gh МОЛЕКУЛЫ И КЛЕТКИ: СТЕРЕОПОРТРЕТ В ЦВЕТЕ

На выставке "Мир биотехнологии 2007", прошедшей в рамках 4-го Московского международного конгресса "Биотехнология: состояние и перспективы развития", произошла небольшая сенсация. Одной из самых ярких работ, вызвавшей огромный интерес участников конференции, стал доклад аспиранта Института Общей Генетики РАН Дмитрия Климова. Ученые мужи плотным кольцом обступили стенд, представители инновационных компаний и фондов активно обменивались визитками с докладчиком. Интерес посетителей был не случаен. На стенде была представлена информация о флуоресцентном микроскопе с уникально высоким разрешением - не менее 20 нм. Этот прибор придумали и запатентовали Андрей Климов, кандидат биологических наук, научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН - микроскопист с тридцатилетним стажем, и его сын Дмитрий. Свой прибор они назвали наноскоп, уверенные в том, что, выполненный "в железе", он вполне оправдает свое название.

По задумке авторов, флуоресцентный наноскоп станет работать так. Сначала объект исследования нужно будет пометить специальным флуоресцентным маркером. Это не обычный флуоресцентный краситель, а химически модифицированный, причем двумя типами групп. Одна из них "запирает" флуоресценцию, благодаря чему молекула такого вещества способна флуоресцировать не всегда, а только благодаря облучению квантом ультрафиолетового света, который "активирует" краситель - позволяет разблокированной молекуле флуоресцировать. После этого активированная молекула приобретает способность светиться под воздействием лазера, но через некоторое время выцветает. Другая группа позволяет молекуле красителя встроиться, например, в клеточную мембрану или "привязаться" к крупной молекуле, например, к молекуле белка. Длительность и интенсивность ультрафиолетовой вспышки подбирают так, чтобы количество активированных молекул не превышало 1-2 тысячи, и молекулы были видны раздельно. В принципе такие красители уже известны, и их можно либо синтезировать самостоятельно, либо просто купить.

Теперь за объектом можно наблюдать. Облучив его сначала ультрафиолетом, а потом коротким лазерным импульсом, можно будет увидеть светящуюся быстро затухающую точку - молекулу красителя, связанную с объектом. Фиксировать изображение по задумке авторов будет высокочувствительная EMCCD-видеокамера. Нужна именно такая - в десятки раз более чувствительная, чем профессиональная. С помощью такой камеры можно было бы фотографировать красивые удары на волейбольном матче, проходящем в темном зале, освещенном одним светодиодом.

На кадре молекулы будут видны как отдельные пятна, и именно это позволит установить их положение с точностью намного лучшей, чем если бы они светились одновременно. Просуммировав с помощью специальной программы изображения, полученные вслед за каждым импульсом лазера, можно будет не только получить изображение объекта. Использование красителя с "запертой" флуоресценцией позволит однозначно отделить нужное изображение от всякого рода "паразитных" - фоновых сигналов.

Если теперь взять вторую такую же камеру, только с фокусом чуть смещенным относительно фокуса первой, можно будет получить и стереоизображение объекта - разумеется, тоже с помощью компьютерной обработки информации.

Вообще компьютеру в наноскопе отводится очень важная роль. С одной стороны, он поможет "накапливать" знания, то есть информацию, полученную детектором (или двумя детекторами) после серии лазерных импульсов. Это позволит в несколько раз повысить чувствительность и разрешающую способность прибора. А во-вторых, с помощью специального программного обеспечения авторы надеются научить компьютер, и, соответственно, наноскоп, получать изображения не от статичных, а от свободно движущихся объектов. Предполагается, что программа позволит распознать образ объекта и "мысленно" перенести его изображение к стартовой точке, даже если тот уже отдалился от нее.

В конечном итоге компьютер обработает десятки тысяч кадров, на которых зарегистрированы изображения одиночных молекул и наночастиц в виде пятен диаметром порядка длины волны света флуоресценции, умноженной на увеличение микроскопа. А затем найдет координаты центров пятен и построит изображения объекта по миллионам вычисленных координат центров пятен, соответствующих координатам индивидуальных флуоресцирующих молекул и наночастиц.

Разумеется, от идеи, пусть даже запатентованной не только в России, но и за рубежом, до ее реализации путь может быть очень длинным. Сейчас у авторов есть только концепция и более или менее проработанные отдельные детали будущей конструкции и необходимых программ. Понятно, что они активно ищут партнеров и инвесторов, как в среде ученых, программистов и микроскопистов, так и в среде производителей научного оборудования.

***