.

Борьба за зрение

НС: Проблема с каротиноидами в том, что они очень плохо растворимы в воде. Чтобы стабилизировать их в водной фазе, нужен водорастворимый белок, который свяжет каротиноид и будет сопровождать его в путешествии по организму — через мембраны или куда-либо еще. И здесь есть как минимум одно очевидное потенциальное применение, а именно, борьба с возрастной дегенерацией сетчатки.

Каротиноиды у здорового человека накапливаются в сетчатке [22] и поглощают высокоэнергетическое излучение, способное ей повредить. Кроме того, будучи антиоксидантами, они защищают клетки от образовавшихся продуктов окисления зрительных пигментов, которые собирательно называются липофусцином. Однако с возрастом у людей старше 55 лет механизм восполнения запаса каротиноидов в сетчатке может нарушаться, и их фотозащитная функция ослабевает.

БМ: Чтобы избежать этого, нужно доставлять каротиноиды в глаз или удерживать их там?

НС: Для начала, если каротиноидов в сетчатке мало, их следует научиться туда поставлять. И БАДы тут не очень помогут. Вы можете есть очень много таблеток, и все равно из-за низкой биодоступности до места назначения каротиноиды в нужных количествах не доберутся. А вот каротиноид-связывающие белки в теории могут доставить каротиноиды куда надо, в данном случае — к сетчатке глаза.

БМ: И как такой способ терапии может быть реализован?

НС: Способ доставки звучит пугающе — интравитреальная инъекция. Для этого раствор белка, связанного с каротиноидом, с помощью тонкой иглы предполагается вводить напрямую в стекловидное тело глаза. Описание страшное, и кажется, на такое мало кто согласится. Но есть пациенты, которые получают интравитреальные инъекции регулярно, например, с целью борьбы с влажной макулопатией. Это заболевание ничего общего с каротиноидами не имеет, но раз его лечат таким образом, то и другие причины слепоты по идее можно побеждать так же [23].

БМ: Что нужно сделать, чтобы такая терапия появилась?

НС: Нужно решить технические проблемы. Подобрать, какой именно должен быть доставщик, выбрать его из всего имеющегося арсенала каротиноид-связывающих белков. Чтобы это сделать, нужен большой набор инструментов.

БМ: Тестируете ли вы белки-кандидаты in vivo? Или ваши исследования лежат в более фундаментальной плоскости?

НС: Мы недостаточно разбираемся в медицинских аспектах, и сосредоточены на биохимии и структурной биологии, не затрагивая доклинические испытания. Но у нас есть партнеры в НИИ физико-химической биологии имени А. Н. Белозерского, которые нам с этим помогают. В Лаборатории биомедицины, которой руководит Евгений Зерний, работают с кроликами и исследуют дегенерацию сетчатки в том числе. У них есть вполне хорошая модель для того, чтобы пробовать применять наши комплексы белков с каротиноидами. Например, смотреть, как они распределяются по тканям глаза. Пока что кролики на наши препараты отвечают острым воспалением. Возможно, эту проблему получится решить, повысив чистоту получаемых белков. Все же выделяем мы их из бактерий, и там могут оставаться какие-то эндотоксины.

Многолетнее сотрудничество у нас сложилось также с моим однокурсником Евгением Максимовым и его Лабораторией физико-химии биологических мембран на Биологическом факультете МГУ. Эти коллеги помогают нам разбираться в сложных спектроскопических методах. Поэтому по проектам, связанным с каротиноидами, движемся вперед мы совместными усилиями.

У вас товар, у нас — купец

БМ: Сотрудничаете ли вы с зарубежными лабораториями?

НС: Да, в проектах, связанных с белками 14-3-3, мы используем зарубежные штаммы кишечной палочки от наших коллег из Лаборатории неестественных белков в Университете Орегона, США. Штаммы непростые. В их ДНК все TAG стоп-кодоны заменены на аналоги — TAA и TGA. Это дает нам возможность встраивать в геном бактерий TAG-кодоны дополнительно для того, чтобы использовать их в других целях, а именно — включать в белки неканонические аминокислоты [25]. То есть у этих штаммов TAG-кодоны означают не конец трансляции белка, а необходимость включить в цепь альтернативную аминокислоту. С другими штаммами этот трюк не проходит — из-за природных TAG стоп-кодонов возникает путаница, и рибосома не знает, что ей делать.

