Моя научная биография началась в 1974 году на шестом курсе Свердловского государственного медицинского института, когда я пришёл в группу радиотелеметрии на кафедре физиологии труда и индустриальной психологии Свердловского института народного хозяйства (СИНХ), в которой работали физиологи и радиоинженеры. Основной тематикой группы была разработка приборов телеметрической регистрации биопотенциалов и методов их использования. По окончании мединститута меня приняли в штат кафедры, где я занимался регистрацией и анализом ЭКГ студентов (в частности, перед и во время экзаменов), ЭКГ и окулографии прыгунов с трамплина в момент прыжка, ЭЭГ пациентов клиники нейрохирургии Свердловской городской больницы № 40. Результатом работы стали три публикации, две из них — статьи в журналах «Физическая культура и спорт» и «Теория и практика физической культуры». За это время, тесно общаясь с инженерами группы, я получил некоторые знания в области радиоэлектроники.

С 1977 года, ещё работая в СИНХе, я начал сотрудничество с Лабораторией физиологии и биофизики миокарда, которую возглавлял Валерий Яковлевич Изаков, преподававший у нас в мединституте физиологию.

В середине 1970-х годов В. Я. Изаков вместе с В. С. Мархасиным, работавшие на кафедре физиологии Свердловского мединститута, создали исследовательскую группу, изучавшую физиологию сердечной мышцы. Чуть позднее эта группа стала Лабораторией физиологии и биофизики миокарда, располагавшейся в подвальных помещениях 23-й городской клинической больницы. В 1978 году при поддержке профессора Милослава Станиславовича Савичевского, руководителя межобластного кардиологического центра, она стала научным подразделением — Отделом биофизики – областной клинической больницы № 1 со своими лабораторными помещениями на её территории.

В том же году я уволился из СИНХа и перешёл в этот отдел. На тот момент в нём работали около 15 человек, все в возрасте от 25 до 35 лет. Большинство — бывшие сотрудники и аспиранты кафедры физиологии мединститута, часть — выпускники биологического факультета УрГУ. Несомненными лидерами были, конечно же, Валерий Яковлевич и Владимир Семёнович, чьи энтузиазм, эрудиция и харизма позволили привлечь в лабораторию молодёжь и создать яркий научный коллектив, многие члены которого стали самостоятельными учёными. Живая атмосфера, строительство установок, эксперименты, а главное, частые и неформальные семинары, обсуждения только что полученных результатов, новых идей... Часто работали допоздна, расходились порой после девяти вечера.

Свою работу в отделе я начал с создания установки для исследования анизотропии ткани скелетной мышцы, и здесь очень пригодился опыт работы с электроникой и механикой. Совместно с Андреем Кимовичем Цатуряном из Института механики МГУ мы выполнили серию экспериментов на этой установке и в 1981 году опубликовали статью в журнале «Доклады Академии наук СССР». Результаты работы вошли также в кандидатскую диссертацию А. К. Цатуряна. Закончив этот проект, мы с Андреем, впечатлённые пионерскими работами профессора Эндрю Хаксли (Andrew F. Huxley) и его коллег, которые положили начало исследованиям механизма мышечного сокращения, занялись разработкой и созданием установки быстрой механики для экспериментов на одиночных волокнах скелетной мышцы. Как-то раз, когда мы обсуждали с В. Я. Изаковым планы исследований на этой, тогда ещё будущей установке, он спросил: «А что, если мышцу быстро нагреть? Это может быть интересно». Идея нам понравилась. Мы придумали, как это можно сделать, и занялись разработкой аппаратуры джоулева скачка температуры в мышечном волокне в комбинации с быстрой механикой.

Отдел биофизики в 1980 году был передан в Институт гигиены труда и профзаболеваний (ИГТиПЗ), но моя лаборатория, к счастью, осталась в прежнем помещении первой областной больницы. Там мы с Андреем Цатуряном, часто приезжавшим в Свердловск, более трёх лет занимались строительством и отладкой установки. Для этого пришлось ставить и осваивать методику работы с одиночными волокнами мышц — сначала лягушки, а позднее кролика, добывать подходящие для этого инструменты. В то время единственным местом, где имели дело с такими препаратами, была лаборатория д.ф.-м.н. Валерия Васильевича Леднева в Институте биофизики в Пущино, но там работали только с ригоризованными, то есть «мёртвыми» мышечными волокнами. Поскольку мы планировали работать со скинированными, то есть химически демембранизированными, волокнами в активированном состоянии, то многое додумывали и осваивали сами. Используя свои знания электроники и механики и помощь коллег, в частности инженеров Вячеслава Абазова и Альберта Илларионовича Турова, а также уникального инженера-механика из Института физики металлов Сергея Леонидовича Страхова (брат которого А. Л. Страхов в 1994–1995 годах был главой администрации Свердловской области), пришлось придумать и изготовить целый ряд устройств быстрой механики и электронных приборов. Например, аппаратуру скачка температуры, с помощью которой вырабатывался короткий импульс переменного тока длительностью 0,15–0,2 мс и амплитудой до 5 кВ; методику и электронику для измерения величины скачка температуры. Нагревающий импульс пропускали через сегмент мышечного волокна длиной 3–3,5 мм, что позволяло увеличивать его температуру на 30–35°С. Двухканальный осциллограф с запоминанием изображения на экране дополнили самодельным мультиплексором, с тем чтобы регистрировать на нём в 200-мс кадре одновременно четыре сигнала: силы в мышечном волокне, изменения его длины и длины саркомеров и скачка температуры. Записи с экрана осциллографа снимали на фотоплёнку и затем обрабатывали и анализировали вручную.

В 1984 году в Свердловск по приглашению Б. Н. Ельцина, в то время первого секретаря Свердловского обкома КПСС, приезжал Е. И. Чазов, министр здравоохранения СССР, который, кроме прочего, планировал посещение нашего отдела. К его приезду нам предложили организовать в здании Дома политпросвещения на ул. 8 Марта, 15 выставку наших работ и установок. На этой выставке Е. И. Чазов, уже знакомый с работами отдела по сотрудничеству с возглавляемым им Всесоюзным кардиологическим научным центром (ВКНЦ) в Москве, представлял нас Б. Н. Ельцину.

