http://93.174.130.82/digest/showdnews.aspx?id=c36f064c-b24b-4545-bf0a-0cefc8fbd850&print=1© 2024 Российская академия наук
Профессор Сколтеха Евгений Николаев объясняет, как «понюхать» комету
Чем пахнет комета? Свежая публикация в журнале Nature отвечает: нафталином, благовониями и миндалем. Сложные ароматические молекулы найдены в разогретом хвосте кометы Чурюмова—Герасименко с помощью масс-спектрометрии. Как этот метод помогает разбираться в структуре вещества на Земле и в космосе, об атомном проекте, новых способах выявления болезней и главной проблеме происхождения жизни, «Ъ-Науке» рассказал профессор Сколковского института наук и технологий, член-корреспондент Российской академии наук Евгений Николаев.
— Евгений Николаевич, почему именно за работы в области масс-спектрометрии было получено так много Нобелевских премий?
— Потому что здесь использование метода масс-спектрометрии позволяет затрагивать фундаментальные вопросы мироздания и, главное, на эти вопросы удается получать ответы. Со времен античности людей интересовал вопрос, из чего состоят окружающие нас предметы, вода, воздух, огонь, пища и так далее. Древние греки и римляне догадались, что все состоит из частиц (атомов), которые могут смешиваться и образовывать разные вещества, но понять, что это за частицы, какого они размера и какими свойствами обладают, было невозможно вплоть до XX века. Тогда технический прогресс привел к созданию приборов, способных детально исследовать структуру материи на атомно-молекулярном уровне и на уровне элементарных частиц. Одним из таких приборов является масс-спектрометр, идея которого возникла в самом начале XX века. С помощью него мы можем взвесить отдельные атомы и молекулы. Оказалось, что каждый тип атома (химического элемента) имеет свой уникальный вес, и это помогает нам идентифицировать его с большой достоверностью. Разделение атомов разных масс и точное определение этих масс осуществляется в электромагнитных полях для чего атомы ионизуются – превращаются в заряженные атомы-ионы (нейтральные атомы и молекулы слабо взаимодействуют с электромагнитными полями).
— На какие фундаментальные вопросы мироздания отвечают ученые с помощью масс-спектрометра сегодня?
— Из чего состоят живые организмы на субклеточном, молекулярном уровне, из чего состоит неживая материя — в частности, атмосфера Земли и других планет, астероиды и кометы. Есть ли следы молекулярных зародышей жизни в космосе.
— Чем принципиально отличаются первые спектрометры от тех, что работают сейчас?
— В первых масс-спектрометрах ионизация осуществлялась в электрическом разряде, затем был создан более понятный и воспроизводимый метод ионизации электронным ударом. В настоящее время используются более десятка других методов ионизации.
В первых приборах ионы разделялись по массам в магнитном поле. Сегодня магнитные масс-спектрометры остались в двух нишах. Первая связана с точным измерением соотношения количества изотопов в атомной физике. По сути, эта задача возникла при создании атомной бомбы и исследовании процесса деления урана, которым занимался, в частности, гениальный физик Энрико Ферми. Тогда было известно, что в уране есть изотопы с массами 238 и 235 (Дальтонов-атомных единиц массы), но не было ясно, какой из них обладает радиоактивностью. Ферми узнал от друзей, что есть замечательный парень, аспирант в Миннеаполисе, который может разделить эти изотопы, и прислал ему природный уран по почте письмом. Аспиранта звали Альфред Карл Отто Нир, впоследствии он стал одним из известнейших и наиболее продуктивных масс-спектрометристов. Нир разделил присланный ему уран на изотопы, и Ферми определил, что радиоактивен уран-235. С этого началась атомная бомба. Первая урановая атомная бомба, сброшенная на Хиросиму, была сделана с помощью масс-спектрометра на так называемом калутроне (calutron). Нир потом еще много чего сделал. Например, миссия «Викинга» на Марс в 1970-е годы для анализа атмосферы несла на себе миниатюрный масс-спектрометр, изобретенный Ниром.
— Сегодня, наверное, об этом методе чаще вспоминают, говоря о датировках археологических объектов.
