Профессор Роман Зубарев: «Из неживой материи мы создали живую клетку»

Смелые предположения и дерзкие гипотезы – профессор Роман Зубарев поражает своими научными открытиями. Талантливый ученый, обладатель нескольких наград, пионер использования ионно-электронных реакций в протеомике, профессор Каролинского университета (Швеция), выпускник МИФИ рассказывает о новых уникальных исследованиях, которые, мы уверены, в скором времени получат всемирное признание.

– Начнем с того, что я из провинции, из Краснодарского края, учился хорошо, был отличником и после окончания школы получил золотую медаль. Увлекался электроникой, в свободное время паял разные радиоустройства, поэтому хотел поступить в соответствующий вуз. При этом МИФИ в списке подходящих вузов стоял не первым.

Я окончил школу в 1980 году, это был год олимпиады. В МИФИ экзамены были раньше, чем в других московских вузах, и можно было, взяв набранные за вступительные экзамены баллы, поступить в другой вуз без экзаменов, баллы шли в зачет. Я подал документы на факультет автоматики и электроники, особо не надеясь и не рассчитывая на поступление. В итоге набрал 24 балла из 25 возможных при проходном балле 21,5.

Мне понравилась атмосфера вуза, понравились люди, поступающие вместе со мной, студенты, которые помогали готовиться к экзаменам. Поэтому я решил остаться в МИФИ.

В моей группе было две трети москвичей, большинство из них до этого ходили в математические школы, то есть у них уже была начальная подготовка и им было проще учиться на первом курсе. Мне было труднее, поэтому на вопрос мамы после первого семестра: – Как ты там? – я тогда ответил, что где-то в серединке плаваю.

Но прошел первый семестр, и я сдал экзамены на все «пятерки». Таких как я было девять человек из группы. Прошел второй семестр – я опять сдал на все «пятерки», и таких было пятеро. После третьего семестра отличников уже было трое, а потом остался только я один. На третьем курсе я получил стипендию имени М.Д. Миллионщикова, а на четвертом – Ленинскую стипендию.

– То есть уже со студенческих лет Вас отличало упорство и стремление к достижению цели?

– Нет, на самом деле я долгое время не знал, чего хочу. Помогало мне то, что я попал в конкурентную среду. Я поражался амбициозности москвичей и учился у них этому.

Уже позже, спустя много лет, когда пришло время поступать в университет моей дочери, и она не знала, куда поступать со своими отличными оценками, я дал ей совет: поступай в самый лучший университет, там ты встретишь людей, которые точно знают, что они там делают, и тебе расскажут. В МИФИ я встретил именно таких, очень заводных, целеустремленных людей. Не только среди своих друзей, но и преподавателей.

Но все равно после окончания МИФИ я не был точно уверен, что хочу пойти в науку. И так получилось, что я пошел на производство, стал работать в лаборатории масс-спектрометрии при заводе электронных микроскопов и масс-спектрометров в городе Сумы на Украине, тогда она входила в состав СССР.

Когда я пришел в 1986 году в составе лаборатории было всего семь человек, но к 1991 году увеличилось до восемнадцати. Большинство было выпускниками украинских вузов, в основном из Харькова. Все они были хорошими физиками, но у них не было московского драйва. Однако вместе со мной в лаборатории было пятеро выпускников МИФИ, включая нашего начальника Михаила Борисовича Лощинина. Вот у них был драйв. Один из них сейчас в США, другой – во Франции, работают в наукоемком производстве.

Мы работали над проектом по созданию плазменного десорбционного времяпролетного масс-спектрометра и прошли через все ступени создания коммерческого прибора: сбор литературного материала, проведение расчетов, создание прототипов, получение первых спектров, оптимизация параметров и, наконец, отгрузка и запуск первого прибора.

Помню один случай, который говорит о нашей увлеченности, научной смелости. Мы с моим другом Павлом Бондаренко, тоже выпускником МИФИ, пользуясь тем, что в то время началась перестройка, написали статью о своих исследованиях и послали ее в иностранный журнал, минуя литованные комиссии, которые могли либо задержать на годы, либо совсем запретить публикацию. Статья была принята, скандала не было, и мы послали раз за разом еще несколько статей.

1991 год – мне 27 лет, и я уже начальник лаборатории. На тот момент у меня было семь опубликованных научных статей, но не было ученой степени. Я стал учиться в заочной аспирантуре во Всероссийском научно-исследовательском институте радиационной техники (впоследствии технической физики и автоматизации), но не успел завершить обучение. Перестройка закончилась развалом Советского Союза.

Но, как в жизни часто бывает, проблема и ее решение возникают одновременно. И я даже не удивился, когда так и случилось.

3 октября я получил два звонка в один день. Первый звонок – в 10 утра из Москвы, в котором мне сообщили, что поскольку Украина становится независимым государством, Институт закрывает лабораторию и вместе с заводом отдает Украине.