В конце концов году, кажется, в 1984-м мы впервые зарегистрировали реакцию напряжения в одиночном волокне из мышцы лягушки на скачок температуры при полной активации и пришли в восторг: сила в ответ на мгновенное увеличение температуры вырастала почти вдвое за несколько миллисекунд! Позднее в экспериментах с волокнами из мышц кролика мы обнаружили, что сила растёт в 4–5 раз на скачок температуры с 5 до 35 °C. Но при этом, что было неожиданно, при полной активации волокна его жёсткость, то есть мера числа молекул миозина, присоединённых к актиновой нити саркомера, увеличивалась очень слабо, на 15–20 %. Это означало, что сила сокращения мышцы с температурой растёт в основном не за счёт увеличения количества присоединённых молекул миозина, а из-за увеличения их способности развивать силу. Нужно было разобраться, как это происходит, но подходов к этому мы тогда не знали.

В. Я. Изаков был очень горд тем, что́ нам удалось сделать, и приводил на наши эксперименты академика С. В. Вонсовского, бывшего тогда председателем президиума Уральского научного центра АН СССР, академика Н. Н. Красовского и члена-корреспондента АН СССР, директора Института математики и механики Ю. С. Осипова, будущего президента РАН.

По результатам экспериментов мы с Андреем Цатуряном в 1985–1988 годах опубликовали несколько тезисов и отчётов, а также четыре статьи в журнале «Биофизика», а в 1989 году вышла наша статья в Biophysical Journal. Исследование термомеханических свойств волокон скелетной мышцы с помощью скачка температуры стало темой моей кандидатской диссертации, которую я защитил на кафедре биофизики биологического факультета МГУ в 1987 году.

В этом же 1987 году в The Journal of Physiology вышла статья коллектива авторов Y. E. Goldman, J. A. McCray и K. W. Ranatunga, посвящённая регистрации изменений напряжения в мышечных волокнах кролика, вызванных лазерным скачком температуры. Было досадно, что эта публикация появилась в международном издании раньше нашей, но, как оказалось, их метод позволял нагревать волокно максимум на 6 °С, тогда как наш — на любую величину вплоть до 35 °С. Позже, осенью 1989 года, Йел Голдман (Yale E. Goldman) из Пенсильванского университета (University of Pennsylvania, Philadelphia), один из авторов этой работы, приезжал в Ленинград, где мы встретились с ним и обсудили наши исследования. Он был о впечатлён результатами и признал преимущество нашего подхода.

Весной 1989 года в Москву, Пущино и Ленинград по приглашению президента АН СССР Г. И. Марчука приехал сэр Эндрю Хаксли, нобелевcкий лауреат по физиологии и медицине, глава (Master) Тринити-колледжа Кембриджского университета, за два года до этого оставивший пост президента Королевского общества (Royal Society). Перед лекцией в МГУ он встретился с сотрудниками университета. Нас ему представили, и мы бегло показали ему наши результаты, они его явно заинтересовали, он взял оттиски статей из журнала «Биофизика» и пригласил нас приехать к нему в гостиницу следующим утром. К нашему удивлению, оттиски лежали на столе с его пометками — оказалось, Эндрю Хаксли немного читал по-русски. Он представил нас своей жене леди Риченде, правнучке Чарльза Дарвина. В конце встречи Эндрю Хаксли предложил нам принять участие в конференции Европейского мышечного клуба (European Muscle Club — EMC), которая должна была в тот год состояться в Голландии, а также приехать в Лондон, поработать в лаборатории его коллеги и соавтора нескольких важнейших работ профессора Роберта Симмонса (Robert M. Simmons).

Летом мы оба получили письма с приглашением участвовать в конференции EMC в Лунтерене (Голландия) и в заседании Физиологического общества в Эдинбурге. Андрей поехать не смог, а я, получив в Академии наук служебный, синий, загранпаспорт и «огромные» командировочные в 30 долларов на две недели, поездом в компании Володи Векслера из ВКНЦ отправился в Утрехт. На конференции за полчаса рассказал об основных результатах нашей работы, заранее выучив свой доклад практически наизусть, так как английский мой был весьма слаб. Проблемы были с пониманием вопросов из зала, но тут помог Володя Векслер. Выступил я, судя по вопросам и дальнейшему обсуждению, вполне успешно, результаты были приняты с интересом. За те пять дней, что проходила конференция, я познакомился со многими участниками, имена которых знал до этого только по публикациям и с которыми впоследствии завязались тесные личные и научные контакты, в том числе с Винченцо Ломбарди (Vincenzo Lombardi), Майклом Дживсом (Michael A. Geeves), Роджером Вулиджем (Roger C. Woledge). Съездил на экскурсию в Амстердам и в частный музей Ван Гога в имении коллекционеров Крёлер-Мюллер (Kröller-Müller Museum).

По окончании конференции в Голландии я отправился сначала поездом до Хук-ван-Холланд, оттуда огромным паромом до британского Харвиджа и далее в Лондон, на однодневную мышечную конференцию в Национальном институте медицинских исследований (National Institute for Medical Research — NIMR). Встретил меня на вокзале Роджер Вулидж, заведующий кафедрой физиологии в Университетском колледже Лондона (University College London), той кафедрой, которую последовательно занимали Арчибальд Хилл (Archibald V. Hill), Алан Ходжкин (Alan L. Hodgkin) и Эндрю Хаксли. Вулидж поселил меня в отель и повёл показывать город. Мы посетили его лабораторию, где Роджер, продемонстрировал свои установки, рассказал о кафедре и том, чем занимаются он и его коллеги, и помимо всего прочего заставил меня посидеть в кресле Хилла, аспирантом которого он был в своё время. Затем привёл меня в Отдел биофизики (Biophysics Section) Королевского колледжа Лондона (King’s College London), директором которого был профессор Роберт Симмонс, соавтор работ Эндрю Хаксли. Отдел занимал здание на Друри-лейн, той самой улице в Сохо, где торговала цветами Элиза Дулиттл в знаменитой пьесе «Пигмалион» Бернарда Шоу. Мы познакомились с Робертом, который просил называть его кратко Боб, и с его сотрудниками и отметили знакомство в пабе.