БМ: А зачем вставлять в белки неканонические аминокислоты?

НС: Целей может быть масса. Например, для того, чтобы изучать фосфорилирование. Вставляя в полипептидные цепи фосфосерин или, еще лучше, его химический аналог, который не теряет фосфат в процессе гидролиза, мы можем получить сайт-направленно и перманентно фосфорилированные белки. Они идеально подходят для того, чтобы сравнивать фосфорилированные и нефосфорилированные формы белков. Неканонические аминокислоты в них имитируют фосфогруппы, и вставить их можно в заданное положение, соответствующее задокументированому для природного белка. Американцы назвали эту технологию PermaPhos, по аналогии с Permafrost — многолетняя мерзлота. На сегодняшний день у нас с ними уже вышло много совместных статей, и мы обоюдно чрезвычайно высоко ценим сложившееся взаимодействие.

БМ: Как вы начали сотрудничество? Просто написали им письмо и попросили у них штаммы?

НС: Ровно так. Они активно распространяют их по миру, стараясь, чтобы как можно больше лабораторий опробовало их технологию, и даже создали своего рода Центр коллективного пользования для ее более широкого применения. У тех штаммов, что мы используем, есть и другой огромный плюс. Наши партнеры из США совершили большое достижение, заставив кишечную палочку саму производить нужную нам неканоническую аминокислоту [26]. До этого, чтобы ввести ее в белок, дорогостоящий реактив приходилось насыпать в культуру клеток, грубо говоря, ложкой. Причем ее концентрация в среде доходила до 10 миллимоль на литр, и на выходе цена белка оказывалась платиновой. Сейчас же американцами технология доведена до практического применения, а мы являемся ее уверенными пользователями.

БМ: У вас, таким образом, сложился плодотворный союз?

НС: Верно, мы сотрудничаем с 2019 года. Они — как разработчики, а мы — как квалифицированные заказчики. То есть мы точно знаем, где применить эту технологию, так как мы работаем с белками 14-3-3, узнающими фосфорилирование.

Поэтому есть материал, на котором технологию легко опробовать. Сейчас мы готовим очередную статью о белке BAD — это проапоптотический белок, запускающий запрограммированную гибель клеток. Его структуру хорошо знать, чтобы в будущем бороться, например, с раковыми клетками, провоцируя их апоптоз.

БМ: А в последнее время работа с зарубежными институтами не затруднилась?

НС: С Орегоном мы сотрудничаем исключительно из научного интереса и не связаны общим финансированием. Единственное, с будущими публикациями могут быть сложности, если американские фонды введут ограничения для статей в случае партнерства с не американскими институтами. Ходят такие слухи.

Но какие-то контакты, безусловно, были потеряны. Я лично немного тоскую по тому, как легко было взаимодействовать с иностранными командами раньше. У нас были хорошие связи с лабораторией биоэнергетики TU Berlin. Мы сделали с ними несколько десятков статей, но сейчас практически потеряли связь. То же самое и с Бельгией, и с Францией. В Бельгии я работал какое-то время сам, мы делали большую работу по одному из комплексов 14-3-3 в Лёвенском католическом университете. Сейчас в ЕС гайки затягивают все сильнее, не дают им свободно взаимодействовать с российскими лабораториями, обсуждать результаты или публиковать что-то совместно.

Это, наверное, наша слабость. С другой стороны, как показала работа по нескольким недавним проектам, полностью осуществленным в Москве и опубликованным в лучших журналах, формально нам никто из иностранцев и не нужен. Была бы работа интереснее и разнообразнее, участвуй мы сейчас активно в международных проектах? Однозначно, да. Но и руки, и оборудование у нас есть свои — от промышленной лабораторной посудомойки и современных систем очистки воды до удаленно управляемых хроматографов, которые сами собирают фракции сразу в холодильник. Поэтому мы чувствуем себя неплохо. Хотелось бы только почаще ездить на конференции и общаться с иностранными группами лично. Они, как и мы, наверняка публикуют далеко не все, над чем работают, и разговор мог бы получиться очень живым и интересным. Ну и очень не хватает в нашей стране криоэлектронных микроскопов, без чего решение структуры крупных белковых комплексов практически невозможно.

