Биохимики РУДН раскрыли значение дейтерия для разных царств живой природы
Абсолютное большинство атомов водорода во Вселенной — атомы его самого легкого изотопа, протия. Наряду с ним в различных веществах, в том числе и в воде на Земле, встречается тяжелый водород дейтерий. Его атом наряду с одним протоном и одним электроном содержит также один нейтрон. Все живые организмы на нашей планете эволюционировали в условиях, когда содержание дейтерия в воде было минимальным. Если оно вдруг возрастает, биохимические процессы в живых организмах замедляются — молекула воды с одним, а тем более двумя атомами дейтерия в составе менее активна. Биохимики РУДН выяснили, как этот общий принцип работает для представителей различных царств живой природы: бактерии, растения и животных.
В эксперименте воду с различным содержанием дейтерия получали смешиванием тяжелой воды, в которой более 99% атомов водорода представлены этим изотопом, и «легкой» воды, из которой дейтерий был практически полностью удален. Как контрольный образец использовалась вода с 140 миллионными долями дейтерия на литр, что приблизительно соответствует его концентрации в естественных условиях. Содержание микроэлементов и другие характеристики разных образцов воды не отличались, единственной разницей между ними было количество тяжелого водорода. Примерами живых организмов из разных царств в исследовании послужили бактерии кишечной палочки, растения мха Physcomitrella patens и комнатного цветка каллизии душистой, животных простейшего Spirostomum ambiguum и рыбок данио-рерио. С помощью хроматографии, масс-спектрометрии, спектроскопии и других методов биохимики РУДН исследовали изменения химического состава этих организмов и производимые ими белки. Также оценивали биологическую активность, рост и выживаемость, ход размножения и, в случае рыб, развитие эмбрионов. В то время как эксперименты с бактериями были завершены в течение двух суток, а наблюдение за эмбрионами рыб также продолжалось не более 72 часов, выращивание растений в нескольких разных средах потребовало эксперимента продолжительностью в несколько недель.
Исследование биохимиков РУДН показало, что на все живые организмы, кроме бактерий, плохо влияет вода как с повышенным, так и с пониженным содержанием дейтерия. Кишечная палочка оказалась единственным из исследованных видов, который рос и развивался в присутствии легкой воды не хуже, чем с обычной. Для остальных падение показателей жизнедеятельности при использовании легкой воды варьировалось от сокращения числа выживших эмбрионов рыб на 20% до всего 5% выживших простейших. А тяжелая вода оказалась вредной для выживания всех организмов: например, количество бактерий в ней составило 35% от того, сколько их выросло за то же время в обычной воде; выжило на 50% меньше эмбрионов рыб и только 1% простейших S. ambiguum. Интересный результат биохимики РУДН получили для каллизии душистой. В среде с пониженной концентрацией дейтерия растение накапливало во много раз больше цинка, чем в обычной. В отдельных частях растения концентрация металла была в 200 раз выше, чем в норме — и это при том, что содержание минералов в легкой воде было таким же, как в остальных образцах. Исследователи связывают этот эффект с изменениями метаболизма цветка и предполагают, что в будущем на легкой воде можно будет выращивать растения с повышенным содержанием минералов для медицинских целей.
«Безусловно, живые организмы разных видов и даже царств природы лучше всего приспособлены к естественной концентрации дейтерия в воде. Исследованные нами организмы в основном весьма чувствительны как к повышенному, так и к пониженному содержанию дейтерия. Но тест даже на одном виде микроорганизмов показал, что они не реагируют, когда концентрация тяжелого водорода в воде понижается. Этот общий вывод и наблюдения за метаболизмом разных видов позволяют заключить, что реакция на соотношение дейтерия и протия — признак, который отличает друг от друга крупнейшие таксоны в живой природе», — кандидат биологических наук Игорь Злацкий, сотрудник лаборатории физико-химических методов анализа кафедры фармацевтической и токсикологической химии Медицинского института РУДН.
Результаты опубликованы в Molecules.
В РУДН подвели итоги конкурса «По страницам курсовой» 2024. Победителями стали 14 студентов, еще 48 — призерами. Что исследовали авторы лучших научных работ? Ответом делимся ниже.
Авторский коллектив под руководством заведующего кафедрой общей и клинической фармакологии РУДН Сергея Зырянова стал победителем всероссийского конкурса научных проектов «Технологии для здоровья человека».
РУДН постоянно адаптируется к изменениям современного мира и гибкостью отвечает на вызовы. Это позволяет держать планку научно-исследовательского университета мирового уровня. Сфера науки — не исключение. Начальник научного управления Пётр Докукин представил обновленную программу развития НИОКР (научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы) на заседании Ученого совета РУДН.