На конференции в NIMR была масса интересных докладов, для меня самым впечатляющим оказалось сообщение д-ра Майкла Ференцзи (Michael A. Ferenczi) о результатах группы итальянских и британских учёных, регистрировавших изменения на дифракционной рентгенограмме одиночного сокращающегося волокна скелетной мышцы лягушки при его деформации с уникальным временным разрешением в 1 мс. До этого рентгенограммы снимали на целых мышцах и с гораздо худшим как временным, так и пространственным разрешением. Вскоре вышла их статья в Nature. Эндрю Хаксли, участвовавший в конференции, познакомил меня со многими коллегами, в том числе с Дэвидом Трентамом (David R. Trentham), членом Королевского общества (FRS), руководителем Отдела биофизической химии NIMR, детально исследовавшего АТФазу миозина, и Майклом Ференцзи, сотрудником этого же отдела. После конференции Эндрю Хаксли пригласил меня быть его гостем в Тринити-колледже в Кембридже. Роджер Вулидж, зная об этом приглашении, предупредил меня, что на обеде в Тринити следует быть в галстуке, и проводил на улицу, откуда меня должна была забрать машина профессора Хаксли. Я ожидал увидеть машину с водителем академика, как было принято в СССР, — всё-таки хоть и бывший, но президент Королевского общества, то есть Академии наук, нобелевский лауреат и глава одного из самых известных и престижных колледжей не только Великобритании, но и мира. И вот подъехала машина, совсем непрестижная «вольво», а за рулём... сэр Эндрю Хаксли! Другой мир... Вспомнилась старая шутка: «Не знаю, кто там пассажир, но водитель у него сам Брежнев».

По приезде в Тринити-колледж сэр Эндрю сразу отвёл меня в огромную комнату в старинном, XVI века здании — апартаментах главы колледжа (Lodge of Master), ставшую моей на ближайшие два дня, и снова напомнил о галстуке. Через десять минут он вернулся — в мантии! — и почти бегом (в его почти 72 года) мы спустились в холл перед обеденным залом, где все тоже были в мантиях членов колледжа. Затем человек во фраке (мажордом?) стал приглашать собравшихся в зал, объявляя каждого по имени и городу проживания. «Доктор Бершицкий из Свердловска!» Как выяснилось, во время пребывания в колледже у меня был особый статус — первый гость, то есть личный гость главы колледжа. Чтобы представить обеденный зал и обстановку мероприятия, лучше всего посмотреть соответствующие сцены из фильмов о Гарри Поттере, мысленно дополнив картину висящими на стенах портретами Исаака Ньютона, Джеймса Максвелла, Эрнста Резерфорда, Фрэнсиса Бэкона, лорда Байрона, Бертрана Рассела и многих других учёных — членов колледжа и его выпускников. Членом Тринити-колледжа был Пётр Леонидович Капица, а среди выпускников — Владимир Набоков. Описание обеда потребовало бы отдельной главы, поэтому я его здесь опущу.

На следующий день сэр Эндрю устроил мне экскурсию по Тринити-колледжу и библиотеке, заставив пройти по траве — привилегия членов колледжа и их персональных гостей. Затем провёл ещё по двум или трём колледжам. Потом мы посетили Лабораторию молекулярной биологии, знаменитую LMB, где работали Уильям Генри Брэгг, Уильям Лоуренс Брэгг, Джон Кендрю, Макс Перуц, Фрэнсис Крик с Джеймсом Уотсоном и многие другие нобелевские лауреаты. И наконец отправились в его собственную лабораторию, где большая часть установок и их деталей была сделана его руками. Хаксли с гордостью продемонстрировал огромный токарный станок, на котором работал он сам, изготавливая детали установок. Позднее в своём доме в Гранчестере, близ Кембриджа, он показал токарный станок, которым пользовался с детства — с ножным приводом, как в швейных машинах.

Хочется рассказать немного о том, кто такой Эндрю Хаксли, один из самых известных и уважаемых британских учёных. Он родился в 1917 году, через две недели после Октябрьской революции в России. Его дед, Томас Генри Хаксли (Thomas H. Huxley), которого в русских текстах чаще именуют Гексли, — английский зоолог, популяризатор науки и ярый защитник эволюционной теории Чарльза Дарвина, которого по этой причине называли «бульдогом Дарвина». Старшие сводные братья Эндрю Хаксли — это сэр Джулиан Хаксли, первый генеральный директор фонда ЮНЕСКО и один из создателей этой организации, и Олдос Хаксли — известный английский прозаик и философ, автор антиутопии «О дивный новый мир». Окончив образование в Тринити-колледже, где изучал физику, математику и химию, а также физиологию, выбранную им в качестве дополнительного предмета, Эндрю Хаксли вместе с Аланом Ходжкином в 1939 году занялся исследованием электрического импульса в нервном волокне кальмара в Морской биологической лаборатории в Плимуте. Вскоре им удалось зарегистрировать нервный импульс с помощью электрода, помещённого внутрь нервного волокна, что стало предметом заметки в Nature. Вторая мировая война прервала работу — они занялись оборонными исследованиями. Эндрю Хаксли разрабатывал радары для артиллерии ПВО, а позднее перешёл на работу в Адмиралтейство. В первые же дни высадки союзников в Нормандии он инспектировал результаты работы морской артиллерии по прибрежным немецким укреплениям. После окончания войны Ходжкин и Хаксли вернулись к исследованиям аксона кальмара. Они разработали метод измерения ионных токов, создающих нервный импульс, и сформулировали гипотезу о существовании ионных каналов, которые открываются и закрываются в зависимости от мембранного потенциала. Эта гипотеза была блестяще подтверждена спустя несколько десятилетий. Для количественного описания потенциала действия ионных токов они предложили систему дифференциальных уравнений — модель Ходжкина–Хаксли. Модель прекрасно описывает основные экспериментальные факты, в том числе классический закон «всё или ничего», то есть независимость формы и величины нервного импульса от величины возбуждающего стимула, если он превосходит пороговый уровень.