— Это другая ниша магнитных масс-спектрометров. Ускорительную масс-спектрометрию используют для определения возраста археологических находок, геологических пород, тканей живых организмов разных исторических периодов. Наиболее известный — радиоуглеродный. С помощью него можно с точностью до 15 лет определить возраст предметов не старше 50 тыс. лет. Как известно, датирование происходит с помощью определения концентрации в образце изотопа углерода-14, который образуется где-то на высотах 8–15 км, а потом усваивается через CO2 растениями. Если растение гибнет, останавливается поглощение им CO2 и содержащийся в нем углерод распадается и превращается в азот, и по отношению содержания оставшегося в образце 14-го углерода к содержанию 12-го и 13-го можно определить время с момента прекращения углеродного обмена образца. Самая известная в этой области работа связана с датировкой Туринской плащаницы: было установлено, что ее изготовили примерно в ХII-ХIII веках. В России в прошлом году такой масс-спектрометр швейцарского производства приобрел Новосибирский университет.
Еще самодельный масс-спектрометр работает в Новосибирском Институте ядерной физики РАН. На этом масс-спектрометре мы измеряли возраст нефти с кальдеры вулкана Узон на Камчатке.
Российские приоритеты
— С конца ХХ века мы видим огромное количество применений масс-спектрометров для изучения живых систем. Почему их не могли изучать раньше?
— Биологические системы очень сложные, потому что состоят из огромного количества разных молекул, в основном очень большого размера, с десятками тысяч атомов. Если ионизировать их электронным ударом, они распадаются на мелкие фрагменты и трудно понять, из какой молекулы летят «осколки». К тому же, чтобы ионизовать электронами, молекулы надо испарить и перетащить в вакуум, что в случае больших молекул невозможно. Поэтому прорыв произошел после того, как научились ионизировать большие молекулы, не разрушая их. Разные методы появлялись начиная с 70-х годов, и я помню, как планировал применять метод вторичной ионной миссии для биологических систем. Но, к сожалению, тогда мои руководители не поняли и не увидели в этом подходе больших перспектив.
Настоящую революцию произвел так называемый метод электроспрея, создание которого приписывают американцу Джону Фенну, за что он получил Нобелевскую премию. Хотя в России Лидия Николаевна Галль (Институт Аналитического Приборостроения РАН, Санкт Петербург), показала такую возможность раньше Фенна, но не была услышана мировой научной общественностью. В этом методе биологические молекулы обычно распыляются в водно-метанольном растворе в составе мелких заряженных капелек. Капельки испаряются, заряды оседают на молекулы, не разрушая их, и можно измерять массы этих многозарядных ионов. Этот метод получил невероятное количество применений в самых разных областях. Например, сейчас я могу провести ватным тампоном у вас по лбу и по анализу этого мазка сказать, чай или кофе вы пили на завтрак, какие лекарства принимаете и так далее.
— В 2011 году вы открыли новый метод в рамках масс-спектрометрии, который позволил изучать ранее недоступные объекты. Что это такое?
— Да, мы предложили новые способы измерения масс-спектров в рамках масс-спектрометрии ионно-циклотронного резонанса, которую изобрели канадцы Комиссаров и Маршалл. В этом методе мы запираем ионы в ловушку, которая находится в сильном магнитном поле, раскручиваем их, и по частоте вращения очень точно измеряем массу. Я вместе с аспирантом придумал и затем реализовал новый тип ионной ловушки для этого метода, который позволил на порядок увеличить точность. Наша ловушка входит в состав самых точных масс-спектрометров, выпускаемых промышленностью.
— Что можно изучать с помощью ловушек этого типа? Где они применяются?
— Для анализа сверхсложных смесей — например, нефти. С помощью такой ловушки в одном образце нефти можно увидеть до 300–400 тыс. разных соединений! Недавно мы анализировали органику из лунного грунта, доставленного в 1976 году советским аппаратом «Луна 24», и древний битум из античной амфоры, найденной на Таманском полуострове. Именно такие битумы древние египтяне много столетий до нашей эры применяли при бальзамировании тел умерших.
Троечник и аттестат с пятерками
— Вы родились в сложные послевоенные годы. Расскажите, пожалуйста, каким образом вы выбрали научную карьеру, был ли кто-то из ваших родителей ученым?