Тут с радостью стоит отметить развитие в России инфраструктуры класса «Мега-саенс», в частности, в этом году открывается Сибирский Кольцевой Источник Фотонов (СКИФ) — синхротрон четвертого поколения, на котором в скором времени мы надеемся начать снимать наши белковые кристаллы.

Гореть своим делом

БМ: Расскажите немножко про ваш коллектив. Как у вас все организовано?

НС: Лаборатория начала свое формирование в 2017 году. Сперва мы были группой, и лишь несколько лет назад стали лабораторией. Выросли с трех сотрудников до десятка, и студенты у нас тоже есть. Многие ходят каждый день. Локтями не толкаются, но места уже не хватает. Периодически поднимаем вопрос о расширении пространства, но, как и во многих других НИИ, с местом есть проблемы.

БМ: А как к вам попадают студенты?

НС: Никаких объявлений нигде мы не даем, я даже не знаю, как это сейчас правильно делать. Молодая команда собирается сама. С 2024 года ребята ездят на биостанции, проводят там самостоятельные работы. Так, на Звенигородской биостанции, изучая способы окраски насекомых, наш сотрудник оказался в эпицентре открытия белка, придающего кузнечику зеленый цвет [27]. Совершенно замечательная история получилась, и она подчеркивает важность доступности биостанций для ученых-биологов, а не только для учащихся, проходящих стандартный курс занятий. Мокрые биологи, биохимики, химики тоже должны иметь возможность ездить на биостанции. Открытия могут ждать вас в пойме Москвы-реки, за ними не обязательно далеко ехать. Но и поездить мы хотим. Планируем оказаться и на Беломорской биостанции, и на новой биостанции Анива .

В рамках проекта «Биология в России» «Биомолекула» опубликует материал об этой биостанции.

БМ: А сейчас у вас есть свободные места для молодежи?

НС: Сейчас у нас потолок по количеству народа. Мы располагаем четырьмя помещениями, и физически больше никого взять не можем. А вообще у нас нет такого понятия как конкурс. Я регулярно получаю от студентов письма и обращения. Конечно, всем ответить нет возможности, но, если человек очень хочет или его приводят наши сотрудники, мы стараемся что-то придумать. Я считаю, оптимальное количество людей в лаборатории — это 15–20 человек максимум. Когда штат слишком разрастается, нужно уже менять комфортные механизмы взаимодействия. Хотелось бы умеренного устойчивого развития.

БМ: Ваши сотрудники — это по большей части москвичи?

НС: Не сказал бы. Люди из разных регионов. Есть сотрудницы, в свое время приехавшие с Камчатки и из Сургута. Приезжали из Волгограда, Магнитогорска, Питера, Башкирии. Состав очень разнородный.

БМ: А что вы ждете от аспирантов, которые к вам приходят? Что они должны уметь, и чему вы учите в первую очередь?

НС: Самое главное — это неподдельный интерес и огонек в глазах. Если он есть, если человек любит разгадывать тайны, значит, мы с хорошей долей вероятности сработаемся. Мы не занимаемся рутиной, не отрабатываем чей-то заказ, наша цель состоит в том, чтобы как можно быстрее дойти до переднего края науки, где скрыто неизвестное. Обеспечить вклад в мировое научное знание, открыть новые вещи, разобраться в головоломках. Так что, если человек горит тем, что делает, это уже очень хороший кандидат. А навыки — дело наживное. Конечно, если ты мало умеешь, лаг-фаза будет дольше, мы потратим больше времени прежде, чем выведем человека на научную орбиту, когда молодой ученый сможет сам планировать эксперименты, ставить их, описывать результаты и писать статьи.

БМ: А биоинформатики и специалисты по ИИ у вас есть?

НС: Тех, кто полноценно идет по этому профессиональному треку, нет, и сейчас я считаю это своим упущением. Но мы пока не совсем понимаем, как формулировать задачи таким специалистам. Если ты не биохимик, тебе будет с нами сложновато. Поэтому мы работаем с биоинформатиками через партнерство с МФТИ и МГУ. Взаимодействие выходит плодотворное.

