Помните фильм «Замороженный» 1969 года с Луи де Фюнесом? Или знаменитый боевик начала 90-х «Разрушитель»? Несмотря на разницу в четверть века, оба фильма используют сюжет о человеке, которого заморозили, а через время разбудили.
В харьковском научном институте пошли еще дальше: там создали целый криобанк редких и исчезающих видов рыб. Благодаря ему можно возродить даже те виды, которые уже исчезли с лица земли. Перспективы таких исследований не имеют границ, говорят ученые, ведь с их помощью теоретически можно решить проблему недостатка пищи на планете.
Расположенный в Харькове Институт проблем криобиологии и криомедицины – место уникальное, оно было и остается единственным учреждением такого профиля на территории СНГ. Основан он был в 1972 году на базе двух лабораторий Физико-технического института низких температур Академии наук УССР и проблемной научно-исследовательской лаборатории низкотемпературного консервирования костного мозга и крови Харьковского института усовершенствования врачей. Однако предпосылки для создания института возникли еще в 50-е годы, когда люди начали семимильными шагами осваивать атомную энергию.
«Люди поняли, что открыли ящик Пандоры, и что ядерной энергией нужно как-то управлять, потому что она смертельна для живых объектов, – говорит директор Института проблем криобиологии и криомедицины Анатолий Гольцев. – В 1959 году в югославском городе Винч произошла авария на реакторе, в результате которой облучились семь операторов. Они были отправлены в клинику в Париже, где им впервые в мире провели пересадку костного мозга. Но эту ткань ведь нужно было где-то хранить. Тогда и возникла необходимость в разработке технологии хранения костного мозга».
По словам ученого, заморозить клетку – дело нехитрое. Куда сложнее сделать это таким образом, чтобы после оттаивания материал по-прежнему представлял собой живую функционирующую структуру.
«Даже если вы не физик, то наверняка знаете, что организм человека на 80% состоит из воды. А если воду, налитую в бутылку, заморозить, она взорвет емкость. То же самое и с клетками. Если просто бросить клетки или органы в азот, они просто-напросто порвутся», – говорит Гольцев.
От человека к рыбам
Анатолий Гольцев рассказывает: в 1983 году в институт пришел новый директор – Валентин Грищенко. По своему основному профилю он был гинекологом и в своей работе уже тогда использовал технологию криоконсервирования репродуктивных тканей человека. Сейчас этим направлением занимается целый отдел криобиологии систем репродукции (КСР), одним из направлений которого является криоконсервирование и долгосрочное хранение репродуктивных тканей редких и исчезающих видов рыб.
«Откройте любую статью о проблемах Черного моря, южных и северных морей. Огромные выбросы в воду вредных субстанций приводят к тому, что многие виды рыб, будучи чувствительными к таким субстанциям, вымирают, – сетует Анатолий Гольцев. – В нашей стране эта проблема тоже актуальна. Хотя все причерноморские страны заключили договоренности, чтобы беречь обитателей глубин, этого оказалось мало. И тогда пошли по пути сохранения этих видов, решили разработать технологию и законсервировать репродуктивные ткани рыб».
Банк редких и исчезающих видов рыб был создан всего четыре года назад. В скором времени в институте готовятся провести инвентаризацию, после которой будет понятно, сколько образцов там уже хранится. Впрочем, ученые признают: пока что похвастаться большим числом образцов не могут, однако сам факт существования такого банка куда важнее количественного фактора.
«У нас хранится коллекция рыб со всего бывшего Советского Союза, в основном мы собирали карповых, осетровых и лососевых, – говорит и.о. завотдела криобиологии системы репродукции Евгений Копейка. – Кроме того, мы занимались скрещиванием, выводя и сохраняя новые линии. Именно новые линии – основная ценность банка. Даже если линия погибала, ее можно было восстановить. Это очень важно для селекционеров, которые могут продолжить эту работу и сократить время по выведению той или иной породы».
Есть в криобанке и те виды, которые уже не встретить в живой природе. К примеру – исчезнувший аральский шип.
«Когда мы привезли этот образец во Францию, местные ученые не поверили, что перед ними результат заморозки – такого прекрасного качества он был», – говорит Копейка.
Однако сотрудники криобанка не сами выбирают, какие клетки замораживать – определять, какие именно виды нуждаются в сохранении, – задача совсем других структур.
«Такие решения принимаются с подачи научного сообщества. Есть специализированные институты, которые отслеживают, насколько востребованы те или иные виды. Есть договоренности, которые заключают страны черноморо-азовского бассейна. Исходя из этого, мы и получаем заказы на отбор и заморозку тех или иных образцов», – говорит Гольцев.
По мнению ученого, помимо природоохранной функции, консервирование клеток животных и рыб может иметь и другую, не менее важную, функцию. Дескать, уже сейчас на Земле наблюдается перенаселение, а значит, в обозримом будущем проблема нехватки еды может стать актуальной не только для стран третьего мира, но и вполне благополучных на данный момент народов. Возможно, именно криобиология сможет компенсировать дефицит.