— Нет, моя мама, Александра Дмитриевна Панкова, даже не успела закончить среднюю школу: ее школьные годы попали на войну. У моего отца, Николая Алексеевича, была весьма трагическая судьба. В первые дни войны он попал в военный плен, направляясь по дороге из Бреста в Киев в сержантскую школу, провел почти четыре года в немецких концлагерях, а по возращении домой попал в сталинские лагеря. Но при этом потом он прожил достойную и очень насыщенную жизнь.
Я родился 21 декабря 1946 года в день рождения Сталина. Поэтому за столом первый тост всегда был за Иосифа Виссарионовича, а потом уже вспоминали о моем дне рождения.
— Это несмотря на то, что отец был репрессирован?
— В детстве я жил с дедом, а он считал, что Сталин тут ни при чем. Дед, как и большинство прошедших пекло войны людей, считал его богом. От деда я получал солдатское воспитание: в войну он был старшиной (призван был в 1942 году в 43 года, когда уже почти всю молодежь выбили), отвечал за быт и жизнь солдат и офицеров. Такие волевые люди обычно пытаются заставить полностью подчиняться и сломать характер. Я научился противостоять этому в очень раннем возрасте, и мне по жизни потом это очень помогало, потому что я знал, как себя вести с такими, как дед, людьми.
— Кем вы хотели быть в детстве?
— Видимо, бандитом. В послевоенное время все дети были как бы беспризорными. Давало о себе знать уличное воспитание, обостренное чувство справедливости, собственного достоинства, причастность к определенной группе. Отцы вернулись с огромной психологической травмой, они восстанавливали страну, и в целом им было не до нас. Тогда я носил фамилию деда и у меня была кличка Пан. Дед с бабушкой жили в маленьком старинном городе Лысково в Горьковской области. Кстати, в этом городе провел свое детство наш известный актер и режиссер Сергей Безруков. Поэтому он смог так точно передать характер человека из той среды, когда играл в сериале «Бригада».
— Как вам удалось преодолеть влияние этой среды?
— В начальной школе у меня была замечательная учительница Ада Александровна Лапшина (Хабель). Ее вывезли из Ленинграда во время блокады. Я у нее учился первые четыре класса, а затем должен был уехать, так как отца после окончания института в Горьком распределили в Кстово, это город рядом с Горьким, центр нефтяной промышленности. Зная это, она, несмотря на то что у меня были сплошные тройки, выдала мне аттестат со всеми пятерками. Это меня очень сильно обязывало, потому что в новую школу я пришел уже отличником.
— Сработало?
— Да, меня сразу сделали председателем совета отряда. Но мое пацанское воспитание не терпело того, чтобы мне не подчинялись. Я начал со всеми драться, и меня быстро лишили этой должности. В новой школе и новом городе рядом с мегаполисом я жил с ощущением, что нахожусь не на своем месте. Я остро чувствовал, что где-то рядом был город Горький со спецшколами и дворцами пионеров, а я тут с уличной шпаной в основном играю в карты.
В школе мне очень легко давались естественные науки. Например, я прочитал учебник по физике Ландсберга, и этого мне хватило, чтобы поступить в Физтех. Там, конечно, я уже увидел уровень ребят из киевских и московских спецшкол и понял, что мне есть над чем поработать. В первом семестре у меня были все тройки, одна четверка. Второй — все четверки, одна пятерка. Третий — все пятерки, одна четверка. Сейчас я на Физтехе читаю лекции на кафедре молекулярной медицины по масс-спектрометрии. Также есть научная лаборатория ионной и молекулярной физики. Ею руководит мой бывший студент и аспирант Игорь Попов.
«Мы с вами не на базаре»
— Вы учились вместе с президентом РАН Владимиром Фортовым?
— С Фортовым мы почти ровесники. Он был на курс старше и учился на другом факультете. Но он, как и я, работал в Институте химической физики. Володя всегда был очень информированным, он сразу стал ходить на очень важный научный семинар, где были крупные руководители науки из Института общей физики и Объединенного института высоких температур. Он очень быстро сделал карьеру в области, близкой к военной тематике. Мы с ним были знакомы по Совету молодых ученых и комитету комсомола Института химической физики АН СССР. По работе пересеклись только один раз. Он попросил меня решить задачу, связанную с так называемым низкотемпературным ядерным синтезом, о возможности которого заявили американцы. И мы первыми научно доказали, что это фейк. Тогда Володя был близок к кругам, которые занимаются термоядерным синтезом, а я был и, надеюсь, остаюсь единственным в стране, кто мог на масс-спектрометре разделить гелий-3 и тритий. Гелий-3 — изотоп гелия, тритий — радиоактивный элемент, но у них одинаковая масса. Володя дал мне палладий, насыщенный, как думали, продуктами термоядерного низкотемпературного синтеза, и попросил измерить содержание гелия-3 и трития в образце. Мы его нагрели и никакого трития и гелия-3 в нем не увидели. Для меня этот вопрос был закрыт сразу. А какое-то время спустя это признало и все научное сообщество, так что сейчас этой темой уже никто не занимается.