БМ: Видите ли вы для себя новые точки роста, которые открываются с приходом нейросетей, с возможностью обрабатывать очень большие массивы данных?

НС: Разумеется. Как раз на днях мы подали заявку на большой амбициозный проект по генеративному дизайну белков. Планируется разработка платформы по созданию искусственных белков и ее тестирование. В этой команде, конечно, у нас есть специалисты, которые будут программировать, составлять с нашей помощью пайплайны по предсказанию последовательности белков, после чего мы будем их синтезировать и проверять. Сейчас между предсказаниями in silico и экспериментальной проверкой того, что удалось предсказать, наблюдается большая дистанция, которую мы и хотим сократить. Для этого мы должны начать разбираться в программировании, а программисты — в нашей мокрой кухне. Если заявку поддержат, я думаю, все получится.

БМ: Напоследок расскажите еще чуть-чуть о том, как вы выстраиваете свою работу. Какие роли, кроме административной и, очевидно, роли главного визионера, вы берете на себя в лаборатории? Пишете статьи? Или, может быть, вы успеваете и руками работать?

НС: То, что практически все статьи пишу я сам, сейчас одна из насущных проблем. Я пытаюсь делегировать эту задачу, но пока не очень получается. Поэтому успеваем публиковать далеко не все результаты. Если взять все наработки, то писать статьи по ним можно будет, наверное, года полтора без перерыва.

Ставить эксперименты я тоже очень люблю, хотя на это сейчас сложно найти время. Тем не менее, у нас есть установка, на которой работаю исключительно я. Это хроматограф с многопараметрической детекцией (рис. 6). Тут есть детектор статического светорассеяния, рефрактометр, флуоресцентный и отдельно — диодно-матричный детектор, который в каждой капле в каждый момент времени пишет весь спектр поглощения. Получается, мы здесь используем подход, обратный многопоточному. Если там вы можете анализировать множество образцов по одному параметру, то тут образец один, а параметров много. На выходе мы видим все спектральные свойства белка, размер, массу, олигомерное состояние.