Второй звонок – в 2 часа дня. Мне предложил поехать аспирантом в Швецию, в университет Упсалы, в группу профессора Бо Сундквиста, пионера в области биологической масс-спектрометрии, с которым я познакомился во ВНИИРТ во время его визита.

Кстати, за полгода до этого мне уже поступало предложение учиться в аспирантуре американского университета, но тогда в СССР все еще было хорошо, и передо мной открывались отличные перспективы, и я отказался.

Вот так я оказался в самом старом университете Швеции, который существует уже более 500 лет.

– За что Вы получили первую награду?

– Первую награду я получил за то, что участвовал в открытии диссоциации с электронным захватом. Это метод фрагментации молекул, в частности белков, в газовой фазе, который применяется в масс-спектрометрии для изучения больших молекул.

Мы его открыли, когда я был постдоком в Корнельском университете в США в 1997 году. Причем мне страшно повезло. Я даже больше горжусь тем, что мне повезло, чем тем, что именно я сделал. Вы знаете, такая русская ментальность – «Везунчик – это от Бога, а тяжелая работа – это каждый может».

До меня проект велся уже лет 10 и ничего не получалось. Но те, кто работал над ним, были химиками, а я взялся за работу как физик. При этом у меня сразу начались проблемы с руководителем лаборатории профессором Фредом МакЛафферти, у него оказался очень сильный характер. Он меня ломал и складывал заново. Продолжалось это четырнадцать месяцев, и каждый месяц был, как год. Но эти месяцы дали такой толчок моей научной карьере, что я потом летел, как ракета. Благодаря ему, Фреду. Когда я приехал в Корнельский университет, ему было 75 лет, сейчас 95, но он до сих пор выступает с научными докладами на международных конференциях.

Можно сказать, профессор МакЛафферти – мой герой. Это же совершенно другой подход к жизни, науке. Я многому у него научился, но потом, когда стал сам работать, то сказал себе – я никогда не буду делать так, как делал он. Однако прошло время, и я обратил внимание, что моя реакция, когда ко мне приходят студенты или постдоки, напоминает его реакцию. Оказывается, что эти отпечатки долгосрочны.

С тех пор я следую его постулатам: зрить в корень, отбрасывать частности и мелочи, концентрироваться на самом важном. Если есть три гипотезы, то надо выбрать одну и разрабатывать только ее, все остальное забыть. Работать только над главным, каждый день, каждый час, каждую минуту. Тяжело, но я стараюсь этим руководствоваться.

– Какими работами Вы гордитесь, считаете самыми важными?

– Есть две гипотезы, которыми я горжусь, но они пока не заслужили никаких наград. Одна из них – изотопный резонанс. Есть наблюдение, что соотношение изотопов (атомов разных весов) одного и того же элемента на различных планетах разное. На Марсе одно, на Венере – другое, на Земле – третье. Например, на Земле дейтерия 150 частей на миллион, на Марсе – 700. Случайны ли эти отношения или носят какой-то смысл?

Мы обнаружили, что на Земле, по крайней мере, соотношение изотопов разных элементов находится в определенных пропорциях друг к другу, причем таких, которые способствуют белковым реакциям жизни. Когда мы обнаружили эту закономерность, то были очень удивлены. Подумали даже, что это случайность, или закономерность не имеет никакого физического смысла.

Возникла дилемма, которая для ученого всегда очень мучительна. Выбор между пройти мимо и забыть, поскольку вероятность того, что за этим что-то стоит, очень мала, либо попытаться исследовать явление, но создать мнение у ученого мира, что я занимаюсь ненужными пустяками. Это на самом деле очень опасная ситуация, потому что дальше все твои гранты будут рассматриваться под этим углом и финансирование, скорее всего, будет урезано, даже если оно не относится к данной теме.

Однако пройти мимо означает что ты как ученый не использовал свой шанс. Поэтому, поколебавшись, я решил начать исследования. И они подтвердили нашу гипотезу. Сейчас можем утверждать, что жизнь на Земле возникла не случайно еще и потому, что у нас такие соотношения изотопов, которых нет на Марсе. Именно поэтому там нет жизни. У нас есть публикации на эту тему, но научный мир пока еще не воспринял полностью нашу идею.

– Вы сказали, что две гипотезы. Какая вторая?

– Вторая наша гипотеза — это то, что диамидация (потеря аммония из белков) приводит к старению и вызывает болезнь Альцгеймера. Белки, из которых на 60% состоит организм человека, являются не просто строительным материалом, но еще и катализатором реакций, которые восстанавливают равновесие, репарируют, если происходит какое-либо повреждение организма. Со временем белки теряют воду и аммоний. Воду можно легко вернуть организму, а аммонию неоткуда взяться. Оказалось, что потеря аммония разрушает структуру белка, он выходят из строя и больше не работает.