— Как после Физтеха вы попали в Институт химической физики? Вам сразу повезло туда распределиться?
— На втором курсе я женился на одногруппнице, и мы с женой хотели пойти на базу МФТИ в Химфизику, но нас распределили в Институт источников тока, который находился недалеко от нашего дома в районе проспекта Мира. Мы попали в группу матричной хемотроники, и я до сих пор не до конца знаю, что за задачи мы должны были там решать. Что-то связанное с исполнительными электрохимическими элементами для баллистических ракет. Меня это не очень притягивало, как и мою супругу. Я пошел к декану Виктору Львовичу Тальрозе и попросился к нему в Химфизику. Он спросил, какой у меня средний балл. Я был почти отличником — 4,8. Он спросил: «Чем хотите заниматься»? Я ответил, что физикой. Он сказал, что есть тема «Взаимодействие атомных частиц с твердым телом». На мой вопрос про другие темы он ответил: «Мы с вами не на базаре». Тогда это было так…
— В итоге вы там проработали всю жизнь.
— Да, я пошел в его лабораторию, проработал там всю жизнь, стал его учеником, потом другом, хоронил Виктора Львовича в Сан-Франциско. У него была замечательная жизнь. Он ушел с химфака добровольцем на фронт, вернулся раненым... После университета распределился к известному ученому, будущему академику Воеводскому в Химфизику. В это время институту были поручены измерения на испытательных ядерных полигонах. Тальрозе, в частности, участвовал в испытаниях водородной бомбы на Новой Земле и там познакомился с Зельдовичем и Харитоном, с которыми поддерживал дружбу всю жизнь. В лаборатории Воеводского Тальрозе занялся масс-спектрометрией и поднял ее в стране на очень высокий уровень. Как известно, его учителем был великий ученый, Нобелевский лауреат Николай Семенов. Семенов создал первый в Советском Союзе масс-спектрометр. Продолжая дело учителя, Виктор Львович разработал несколько поколений масс-спектрометров для исследования химических реакций, которые пользовались большим успехом на международных выставках.
Когда Тальрозе пришел в Химфизику, он захотел продолжить идею создания радикального масс-спектрометра, которым в Химфизике занимался приглашенный Семеновым англичанин Джордж Элтентон. Тальрозе занялся масс-спектрометрией метана в начале 1950-х и увидел необычный ион с массой-17 Дальтон. Тогда он, как посчитали в научном сообществе, имел наглость заявить, что это ион CH5+, существование которого противоречит правилам валентности. Ему никто не поверил. Американский химик, масс-спектрометрист Фред Маклафферти даже заявил, что это полная ерунда и русские не могут нормально измерить массы. Зато потом, когда все убедились, что Тальрозе прав, Маклафферти стал для него «главным хозяином» в Америке: провез его по всем университетам, они стали ближайшими друзьями на всю жизнь. А через него я тоже стал другом Маклафферти. Фред ушел из жизни в прошлом году в возрасте 98 лет.
— Что собой представлял институт, когда вы в него попали?
— Это был самый крупный институт Академии наук, где в штате числилось 5 тыс. сотрудников. Лаборатория Тальрозе была самой «физической» в Химфизике. С 1981 года я увлекся ионно-циклотронным резонансом. В 1983 году мы сделали громкую работу по просьбе Якова Борисовича Зельдовича: точно измеряли разности масс гелий-3 — тритий. Сотрудники Института экспериментальной и теоретической физики заявили, что нейтрино имеют массу покоя не ноль, как утверждал Энрико Ферми, а чуть ли не 50 электровольт. Зельдовича это очень заинтересовало, так как могло объяснить скрытую массу Вселенной, а он после атомного проекта занялся космологией. Тогда Тальрозе послал меня вместо себя на совещание к Велихову и Зельдовичу, где я пообещал разделить гелий-3-тритий. Нам повезло, что в 1983 году была выставка «Наука-83». Там мы купили химический масс-спектрометр и буквально за месяц переделали его в физический для малых масс.