Литература

1. Случанко Н. Н. Молекулярные основы функционирования белков семейства 14-3-3: дис. ... канд. биол. наук. Москва, 2021. — 336 с.;
2. Хроника распространения SARS-CoV-2;
3. Kristina V. Tugaeva, Dorothy E.D.P. Hawkins, Jake L.R. Smith, Oliver W. Bayfield, De-Sheng Ker, et. al.. (2021). The Mechanism of SARS-CoV-2 Nucleocapsid Protein Recognition by the Human 14-3-3 Proteins. Journal of Molecular Biology. 433, 166875;
4. Abdullah M. Syed, Taha Y. Taha, Takako Tabata, Irene P. Chen, Alison Ciling, et. al.. (2021). Rapid assessment of SARS-CoV-2–evolved variants using virus-like particles. Science. 374, 1626-1632;
5. Kristina V. Tugaeva, Andrey A. Sysoev, Anna A. Kapitonova, Jake L.R. Smith, Phillip Zhu, et. al.. (2023). Human 14-3-3 Proteins Site-selectively Bind the Mutational Hotspot Region of SARS-CoV-2 Nucleoprotein Modulating its Phosphoregulation. Journal of Molecular Biology. 435, 167891;
6. Siaw Shi Boon, Lawrence Banks. (2013). High-Risk Human Papillomavirus E6 Oncoproteins Interact with 14-3-3ζ in a PDZ Binding Motif-Dependent Manner. J Virol. 87, 1586-1595;
7. Kavitha Ganesan Nathan, Sunil K. Lal. (2020). The Multifarious Role of 14-3-3 Family of Proteins in Viral Replication. Viruses. 12, 436;
8. Yali Wei, Haiyan Zhuang, Bing Bai, Meng Li, Liping Wang, et. al.. (2025). Phosphorylation‐dependent association of a bacterial effector with plant 14‐3‐3 proteins enhances effector stability and bacterial virulence. New Phytologist. 248, 1416-1428;
9. Gergo Gogl, Kristina V. Tugaeva, Pascal Eberling, Camille Kostmann, Gilles Trave, Nikolai N. Sluchanko. (2021). Hierarchized phosphotarget binding by the seven human 14-3-3 isoforms. Nat Commun. 12;
10. B. Laughner, S. D. Lawrence, R. J. Ferl. (1994). Two Tomato Fruit Homologs of 14-3-3 Mammalian Brain Proteins. Plant Physiol.. 105, 1457-1458;
11. Модельные организмы: арабидопсис;
12. Ilya A. Sedlov, Nikolai N. Sluchanko. (2025). Biochemical signatures strongly demarcate phylogenetic groups of plant 14‐3‐3 isoforms. The Plant Journal. 121;
13. Ilya A. Sedlov, Nikolai N. Sluchanko. (2025). Biochemical characterization of Selaginella 14-3-3 protein isoforms provides insights into the evolution of their phylogenetic groups. Plant Physiology and Biochemistry. 227, 110197;
14. Fernando Muzzopappa, Diana Kirilovsky. (2020). Changing Color for Photoprotection: The Orange Carotenoid Protein. Trends in Plant Science. 25, 92-104;
15. Hai-Feng Xu, Guo-Zheng Dai, Ren-Han Li, Yang Bai, Ai-Wei Zuo, et. al.. (2025). Red-light signaling pathway activates desert cyanobacteria to prepare for desiccation tolerance. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.. 122;
16. Viktoria Ilieva, Magdalena Kondeva-Burdina, Tzveta Georgieva, Vera Pavlova. (2019). Toxicity of cyanobacteria. Organotropy of cyanotoxins and toxicodynamics of cyanotoxins by species. PHAR. 66, 91-97;
17. Vanessa Albuquerque de Mescouto, Lucas da Cunha Ferreira, Rutiléia de Jesus Paiva, Deborah Terra de Oliveira, Mozaniel Santana de Oliveira, et. al.. (2024). Review of recent advances in improvement strategies for biofuels production from cyanobacteria. Heliyon. 10, e40293;
18. Крупные подробности микроскопического мира: Нобелевская премия по химии 2017;
19. Anna D. Burtseva, Yury B. Slonimskiy, Timur N. Baymukhametov, Maria A. Sinetova, Daniil A. Gvozdev, et. al.. (2025). Structure and quenching of a bundle-shaped phycobilisome. Sci. Adv.. 11;
20. Nikita A. Egorkin, Eva E. Dominnik, Roman I. Raevskii, Daria D. Kuklina, Larisa A. Varfolomeeva, et. al.. (2024). Structural basis of selective beta-carotene binding by a soluble protein. Structure. 32, 2123-2133.e3;
21. Markus Knaden. (2025). Plagues of locusts could be avoided by using compounds that suppress swarming. Nature. 644, 340-341;
22. Ranganathan Arunkumar, Aruna Gorusupudi, Paul S. Bernstein. (2020). The macular carotenoids: A biochemical overview. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular and Cell Biology of Lipids. 1865, 158617;
23. Свет в конце туннеля: генная терапия болезней зрения;
24. Daria A. Lunegova, Danil A. Gvozdev, Ivan I. Senin, Victoria R. Gudkova, Svetlana V. Sidorenko, et. al.. (2025). Antioxidant properties of the soluble carotenoprotein A sta P and its feasibility for retinal protection against oxidative stress. The FEBS Journal. 292, 355-372;
25. Неканонические аминокислоты. Биомолекулы, о которых не принято говорить;
26. Phillip Zhu, Stanislau Stanisheuski, Rachel Franklin, Amber Vogel, Cat Hoang Vesely, et. al.. (2023). Autonomous Synthesis of Functional, Permanently Phosphorylated Proteins for Defining the Interactome of Monomeric 14-3-3ζ. ACS Central Science. 9, 816-835;
27. В траве сидел кузнечик, или почему эти прямокрылые зеленые?;
28. Nikolai N. Sluchanko, Yury B. Slonimskiy, Nikita A. Egorkin, Larisa A. Varfolomeeva, Sergey Yu. Kleymenov, et. al.. (2022). Structural basis for the carotenoid binding and transport function of a START domain. Structure. 30, 1647-1659.e4.