В 1963 году Ходжкин и Хаксли были удостоены Нобелевской премии вместе с Джоном Экклзом (John C. Eccles) за «открытия, касающиеся ионных механизмов возбуждения и торможения в периферических и центральных участках нервных клеток». Очевидцы рассказывали нам про «русский» банкет, на котором Эндрю Хаксли отмечал свою Нобелевскую премию водкой и икрой.

После выхода публикаций о нервном импульсе Э. Хаксли, так и не получивший учёной степени (Ph.D.), поскольку его обучение в аспирантуре было прервано войной, переключился на новую область — изучение молекулярного механизма сокращения мышцы. Он разработал и построил интерференционный микроскоп, с помощью которого вместе с Рольфом Нидергерке (Rolf Niedergerke) изучил, как при сокращении сближаются поперечные полосы мышечного волокна. Эта работа была опубликована в Nature в 1954 году в одном номере со статьёй его однофамильца Хью Хаксли (Hugh E. Huxley) и Джин Хансон (Jean Hanson), независимо пришедших к тем же выводам с использованием другой экспериментальной техники. В этих работах была сформулирована и обоснована модель скользящих нитей, согласно которой при сокращении мышцы продольные нити внутри волокна скользят друг относительно друга, не меняя своей длины. Механическую работу при этом совершают «поперечные мостики», которые циклически возникают между нитями, заставляя их перемещаться друг относительно друга.

Эта модель и сейчас лежит в основе представлений о механизме работы мышц. Эндрю Хаксли и его ученики и сотрудники разработали методы измерения относительного перемещения нитей в составе волокна с точностью до долей нанометра и создали аппаратуру для исследования субмиллисекундных реакций силы, развиваемых мышечным волокном в ответ на быстрые изменения его длины. В 1971 году с помощью этого метода Эндрю Хаксли и его коллега Роберт Симмонс описали механические характеристики одиночных миозиновых молекул в экспериментах на одиночных мышечных клетках и сформулировали модель «поворачивающегося мостика». Спустя четверть века эта модель получила подтверждение с помощью рентгенодифракционных экспериментов и белковой кристаллографии.

В 1955-м Эндрю Хаксли был избран членом Королевского общества, а в 1980–1985 годах являлся его президентом. В 1974-м профессор Эндрю Хаксли был посвящён королевой Елизаветой II в рыцари и получил титул сэра, а в 1983-м был удостоен членства в ордене Заслуг (Order of Merit)^[1].

Но вернёмся к моей поездке 1989 года. На следующее утро я приехал из Кембриджа в Лондон и оттуда поездом отправился в Эдинбург с остановкой в Йорке, где, как сообщил Роджер Вулидж, меня встретят и покажут свои лаборатории Дэвид Уайт (David White) и Джон Спарроу (John Sparrow) из Отдела биологии Йоркского университета. Я провёл с ними несколько часов и концу дня добрался до Эдинбурга, где меня поселили в отеле, к которому примыкало поле для гольфа, так что я мог наблюдать игру прямо из окна своего номера. На следующий день мне удалось побродить по городу, очень красивому, яркому и холмистому, побывать на берегу моря и у памятника Роберту Бёрнсу. На третий день мне предстояло сделать доклад, другой, не тот же, что в Голландии. Всё прошло успешно, тезисы доклада были приняты для публикации в Proceedings of The Journal of Physiology. А вечером состоялся приём у ректора Эдинбургского университета. Дождь, а у входа в университет — волынщик в полной форме шотландского гвардейца: в килте, гетрах, меховой шапке, плед через плечо, кожаный кошель на поясе — всё, как положено, играет так, что слышно за квартал. И опять я — первый гость. В огромном зале полукруглый стол человек на сорок, места расписаны, моё — между ректором и его супругой, с которой с горем пополам поговорили о Бёрнсе, стихи которого я немного знал в переводе Маршака. Обед, выступление ансамбля народных танцев...

Наутро — поход мышечной секции в региональный парк Пентланд-Хиллз. Часа три вверх-вниз по холмам. На вершине пятого холма обед в ресторане. Поздно вечером поездом в Лондон, оттуда утром на паром обратно в Голландию и — не без проблем — поездом в Москву.

В 1988 году Отдел биофизики в Свердловске стал филиалом Института физиологии Коми научного центра УрО РАН. А в начале 1990 года скоропостижно скончался Валерий Яковлевич Изаков и руководителем филиала стал Владимир Семёнович Мархасин.

Летом 1990 года я и Андрей Цатурян получили письмо от Роберта Симмонса с предложением кратко описать наш предполагаемый проект, с тем чтобы подать заявку на грант фонда Wellcome Trust. К весне следующего года заявка была одобрена, и нам пришли приглашения на работу на шесть месяцев с сентября 1991-го в Отдел биофизики King’s College London (KCL) по гранту Wellcome Trust Fellowship. В первые же сентябрьские дни, буквально спустя полторы недели после августовского путча, мы с Андреем вылетели в Лондон. И началась другая, полная чудес и открытий жизнь, всё было вновь уже с самого прилёта! В Хитроу мы из телефона-автомата (никаких мобильных тогда ещё не существовало) позвонили Дереку Драмми (Derek Drummie), администратору здания Отдела биофизики, по номеру, который нам прислал Боб Симмонс, сообщили, что прилетели, и спросили, как нам добраться. Пока объясняли, где находимся, и пытались понять его инструкции, у нас кончились монеты и разговор прервался. Мы совершенно растерянные отходим от телефона. Что дальше? Куда и как ехать? И тут раздаётся звонок из телефона-автомата, кто-то рядом говорит: это, видимо, звонят вам. Как это? Можно звонить не с телефона-автомата, а на него? А как абонент узнал номер? Я в полном недоумении беру трубку — это действительно Дерек! Он объяснил, по какой линии метро и до какой станции ехать. Денег на метро у нас, к счастью, хватало. На станции Ковент-Гарден нас встретил Боб Симмонс, привёл в здание отдела, представил сотрудникам своей лаборатории и передал Дереку Драмми.