Я на протяжении всей своей научной жизни занимался масс-спектрометрией. Тальрозе в 1982 году вовлек меня в очень крупную программу создания носителей информации большой емкости, которая не имела отношения к масс-спектрометрии, но была чрезвычайно важной для развития вычислительной техники в стране. В 90-е годы у меня уже была мощная лаборатория магнитных процессов, работающая над этой проблемой. Кстати, тогда мы с Фортовым были самыми молодыми завлабами в Химфизике. Нам было по 38 лет. В 2000-х годах я уже активно занимался биологией в масс-спектрометрии. Сейчас это одна из генеральных линий.
Правое, левое и живое
— Когда вы начали заниматься биологическими объектами, с какой темой это было связано?
— В эту область я входил медленно, через хиральную асимметрию, которая имеет отношение к вопросу происхождения жизни. Проблема хиральности — это вопрос живой и неживой материи. Что такое хиральность? Есть объекты, зеркальное отражение которых невозможно совместить с исходным никакими поворотами и перемещениями. К таким объектам относятся наши руки и ступни ног. Правая и левая рука — зеркальные отражения друг друга, но совместить их друг с другом нельзя. В биологии есть понятие хиральной чистоты: почти все аминокислоты в живых организмах, кроме глицина, состоят из молекул с левой хиральностью. Аминокислоты с правой хиральностью очень редко встречаются, и только в бактериях. Если же создавать аминокислоты искусственно, используя методы химического синтеза без хиральных добавок, получается половина молекул с левой хиральностью, а половина — с правой. Это свойство живого впервые обнаружил еще Луи Пастер.
Если возвращаться к нашей работе, то мы придумали метод, как на масс-спектрометре отличить левую молекулу от правой, имея в качестве репера какую-то молекулу известной хиральности.
— Это ваша самая цитируемая работа?
— Да, одна из статей на эту тему, и с ней связана интересная история. Одна из самых успешных космических миссий — Кассини-Гюйгенс — была отправлена на спутник Сатурна Титан. Когда-то давно американские космические аппараты, на которых были установлены инфракрасные спектрометры, увидели, что на Титане есть аминокислоты. Позже выяснилось, что там в принципе очень богатый органический мир, где доминирует метан, который конденсируется из-за низкой температуры. На Титане текут метановые реки и есть метановые озера. В составлении программы миссии учувствовал химик-теоретик с «космической» фамилией Джонатан Лунин, с которым мы подружились, когда я работал в Таксоне в Аризоне. Он увидел, что я занимаюсь хиральностью, и уже тогда предложил мне участвовать в этой программе. Но я не прошел американский допуск, так как работа велась в относительно секретных условиях. Тем не менее мы опубликовали с ним и с крупным американским физикохимиком Джеком Бичемом из Калифорнийского технологического института статью, где показали, как можно измерить степень хиральной поляризации на Титане с помощью масс-спектрометра. Так как жизни там нет, было бы чрезвычайно интересно понять, есть ли на Титане хиральная симметрия. Вопрос в том, произошла ли хиральная поляризация на Земле из-за того, что у нас возникла как правая, так и левая жизнь, а потом она «скатилась» в одну левую форму и дальше воспроизводится, либо есть физический хиральный фактор во Вселенной.
— Похожую задачу ставили во время миссии к комете Чурюмова—Герасименко?
— В миссии к комете Чурюмова—Герасименко было четыре масс-спектрометра. Два из них спускались на само тело кометы, и один как раз мог провести анализ методом хиральной хроматографии. Но спускаемый аппарат был доставлен в расщелину, куда не проникал солнечный свет, и, к сожалению, аппаратура на нем не заработала. Это очень жалко, потому что на кометах вообще очень много органики, что еще раз подтвердили недавние данные с масс-спектрометров.
Впрочем, чтобы «добыть» вещество кометы, не обязательно на нее садиться. В кратерах лунных полярных областей, куда не проникает солнечный свет, «хранится» много комет со льдом и органикой, которые попадали туда миллионы лет подряд. Поэтому нам достаточно сесть в один из таких кратеров и проанализировать находящееся там вещество. Недавно мы создали масс-спектрометр для полярных областей Луны и надеемся, что он будет востребован космическими агентствами.