«Времена чистой науки прошли, сейчас все наши исследования должны иметь практическое применение. От того, какие технологии криоконсервирования мы разработаем, зависит, какую товарную массу получит тот, кто занимается, к примеру, разведением рыбы, – говорит Гольцев. – Мы три года назад разработали уникальную программу под названием „Достижение криобиологии – сельскому хозяйству“. Представили ее в МинАПК, но она не воплотилась в жизнь. А ведь там был представлен широчайший спектр живых организмов: рыбы, птицы, крупный рогатый скот».
Бесконечный холод
Все образцы для низкотемпературного банка замораживаются при температуре 196 градусов ниже нуля. Разработкой технологии консервирования в институте занимается специальный отдел.
«Для каждого вида нужно создавать свою систему заморозки, в зависимости от биологического состояния репродуктивных тканей каждого вида, – рассказывает Гольцев. – К примеру, рассмотрим процесс замораживания крови и костного мозга. Казалось бы, это клетки одного и того же организма. Но для их консервирования необходимы совсем разные режимы».
Чтобы заморозка прошла успешно, нужно учесть несколько факторов. Первое – это скорость замораживания, ведь за короткий промежуток времени температура ткани уменьшается на 220-230 градусов. Второе – это оптимальная скорость оттаивания, от которой также во многом зависит, сохранит ли объект свои первоначальные характеристики.
«Еще один обязательный пункт – это добавление криопротекторов, без которых замораживание не удастся. Эти специальные химические компоненты добавляются к биообъекту перед замораживанием, выдерживаются (от нескольких минут до нескольких часов) и обеспечивают оптимизацию замораживания объекта, не давая довести его до состояния гибели, – говорит директор института. – После этого объект помещается в замораживатель – специальный прибор, куда подается жидкий азот».
Как правило, образцы замораживают в ампулах или соломинках (они меньше по размеру).
«Чем больше объем, тем больше нужно криопротектора, тем больше шансов, что образец будет поврежден», – поясняет Евгений Копейка.
Срок хранения объектов очень большой, но не бесконечный, говорят в институте. Дело в том, что в условиях заморозки метаболизм внутри клеток не прекращается, а лишь очень сильно замедляется – настолько, что это уже почти не влияет на продолжительность хранения. Сейчас в низкотемпературном банке есть образцы, которым больше четверти века.
«Наш коллега Саджио Сумида из Японии занимается консервированием эритроцитов человека. Он проследил состояние объекта до консервирования и через 35 лет. Эритроцит оказался с измененными структурными характеристиками. Но это не значит, что они не годятся для различных функциональных нагрузок, – говорит Гольцев. – Что касается наших образцов, то мы уже имеем от Института рыболовства подтверждение того, что они успешно используются для получения живых образцов рыб».
Страховка для ребенка
Образцы, которые хранятся в низкотемпературном банке Института криобиологии могут сберечь жизнь не только рыбам, но и людям. Пример тому – первый в Украине аутобанк пуповинной крови. Еще в 1974 году было доказано, что в ней хранится огромное количество стволовых клеток, которые уже четверть века используют для лечения заболеваний системы кроветворения, иммунной системы, при эндокринных расстройствах, нарушениях обмена веществ, при преждевременном старении, а также при лечении детей с врожденными отклонениями. Сохранив клетки пуповинной крови младенца, его родители получают лекарство, которое затем может спасти их чаду жизнь. Сложность заключается в том, что у роженицы всего один шанс собрать образцы – во время родов (для этого в Институте выдают специальный набор). Стоимость такой услуги – 5300 гривен (сюда входит получение пуповинной крови, выделение и криоконсервирование стволовых клеток, а также лабораторные исследования). Еще 1400 гривен придется заплатить за каждый год хранения, зато каждый пятый год – бесплатно.
«Сохраняются» по всему миру
Сейчас отрасль криобиологии с каждым днем набирает обороты, а по всему миру создаются новые низкотемпературные банки редких и исчезающих видов. К примеру, такое «хранилище» существует на базе Центра биомолекулярных исследований Оксфордского университета. Там регулярно подвергают заморозке ткани тех животных, которые находятся на грани вымирания. Аналогичный банк есть в британском институте генетики университета Ноттингема. Среди хранящихся там образцов – сокоррский голубь, арабский сернобык и желтый морской конек. Однако, пожалуй, самая большая коллекция тканей содержится в Американском музее естественной истории в Нью-Йорке – там хранится около миллиона образцов. Своих криобанков хватает и в соседней России. К примеру, в Институте физиологии растений РАН ученые смогли заморозить в жидком азоте редкие и декоративные виды орхидей, а затем прорастить их семена. Специалисты Новосибирского Академгородка озаботились проблемой вымирания редких видов животных и создали криобанк их тканей. К слову, там хранится самая большая в России коллекция лабораторных животных: эмбрионы сотен видов мышей, крыс и хомяков. Свой «Ноев ковчег» есть даже в Московском зоопарке, там хранятся образцы спермы травяной лягушки, европейской и американской норки, очкового медведя, дельфина афалины и многих других животных.
Чтобы клетки правильно заморозить, необходимо добавить криопротекторы – вещества, которые поддерживают жизнь при 196 градусах ниже нуля
Клетки глубокой заморозки хранятся в специальных емкостях, которые обеспечивают сохранность биоматериала
Все хранящиеся в криобанке образцы клеток тщательно изучаются биологами