Дерек, седой, высокий, лет пятидесяти, выглядел, по нашим представлениям, как член палаты лордов: он единственный в здании всегда носил элегантный костюм и галстук. Немного знал русский — изучал его в школе. И первым делом спросил, не хотим ли мы позвонить домой и сообщить родственникам о своём прибытии. «Хотим, а как?» — «Так позвоните». — «Откуда?» — «С моего телефона. Сейчас найду коды ваших городов — и звоните». Дома, в СССР, международный звонок надо было предварительно заказывать на определённое время и определённой продолжительности. А здесь вот так просто — звоните. Позвонили, слышно было отлично. Потом перешли к вопросу о жилье и деньгах. Денег у нас практически не было. Поэтому он выдал нам в счёт будущих грантовых поступлений по 50 фунтов наличными (огромные деньги — фунт тогда стоил почти 2,5 доллара). И сказал, в каком отеле нам забронированы и оплачены на два дня комнаты, поскольку потом мы уезжали в Оксфорд на конференцию EMC. От Дерека же мы получили электронные карточки доступа в здание и кипу документов, касающихся порядков в здании: кто в нём есть кто и что есть что. Оказалось, что есть механические мастерские, где два инженера могут изготовить для вас необходимые детали, есть инженер-электронщик, который разработает и сделает вам нужную схему. И опять чудеса: если инженер-радиоэлектронщик не сможет помочь, обращайтесь к Бобу Симмонсу. Как?! Директор института займётся для нас электроникой? Да, займётся — убедились сами. Бухгалтер приходит в здание раз в неделю на три-четыре часа, при этом никаких проблем ни с оплатой заказов, ни с поступлением зарплаты, ни со всеми прочими финансовыми вопросами. Заведующий складом, снабженец, водитель и экспедитор — это один человек, он же грузчик в здании. Ходовые реактивы и расходники можно брать у него на складе в его отсутствие, только оставляя квиток со своим именем и номером гранта, на который что-либо берёшь. Специфические заказы он доставляет к твоей лабораторной комнате, но входить в неё не имеет права.

После конференции Дерек Драмми поселил нас в хостеле KCL и занялся дальнейшим нашим посвящением в жизнь в Англии. «Во-первых, нужно открыть счета в банке, иного способа получать зарплату из гранта нет». (Дома, в СССР, зарплату в те времена выдавали наличными, никаких счетов у частных лиц не было). «Поэтому я позвонил в Barclays Bank, где мы, Biophysics Section, держим счёт, и сообщил о вашем визите. Вот адрес ближайшего отделения, возьмите с собой паспорта».

Мы пришли в банк, назвались встретившему нас менеджеру и, как умели, попытались объяснить, что нам нужно. Он, видимо, был не в курсе звонка Дерека и не смог нас с нашим английским понять. Вернулись ни с чем, объяснили Дереку, что нас там не ждали. Он снял трубку и ледяным тоном сказал: «Я просил открыть в вашем банке счета двум докторам нашего колледжа, но служащий вашего отделения отказал им в этом. — И добавил буквально: — It’s not very good!» Так, оказалось, звучит по-английски крайняя степень недовольства. В устах Дерека это было очень убедительно. «Не забывайте, мы держим в вашем банке довольно большие деньги, но готовы рассмотреть сотрудничество с другим банком. — И, положив трубку, обратился к нам: — Я прошу вас сходить в банк ещё раз: уверен, всё будет хорошо».

Так и вышло: тот же клерк, завидев нас, распахнул дверь, долго извинялся за непонимание нашего «блестящего» английского… Через полчаса счета были открыты, получены банковские карты и чековые книжки (интернета тогда ещё не было, расплачивались либо наличными, либо именными чеками).

Во-вторых, нужно было найти долговременное жильё, учитывая скорый приезд наших семей. По объявлениям в газетах выбирали место, ориентируясь на цену и расстояние до работы, от которого зависели расходы на транспорт. Консультировались с Бобом, коренным лондонцем, о благополучии районов города. Через несколько дней нашли в 4-й зоне метро дом в Гринфорде, населённом в основном выходцами из Индии, и сняли его на полгода. Через месяц приехали мои жена и дочь. Жену, Ольгу Бершицкую, взяли волонтёром в наш отдел, и она начала работать с д-ром Джоном Слипом (John Sleep) по проекту, который требовал освоения новой тогда методики искусственной подвижной системы (in vitro motility assay; ИПС). Дочь, закончившую дома шесть классов с углублённым изучением английского, тут же приняли в ближайшую школу. В Британии дети школьного возраста по закону обязаны ходить в школу, в противном случае их родителям грозит привлечение к суду. К Новому году приехали жена и полуторогодовалая дочь Андрея.

Наконец можно было полноценно работать. Кое-какие детали будущей установки мы привезли с собой, но многое пришлось делать заново. Инженеры в мастерской недели две нас к станкам не подпускали, но постепенно поняли, что можно, да и времени у нас мало, некогда было ждать, когда подойдёт очередь наших заказов. Сперва осторожно поглядывали, как мы справляемся, а через некоторое время даже стали оставлять нам ключи от мастерской на выходные дни — для нас, впрочем, рабочие.