— Остается понять, как защитить космонавтов от вредных космических излучений в космосе.
— Этот вопрос не относится к обсуждаемым выше, но мы этим тоже активно занимаемся. Если мы хотим осваивать космос с помощью пилотируемых космических аппаратов, а не роботов, то должны точно знать, что там происходит с человеческим организмом. К космическим факторам относится не только радиация, но и отсутствие гравитации. Мы активно работаем с Институтом медико-биологических проблем РАН. В нашем первом совместном исследовании мы анализировали кровь 18 российских космонавтов, каждый из которых провел в космосе более полугода. Анализ брали перед стартом и после приземления, а затем посмотрели ее белковый состав, чтобы увидеть, как невесомость влияет на организм на молекулярном уровне. Честно говоря, больших отличий между двумя образцами крови мы не ждали. Но оказалось, что это не так. Изменения произошли во всех основных типах клеток, тканей и органов. В невесомости организм человека ведет себя так же, как при заражении неизвестным агентом, то есть пытается использовать все возможные ресурсы для защиты. Так происходит потому, что у нас нет эволюционно заложенных адаптационных механизмов к невесомости. Эти данные чрезвычайно важны, так как с помощью подобных исследований мы можем понять, какие именно поломки приводят к развитию профессиональных заболеваний, и заняться разработкой медикаментов, препятствующих таким поломкам.
Против деменции и ковида
— Больше всего работ в области масс-спектрометрии сегодня связано, как мне кажется, с созданием панели биомаркеров для самых разных заболеваний. Какую концентрацию может уловить масс-спектрометр? Как это вообще работает?
— У человека примерно 20 300 генов. Каждый ген — это программа для синтеза белка. Правда, оказывается, что с некоторых генов могут синтезироваться несколько белков и, кроме того, эти белки могут претерпевать химические изменения в организме, так что в общей сложности получается порядка миллиона разных белков. Вся эта сложная молекулярная машина чутко реагирует на все, что происходит с нашим организмом. Если мы поймем, как функционирует организм в нормальном состоянии, а затем выявим, как меняется белковый профиль при разных заболеваниях, мы сможем с высокой точностью диагностировать болезни на самых ранних стадиях. По сути, мы сравниваем образцы крови здоровых и больных людей и ищем отличия в белковом профиле. Этот профиль — как отпечатки пальцев болезни, причем мы можем распознать ее по небольшим изменениям в самом начале процесса.
Сейчас мы нарабатываем библиотеку стандартов для количественного определения профиля концентраций 1000 белков в крови. В первую очередь речь идет о неинфекционных заболеваниях, таких как сердечно-сосудистые патологии, диабет и деменция.
Это, несомненно, одно из самых важных направлений современной биомедицинской науки, и многие страны стараются максимально вкладываться в его развитие.
Метод масс-спектрометрии очень успешно применяется при скрининге новорожденных на наличие генетических заболеваний, причем для анализа мы можем использовать каплю сухой крови. Сухая кровь становится все более притягательным объектом для поиска биомаркеров различных заболеваний. По ней мы можем обнаружить и идентифицировать порядка 800 белков. Это значит, что врачи могут послать нам образец из любого региона и не бояться за его сохранность. Другие направления работы связаны, например, с ранним выявлением и изучением болезни Альцгеймера.
— Каким образом вы научились прогнозировать тяжесть течения ковида?
— Ковидом мы занялись весной прошлого года в активной фазе эпидемии. В августе прошлого года мы опубликовали статью по детектированию и идентификации вируса в соскребах с помощью масс-спектрометра путем детектирования белка этого вируса в образце. Чувствительность такого метода не хуже, чем у ПЦР, но зато скорость выше и выше избирательность. Также метод может быть применен для идентификации любого штамма вируса без переделки. Мы можем за полчаса исследовать сразу около 400 образцов.
Другое направление исследований — разработка метода предсказания течения ковида по анализу крови пациента. Проанализировав кровь, взятую у человека в палате интенсивной терапии, можно с вероятностью 90–92% сказать, умрет он или нет. Причем определить это в первый же день, когда пациент попадает в реанимацию. Для этого мы смотрим белковый профиль человека, который, как мы выяснили, достаточно сильно отличается у пациентов с разным прогнозом. Такие методики нужны на случай тотальной пандемии, если вдруг будет остро вставать вопрос, какого пациента стоит спасать в первую очередь.
