Молодой ученый Геннадий Макаров влюбился в химию в раннем детстве при неожиданных обстоятельствах — когда сдавал на анализ кровь из пальца. Будучи подростком, часто проводил бытовые эксперименты, и чувство продолжало укрепляться. Сегодня сфера его научных интересов — воздействие антибиотиков на бактериальную рибосому. Между тем наша беседа c химиком неожиданно началась с геологии и географии. А потом и о божественном начале поговорили. И об океане, который… очень похож на живое существо.
Справка «АН»
Геннадий Иванович Макаров, кандидат химических наук, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории многомасштабного моделирования многокомпонентных функциональных материалов ЮУрГУ. В 2012 году окончил обучение на химическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова. В 2016 году защитил диссертацию на тему «Молекулярно-динамическое исследование рибосомного туннеля и его комплексов с антибиотиками». Был руководителем проектов по исследованию бактериальной рибосомы, финансируемых грантами Российского научного фонда. В 2019 году стал соорганизатором магистратуры по специальности «Хемоинформатика», в которой ведется проектное обучение.
- Так получилось, что настоящей экспериментальной химией я последний раз занимался на пятом курсе, когда писал дипломную работу. Химически модифицировал антибиотики. Дальше уже в расчеты углубился. Регулярно что-то пишу для обеспечения научных исследований. То есть я, собственно, сами расчеты произвожу с помощью разработанного другими людьми программного обеспечения. А вот анализ результата приходится делать самому. Так что сейчас я, скорее, компьютерщик, чем настоящий химик.
- Но «осадочек»-то остался?..
- Остался, конечно. Вполне смогу при необходимости вернуться к экспериментальной работе. Сейчас мы прицельно композитными материалами занимаемся на кафедре, структурой и свойствами полимерных композиций методами молекулярной динамики. Высокоточные вычисления позволяют моделировать эволюцию атомной структуры.
- А про блины для штанги вы просто так сказали или…
- Я не спортивный человек. Но работа у нас сидячая. Шейный остеохондроз, сутулость, прочие малоприятные вещи угрожают здоровью людей умственного труда. Поэтому время от времени мне нужно оторваться от компьютера, лечь на скамью и сделать жим лежа. Мой максимум был 90 килограммов. И это, поверьте, весьма умеренный результат.
Тайна клетки
- К антибиотикам как относитесь? Больше от них пользы или вреда?
- Однозначно, больше пользы. Проблема в том, что те антибиотики, которыми нас облагодетельствовали в 50-60-е годы прошлого века, загнав в дальние темные углы значительную часть бактериальной инфекции, справляются теперь с ней хуже. Видите ли, бактерии травили друг друга сотни миллионов лет до того, как первый гоминид ступил на планету Земля. Естественно, у них есть как система нападения, так и система защиты. Они просто «достали» систему защиты и начали ее применять.
Большую часть антибактериальных соединений выделили из обычных тропических почвенных бактерий. Там такая бурная жизнь идет! Они конкурируют за право съесть гнилую деревяшку, друг друга травят… От этого «веселья» устранились экстремофилы, то есть те бактерии, которые живут там, где не живет никто. В зоне горячих курильщиков, в Мертвом море, в радиоактивных отходах даже жизнь бурлит.
- Интересно, как выглядят эти «монстрики»?
- Обычные шарики, по сути. Там все самое интересное внутри, под «капотом». Несколько копий геномов, которые постоянно рекомбинируют между собой для повышения устойчивости к излучению.
- Но давайте вернемся к живой клеточке. Все-таки интересно, что до нее было?
- Давайте. Но хочу еще раз предупредить, что это область спекулятивной биологии. Принято считать, что до клетки был так называемый мир РНК. Рибонуклеиновые кислоты — класс биологических полимеров, у которых есть особенности. С одной стороны, они химически относительно нестойкие. С другой стороны, у них может быть очень богатая пространственная структура. РНК может не только хранить наследственную информацию, но и сама же ее реализовывать, то есть выполнять химические превращения, катализ. Правда, делает она это в отличие от ДНК и белков не очень хорошо.
Так вот считается, что сначала был мир РНК, в котором одновременно выполнялись химические превращения и самовоспроизведение. А клетки появились тогда, когда кусочек этого РНК-мира изолировался в мембранную оболочку и начал осуществлять эти процессы с куда большей эффективностью.
Любой ученый ограничен методами своего исследования. Соответственно прогресс в науке — это еще и прогресс методов. Чтобы начать микробиологическое исследование, нужно было создать микроскоп и научиться выращивать бактерии.