Как-то в мастерскую зашёл незнакомый нам человек со своим заказом. Один из мастеров шепнул нам: «Знаете, кто это?» — «Нет». — «Это же Морис Уилкинс!» Лауреат Нобелевской премии 1962 года совместно с Дж. Уотсоном и Ф. Криком — тот, кто вместе с Розалинд Франклин получил рентгенограмму ДНК, ставшую ключевым событием в раскрытии структуры двойной спирали. Рентгенограммы они с Розалинд и её аспирантом Рэем Гослингом (Raymond G. Gosling) получали на лабораторном источнике в том самом здании на Друри-лейн, где мы работали. Розалинд Франклин не дожила до премии, она умерла в 1958-м)^[2].

По приглашению Майка Дживса мы съездили в Бристоль — выступить в университете с докладом о методе скачка температуры и наших домашних результатах. Там же познакомились с д-ром Ранатунгой (K. W. Ranatunga), соавтором работы по лазерному скачку температуры, и с Гербертом Гутфройндом (Herbert Gutfreund), биохимиком, кинетиком и наставником Майка. Сам Майк в то время разработал и создал со своим аспирантом установку для другого способа инициации силогенерации в мышечном волокне — скачка давления, очень трудного в исполнении метода.

В январе, то есть на пятый месяц из отпущенных нам шести, установка была собрана, настроена, проведены калибровочные эксперименты, отработана методика частичной ковалентной «сшивки» молекул миозина с тонкой нитью, но время было на исходе и собственно проект мы выполнить не успевали. Обратились к Бобу: нельзя ли продлить грант? И вот до окончания гранта пара недель. У нас идёт эксперимент, в комнате темно, волокно освещено лучом He-Ne лазера для измерения длины саркомеров по дифракции. Заходит Боб, минуты две смотрит на установку в красном свете лазера, потом отмечает: «Чудный цвет! — И тут же: — Да, кстати, вам пришло продление на полгода».

Сам Боб c Джимом Спудичем (James A. Spudich) из Стэнфордского университета в то время проектировали и строили одновременно в Лондоне и Стэнфорде две установки оптической ловушки (optical trap, или optical tweezers) — совершенно новый инструмент для исследования механических характеристик взаимодействия одиночных молекул миозина с актиновой нитью.

После того как наша установка была готова, мы за четыре месяца сделали всё, что планировали, опубликовали статью в The Journal of Physiology по ещё домашним результатам, а потом по приглашению Винченцо Ломбарди в сентябре 1992 года со свежими результатами поехали в Италию на конференцию Muscle Energetics в Сиену. По дороге на три дня остановились в Париже, потом были Флоренция, Сиена, экскурсия на остров Эльба c восхождением на гору Монте-Капанне, три дня в Риме на обратном пути... Впечатления незабываемые! А сама конференция! Именно там Айван Рэймент (Ivan Rayment) впервые, ещё до публикации в Sciense, представил доклад о кристаллизации моторного домена миозина и расшифровке его атомной структуры. Эта работа, положившая начало миозиновой кристаллографии, и последующие результаты нескольких групп привели к созданию теории «рычага» (lever arm theory), объясняющей молекулярный механизм работы миозинового мотора. Там же познакомились с Хью Хаксли, учёным, чей вклад в исследование механизма мышечного сокращения не меньше вклада Эндрю Хаксли.

Через неделю после нашего отъезда из Лондона, но не в связи с ним, Отдел биофизики KCL посетила принцесса Маргарет, сестра королевы Елизаветы II, для переименования отдела в Институт Рэндалла (The Randall Institute KCL). На стене здания установили мраморную доску с новым названием.

В октябре 1992-го мы, уехав год назад из СССР, вернулись в Россию. На пункте досмотра в Шереметьево пограничник долго разглядывал мой паспорт и отказывался меня пропускать. Как оказалось, в нём не было штампа о выезде. Дело в том, что ради поездки во Францию и Италию я поменял в российском консульстве в Лондоне синий служебный паспорт, выданный мне в Академии наук, в котором для получения виз требовались ноты от консульства России, на общегражданский красный. Пришлось вызывать старшего офицера, который, выслушав объяснение, махнул рукой — ладно, проходите. Мы привезли с собой несколько большущих коробок реактивов, кое-каких механических деталей, компьютер и два десятка коробок компьютерных дискет: кучи статей, журналов и свои материалы. Все коробки с реактивами и дискетами у нас забрали и поместили на таможенный склад в Шереметьево. Чтобы их вызволить, пришлось обращаться в Академию наук, в том числе звонить Ю.С. Осипову, президенту РАН, и в комиссию по гуманитарной помощи при МИД РФ (была такая), и дней через десять всё удалось забрать. Часть содержимого оказалась испорчена — в коробках явно рылись и некоторые реактивы пролили.

Ну а дальше — поездом в город с новым для нас именем Екатеринбург, так как уезжали мы из Свердловска. Моё лабораторное помещение в ОКБ № 1 заняло другое подразделение больницы, а всё оборудование и установку сотрудники Отдела биофизики разобрали и вывезли в ИГТиПЗ. Собирать её заново было негде, да и смысла в этом не было, поскольку всё, что можно было на ней сделать, уже было сделано. Поэтому работал я в основном дома, обрабатывая результаты лондонских экспериментов. Одна статья по этим результатам вышла в The Journal of Physiology в 1995 году, вторая — через десять лет, в 2002-м. Но ответа на вопрос, почему рост силы в мышечном волокне с увеличением температуры не сопровождается сколь-либо существенным увеличением жёсткости, у нас так и не было. Стало понятно, что нужно одновременно измерять силу, развиваемую мышечным волокном, и регистрировать сопровождающие этот процесс изменения в структуре. Для этого лучше всего подошли бы рентгеновские эксперименты на синхротроне, о которых в 1989 году рассказывал Майк Ференцзи. Но где мы и где синхротрон...