Наша гипотеза состоит в том, что если вернуть аммоний в белок, то он прослужит дольше и самое главное: тот механизм, который восстанавливает другие белки, тоже прослужит дольше. А значит, человек сможет прожить дольше.

– Вы уже можете предложить готовое решение как вернуть аммоний?

– Мы над этим работаем. Есть молекула, которая называется S-аденозил-метионин. Эта молекула продается в виде таблеток как пищевая добавка. Ни в каких продуктах питания ее нет. Эта молекула природная, производится нашей печенью, но сразу направляется на восстановление белков. С возрастом производство этой молекулы уменьшается, а потребность в ней возрастает. Но простым принятием содержащего S-аденозил-метионин препарата внутрь можно восполнить ее дефицит. Если каждый человек после 45 лет начнет ее принимать, то начало болезни Альцгеймера можно значительно отодвинуть. Болезнь Альцгеймера сильно связана с возрастом. Если сдвинуть ее начало на пять лет, то половина случаев исчезнет, а если на 10 лет, то - 90%.

– Вы сейчас работаете по этим двум направлениям или есть еще идеи?

– Есть еще одна тема, которая нас интересует – это смерть клетки, что происходит при этом и можно ли этот процесс повернуть вспять? Оказывается, можно. И мы его повернули.

Этот вопрос связан с происхождением жизни. Как началась жизнь на Земле? Есть теория, что были биологические молекулы, потом они каким-то образом сами собрались, и получилась первичная клетка. А как они собрались? Есть доказательства, что этот процесс возможен? Мы решили провести такой эксперимент – взять бактерию, разрушить ее, чтобы не осталось ни одной живой клетки, но ингредиенты, необходимые для жизни там бы остались, просто в перемешанном виде. А затем посмотреть самособерутся ли они.

Конечно, здесь нужны были особые условия. Во-первых, нужно было взять правильную бактерию, самую стойкую, которая мало подвержена радиации, высокой температуре и имеющую больший шанс выжить в эксперименте. Мы взяли дейнококкус, она занесена в книгу рекордов Гиннеса по стойкости. Как ее нашли? В 50-е годы в Америке пытались консервировать продукты радиацией, но выяснилось, что консервы все равно портятся, то есть там развиваются бактерии. Когда их попытались убить различными методами, то дейнококкус остался, как самый живучий.

Ученые долго изучали эту бактерию и пришли к выводу, что это белки. ДНК разрушена, а сохранившиеся белки ее сшивают – правильно, неправильно - неважно. А потом она начинает себя постепенно правильно восстанавливать.

Мы взяли большое количество этой бактерии, размололи, разделили отдельно на белки, липиды и нуклеиновые кислоты, то есть заведомо там жизни не могло быть, запаяли в стеклянные трубочки. Затем собрали в различных комбинациях – белки с липидами, белки и ДНК и так далее, и также запаяли в трубочки. Для контроля запаяли в трубочки и живые бактерии. Положили на месяц в холодильник, каждый день вынимали и трясли при комнатной температуре на протяжении часа.

Через месяц мы открыли запаянные трубочки и высадили их содержимое в чашки Петри. Живые бактерии дали обильные колонии – положительный контроль, а те, что были индивидуальными компонентами, не дали ничего – отрицательный контроль. Из тех образцов, где компоненты были смешаны, некоторые дали несколько колоний. Мы сделали протеомику и показали, что эти колонии – действительно дейнококус, но изломанный, отличающийся от изначального.

Мы провели эксперимент три раза. В первый раз сами себе не поверили. Во второй раз все задокументировали. В третий раз опять получили тот же поразительный результат. Из неживой материи мы создали живую клетку, тем самым показав, что жизнь может восстановиться из смерти.

– Для проведения таких смелых экспериментов и люди нужны особенные?

– Конечно, причем довольно безбашенные, я бы даже сказал сумасшедшие люди, crazy.

Кстати, в научном мире считают, что все русские ученые немного сумасшедшие. Как-то один иностранный профессор сказал мне, что он не встречал ни одного русского ученого, который не был бы crazy. И это так, это то, что нас отличает. Именно поэтому в научной Табели о рангах мы по субъективным показателям находимся вне категорий – в силу оригинальности мышления. И это все ценят.

Роман Александрович Зубарев – автор более 260 статей и 7 патентов; индекс Хирша – 56. В апреле 2006 г. в Венеции он удостоен награды по новым технологиям - RECOMB 2006. В этом же году ему присвоена медаль Курта Брюне Международного масс-спектрометрического общества за выдающиеся достижения в разработке масс-спектрометрического оборудования. В 2007 г. Американское масс-спектрометрическое общество присвоило ему медаль Клауса Бимана за достижения в масс-спектрометрии. В 2012 году – Золотая медаль от Всероссийского общества масс-спектрометрии.