В 30-е годы прошлого века после экспедиции на шельф Белого моря была опубликована интересная научная работа. Ученые подсчитали количество разных бактериальных клеток в пробе морской воды. Там было около сотни всевозможных видов. А потом посеяли бактерии на разные среды, и оказалось, что в чашках Петри вырастает лишь 10 видов. Остальные поодиночке не растут, только вместе, похоже, обмениваясь продуктами своего метаболизма.
Получается, что морская вода — это организм, потому что обитающие в ней бактерии не могут жить друг без друга? И это мы еще не коснулись темы вирусов, которые там находятся и эти бактерии заражают, гуляют между ними, отсиживаются у них в геномах, идет обмен генетическим материалом. Что там еще у бактерий происходит, мы просто не знаем. Легко может оказаться, что… мир РНК рядом с нами, параллельно существует, только мы его не замечаем.
Согласно термодинамике глубоко неравновесных процессов, материя способна к самоорганизации в некие структуры, в которых происходят циклические процессы за счет внешнего притока энергии. Это очень похоже на то, что мы называем жизнью. Мы тоже усваиваем энергию внешнего источника, и неважно будет ли это горящий уголь, разлагающийся уран или солнечный свет. За счет этого поддерживаем структуру себя и структуру всего вокруг себя. И, понимаете, совершенно не исключено, что мы на самом деле живем посреди мира РНК, которому миллиарды лет, а замечаем только его частный случай.
Бывшая жизнь
- А как появилась нефть, ученые знают?
- Большинство геологов и биохимиков считают, что это все-таки результат преобразования органических осадков. То есть это бывшая жизнь и в первую очередь — микроскопические водоросли. То, что откладывается на суше, очень быстро увлекается в повторный оборот. А то, что ушло под воду, сохраняется надолго, поскольку там мало кислорода. Микроводоросли оседали вместе с минеральными остатками, формируя так называемый кероген —
вещество, которое уже не живое, но еще органическое. А дальше должно было повезти. Пласт, в котором все это осело, должен был погрузиться достаточно глубоко, чтобы ему стало жарко и начались процессы химического преобразования. Но не слишком жарко, чтобы полностью не разложиться. А потом пройдут десятки, сотни миллионов лет… Самая молодая нефть, которую сейчас добывают, она Кайнозойская.
- Но это ведь невозможно доказать. У нас нет в распоряжении миллионов лет…
- Проводились эксперименты. Грубые, правда, но они дали результаты. Тухлую селедку замешали с водорослями, положили в перегонный аппарат и начали греть на горелке. Как это пахло, могу себе представить… Но исследователи не соседям хотели досадить, а собирали отгоняющиеся фракции. Так вот сконденсированная жидкость оказалась очень похожа по составу на нефть.
Научное чудо
- И все-таки какой он, химический мир?..
- Очень увлекательный, дающий тайное могущество. Химия – счастливая наука. Она достаточно старая, потому что ее технические приемы берут начало чуть ли не в античности. В этой науке довольно много плодородного гумуса, таких сомнительных натурфилософских представлений и эмоций, восходящих к средневековой алхимии. А еще в ней много практических возможностей.
- Вы бы хотели стать свидетелем научного чуда?
- Научное чудо — это я (смеется). Знаете, всегда было ощущение, что Бог меня ведет и указывает: «Тебе надо вот сюда». Среди бытовых и экономических мотиваций моего переезда в Челябинск была мотивация и идеалистическая. В апостольских посланиях есть формула – даром получили, даром отдавайте. Имелись в виду дары благодати. Я воспринимаю свою научную деятельность примерно так.
Не считаю себя особенно талантливым ученым, но, тем не менее, я ученый вполне дееспособный. Очень бы хотел внести некий вклад своим трудом в то, чтобы в Челябинске укоренилась хотя бы маленькая, но действующая традиция фундаментальной химии, чтобы с моей помощью кто-то мог прикоснуться к химическому миру. Поэтому не пренебрегаю занятиями со студентами, стараюсь вовлечь их в проектное обучение. Хотя в теоретической химии внешних эффектов не так много, как в органической. Там стекло, водоструйные насосы, пахнет чем-то интересным. Мне это все очень нравилось, когда был студентом. А компьютер, он… просто компьютер.
- Какими качествами должен обладать химик?
- Главное требование — прямые руки. Если человек постоянно что-то роняет или проливает, ему лучше не заниматься этой наукой. Разбитые пробирки в нашей профессии не приветствуются. Для теоретической химии важно иметь здравый смысл, привитый образованием и опытом, и одновременно способность четко алгоритмизировать свои действия. …И вот увлеченный студент уже знакомится с командной строкой, внезапно вспоминает линейную алгебру и аналитическую геометрию, которые ему зачем-то преподавали, постигает программистские премудрости и постоянно сталкивается с тем, что за него никто не подумает. Он должен все додумать сам.