Однажды позвонил Боб Симмонс и, зная о проблемах учёных в России, поинтересовался, как идут дела и удаётся ли нам с Ольгой вернуться к работе. Я признался, что работать негде. Несколько дней спустя факсом пришло письмо, адресованное председателю Президиума УрО РАН академику Г.А. Месяцу и мне, подписанное Эндрю Хаксли и членами Royal Society Бобом Симмонсом и Дэвидом Трентамом и ещё двумя членами Royal Society с просьбой «посодействовать в выделении лабораторного помещения для д-ра Бершицкого, которого мы знаем как плодотворного учёного». Геннадий Андреевич пригласил на встречу, объяснил, что свободных помещений в отделении нет, предложил посмотреть заброшенные складские комнаты в сарае на территории Института физики металлов, и этим всё закончилось.

Между тем весной 1993 года мы узнали, что совместно с сотрудниками кафедры физиологии Амстердамского университета (АУ) получили трёхлетний грант NWO — Нидерландского совета по научным исследованиям (The Dutch Research Council)^[3]. Дело в том, что перед отъездом из Англии мы с постдоком нашей лаборатории в KCL Франсом ван Камом (Frans van Kaam) и его руководителем в АУ д-ром Бланже (Tugendhold Blangé) подали, по их предложению, заявку в этот фонд на проект по разработке метода магнитоуправляемого нагружения актиновой нити для измерения силы её взаимодействия с молекулами миозина в in vitro motility assay. Для них, как, впрочем, и для нас было важно освоить и поставить эту методику, которой в Лондоне занималась единственная из нас Ольга Бершицкая. Кроме того, грант предусматривал приобретение двух комплектов оборудования, куда входили эпифлуоресцентный инвертированный микроскоп, высокочувствительная видеокамера, фрейм-граббер (устройство захвата видеосигнала), видеомагнитофон и мощный компьютер: один комплект для группы д-ра Бланже, второй — в наш институт в Екатеринбурге.

Перед поездкой в Нидерланды мне позвонил Майк Ференцзи и сообщил, что в Евросоюзе организована программа ИНТАС^[4] для поддержки учёных стран СНГ и развития их сотрудничества с учёными Западной Европы — так не хотим ли мы принять участие в этой программе и подать совместно с ним заявку на грант ИНТАС для исследования структурных изменений в мышце с помощью синхротронного рентгеновского излучения? Конечно хотим! Хорошо, тогда будем работать над заявкой.

Осенью того же года Андрей и мы с женой и двумя дочерьми (младшей было шесть месяцев) приехали в Амстердам. Для нас сняли жильё — корабль, пришвартованный на реке Амстел, с тремя жилыми каютами, гостиной, кухней, ванной и прочим. Через месяц к нам присоединились жена и дочь Андрея.

Лаборатории кафедры физиологии Амстердамского университета располагались в AMC — Академическом медицинском центре, огромном здании площадью два квадратных километра, с несколькими клиниками, библиотекой, лекционными залами, научными лабораториями, прогулочными зонами, магазинами, почтовым отделением, ресторанами. Кроме того, там были великолепные мастерские с высококлассными специалистами широкого профиля и парком самых современных станков, инструментов, электроники и т. п. Начали работать; для этого заказали реактивы; после демонстраций, проведённых представителями фирм прямо в лаборатории, остановились на инвертированных флуоресцентных микроскопах Nikon и видеокамерах Photonic Science, которые представитель фирмы доставила лично вертолётом из Англии. Купили компьютеры Silicon Graphics. Провели в Амстердаме три месяца и за это время запустили методику in vitro motility assay, с помощью инженера-программиста наладили регистрацию изображения и её запись на ленту видеомагнитофона. Сконструировали и собрали электромагнит с наконечниками, позволявшими работать с короткофокусным объективом микроскопа, и прокалибровали зависимость силы, которую развивает магнетитсодержащий шарик диаметром 2.8 мкм, от тока в электромагните. Как-то на один день из Лондона приехал Дэвид Трентам, собрал нас, раздал по листу бумаги и попросил быстро написать наши соображения по поводу сотрудничества в изучении мышечного сокращения, в том числе с помощью рентгеновского излучения, in vitro motility assay, caged-компаундов и т. п. Речь шла о другом, большом, гранте ИНТАС на 1995–1996 годы для коллаборации между Институтом физиологии УрО РАН, Екатеринбург (С. Бершицкий), Институтом механики МГУ, Москва (А. Цатурян), и несколькими европейскими научными учреждениями: Отделом физической биохимии NIMR, Лондон (Д. Трентам); Институтом Рэндалла KCL, Лондон (Р. Симмонс); Отделом физиологии Амстердамского университета (Т. Бланже); и Отделом физиологии Университета Флоренции (В. Ломбарди). Позже этот грант был продлён до 1998 года. Мы написали, что сумели, Дэвид собрал бумажки и в тот же вечер улетел в Лондон. В конце ноября мы вернулись домой.

К весне 1994-го грант ИНТАС (INTAS Go-West Fellowship) был получен, и в марте мы приехали в Лондон работать с Майком в Отделе физической биохимии, которым руководил академик Дэвид Трентам, в NIMR. NIMR (Национальный институт медицинских исследований) — головное учреждение Совета по медицинским исследованиям (Medical Research Council — MRC), финансирующего медико-биологические исследования в Великобритании. Институт размещался в великолепном здании постройки 1937–1938 годов на северной окраине Лондона в зелёном, живописном, практически деревенском районе Милл-Хилл. Со своей огромной парковкой, футбольным полем, тремя теннисными кортами и многочисленными вспомогательными службами, включая мастерские. С великолепной уютной библиотекой на верхнем этаже. Один из столов в ней занимал Жорес Медведев, диссидент, давно уехавший из СССР, с которым мы там познакомились. В 2016 году NIMR стал частью Института Фрэнсиса Крика в новом здании в центре Лондона.

Планом нашего проекта была регистрация структурных изменений в мышечном волокне, вызванных скачком температуры, с одновременным контролем развиваемой им силы и изменений длины саркомеров. После прибытия в Лондон в ближайшие же дни состоялась первая наша поездка на сихротрон в Дарсбери — небольшую деревню в графстве Чешир, в которой родился Льюис Кэрролл, автор знаменитой «Алисы в Стране Чудес», где страной чудес как раз являются окрестности Дарсбери. И популярный паб Ring O’Bells, который, как уверяют тамошние жители, стоит на месте дома Кэрролла. Другие, впрочем, утверждают, что в этом пабе он писал «Алису».