— В какую сторону будет двигаться масс-спектрометрия в целом в ближайшие 10–20 лет?
— Как и двигалась раньше: в сторону все более высокой разрешающей способности, точности определения массы, меньших габаритов и уменьшения потребления энергии. Надеемся, что это поможет человечеству ответить на многие фундаментальные вопросы.
— Думаете, масс-спектрометрия поможет понять, как появилась жизнь?
— Есть такое понятие — антропоморфизм: мы приписываем каким-то явлениям или предметам наши человеческие черты. Но есть и другая сторона антропоморфизма: мы ограничены в нашем познании только нашим мозгом, не можем выйти за рамки того, что нам дала эволюция. И мы мыслим категориями, которые «впечатаны» в нашем мозге. Это понимали уже древние греки, достаточно вспомнить эйдосы Платона.
Впервые с этим столкнулись, когда стали создавать квантовую физику, чтобы объяснить явления в микромире. Наше сформированное борьбой за существование сознание не приспособлено для понимания каких-то явлений, с которыми оно не сталкивалось, так как они не влияли на доступную наблюдению жизнь в масштабе человеческого восприятия (космос, субмикромир, вакуум и т. д.). Чтобы убрать эти антропоморфные ограничения, нам нужно создать надстройку — искусственный интеллект. Как только мы поймем природу разума и наделим машины такой способностью, вопрос будет решен.
— В этой концепции может присутствовать Творец, который создал этот мир?
— Это несомненно, не мы же его создали. «Создали» — это тоже, кстати, антропоморфизм. Мир — это данность. Гегель считал, что это некий «дух», вселенский разум, который был всегда, но существовал в разных формах. Сейчас модно его рассматривать как гигантский компьютер, оперирующий с некими возбуждениями вакуума, которыми являются элементарные частицы. Мы касаемся глубоких философских вопросов, которые лучше обсуждать со специалистами, но что-то я их не вижу. Правда, в интернете можно найти… При обсуждении таких вопросов можно быть безответственным, существует много разных гипотез, каждую из которых трудно отвергнуть. Конференции по происхождению жизни и хиральной асимметрии собирают много людей со своими в основном фантазийными гипотезами, но из-за того, что проверить их состоятельность невозможно, все считаются правыми.
— А масс-спектрометрия может «пощупать» разум? Есть ли какие-то значимые работы в области нейронаук?
— Пощупать носитель разума — мозг — можно и с помощью масс-спектрометрии. Мы активно работали над метаболомикой и протеомикой мозга с академиком Александром Потаповым, возглавлявшим Институт нейрохирургии имени Бурденко, чтобы понять, какие белки находятся в разных тканях мозга. К сожалению, Александр Александрович в начале прошлого года ушел из жизни и работы были приостановлены. Мы научились получать молекулярную карту здорового и пораженного глиомами мозга с помощью масс-спектрометра.
Другое наше направление исследования мозга связно с сотрудничеством с группой профессора Сколтеха Филиппа Хайтовича, который занимается эволюцией мозга разных животных и человека. Мы получаем масс-спектрометрические изображения тканей мозга шимпанзе и других животных, а затем сравниваем с человеком. Нам интересно, связано ли появление разума с изменениями структуры мозга. Интересно, когда и на какой стадии развития мозга произошел тот скачок, который отделил человека от животного мира?
Главный метод исследования
Первый масс-спектрометр создал Джозеф Томпсон, нобелевский лауреат за открытие электрона. С помощью него он продемонстрировал возможность разделения ионов в магнитном и электрическом поле и возможность определения ионного состава плазмы электрического разряда. А его ученик Френсис Астон сделал масс-спектрометр, на котором открыл существование изотопов и измерил массы большинства из них. Прибор Астона лег в основу многих типов масс-спектрометров, производимых до второй половины XX века. Астон тоже стал нобелевским лауреатом за открытие изотопов. В 1913 году Томпсон издал замечательную книжку про положительные лучи электричества и их применение в химии. Он предсказал, что масс-спектрометрия будет главным методом исследования атомного и молекулярного состава веществ в ближайшие сто лет. Так и получилось.