Дарсберийский синхротрон (SRS — synchrotron radiation source) — сравнительно небольшой источник рентгеновского излучения с диаметром кольца 30 м и к тому времени уже довольно старый — находился в трёх часах езды на машине из Лондона. Ездили туда на Майковом минивэне со своим оборудованием. Каждая такая поездка — это 6–7 дней работы по 18–20 часов в сутки. Первый день целиком уходил на монтаж установки на станине в рабочей камере станции, прокладку проводов и кабелей, юстировку луча, организацию рабочего места для препаровки мышечных волокон в контрольной комнате... В лучшем случае эксперименты начинались на второй день. Интенсивность луча в течение суток снижается практически вдвое, после этого требуется его плановое отключение с последующим перезапуском — инжекцией электронов. Это обычно происходит вечером и занимает часа два. Можно съездить в паб. Порой, а с годами всё чаще, случались внеплановые отключения, иногда по два-три раза в сутки.

Первая наша поездка оказалась неудачной: установка, которую использовал Майк с сотрудниками, постоянно ломалась, раствор из ячеек для мышечных волокон вытекал, волокна рвались... Но знакомство с синхротроном и условиями работы на нём, несомненно, прошло не без пользы. С этими новыми знаниями мы начали проектировать свою установку. Проблема работы на синхротроне с мышечными волокнами состоит, в частности, в том, что, перед тем как открыть заслонку (шаттер) рентгеновского луча, по условиям техники безопасности нужно произвести досмотр (search), то есть удостовериться, что никого из людей в рабочей камере (hutch) не осталось. Для этого нужно внутри камеры нажать несколько кнопок по её периметру, закрыть массивную дверь, включить сигнализацию — и только через минуту после этого закрывается электронный замок двери и можно открыть шаттер и начать эксперимент. С другой стороны, скинированное мышечное волокно, то есть волокно с разрушенной внешней мембраной, активировать на такое долгое время нельзя — саркомеры в нём расползаются, и говорить о сохранении порядка миозиновых мостиков не приходится. Здесь пригодился наш опыт работы в KCL с мышечными волокнами кролика, саркомерную структуру которых мы стабилизировали частичной «сшивкой» и которые при температуре около 0 °С, как мы выяснили, могут оставаться активированными в течение нескольких часов. Волокна из мышц лягушки, с которыми начались наши исследования на синхротроне, менее устойчивы к длительной активации, но даже с ними удалось выполнить многие исследования. Пока строили установку, ещё раз или два съездили на эксперименты в Дарсбери.

Летом 1994 года мы участвовали в однодневной конференции мышечной секции Royal Society в Кембридже, посвящённой 70-летию двух учёных-мышечников: Хью Хаксли и Эндрю Сент-Дьёрдьи (Andrew Szent-Györgyi) — племянника Альберта Сент-Дьёрдьи. Там же присутствовали нобелевские лауреаты Макс Перуц (Max F. Perutz) и Джон Кендрю (Sir John C. Kendrew), аспирантом которых был в своё время Хью Хаксли. Познакомились мы там и с Джастином Моллоем (Justin Molloy), чей доклад представлял собой отчёт о возможностях построенной им оптической ловушки и первых полученных на ней результатах. Эта работа выполнялась при поддержке Royal Society, а курировал её Эндрю Хаксли.

К осени первый вариант нашей установки был готов. Собрали на ней свой мотор для быстрых изменений длины волокна, изготовили несколько датчиков силы, придумали, как совместить два луча — рентгеновский и лазерный для контроля длины саркомеров, сделали термоконтроллер, схемы дистанционного управления мотором, контроля температуры, регистрации силы, длины саркомеров и величины скачка температуры. Достоинством нашей установки, кроме прочего, стало то, что в ней в момент регистрации рентгенограммы волокно находилось в воздухе, а не в растворе, который дополнительно рассеивает излучение. Позднее мы модифицировали установку, поставив блок ячеек на управляемые шаговым мотором салазки, что позволило дистанционно подвешивать волокно в воздух, меняя ячейку с раствором на «воздушную».

Ольга Бершицкая несколько месяцев работала в Амстердаме, и я несколько раз туда приезжал. Тем временем продолжались наши исследования в Дарсбери. Мы привезли и установили там мощный ультрафиолетовый лазер для серии экспериментов по запуску сокращения волокна, используя DMB-caged-АТФ — искусственно блокированную АТФ, которая активируется короткой вспышкой УФ. Это был ещё один проект Майка. Написали статью по результатам синхротронных экспериментов со «сшитыми» волокнами.

Весной 1995 году по моему приглашению к нам присоединился приехавший из Екатеринбурга мой аспирант Григорий Машанов, который написал компьютерную программу дистанционного управления экспериментом и регистрации данных. Продумали протокол эксперимента, который включал в себя скачок температуры и быстрые деформации — укорочение и вытяжение волокна — до и после скачка температуры, то есть в «холодном» и «горячем» состоянии.

После очередной сессии в Дарсбери я съездил с Гришей Машановым в Йорк, где он остался стажироваться и работать на оптической ловушке с Джастином Моллоем при поддержке полученного к тому времени «большого» гранта ИНТАС. Аспирантка Андрея из Института механики МГУ Наташа Кубасова по этому же гранту поехала в лабораторию Винченцо Ломбарди в Университете Флоренции для исследований быстрой механики и рентгеноструктурных событий в интактных мышечных волокнах.

В мае 1995 года закончился наш грант в NIMR, мы съездили домой, но в июне вернулись на следующие две синхротронные сессии. Потом мы с Ольгой уехали на два месяца в Амстердам продолжать работу по гранту NWO. Там нас навестил профессор Ричард Трегиер (Richard Tregear) из Кембриджа, один из соавторов открытия миозиновых «мостиков» между толстыми и тонкими нитями в саркомере, чтобы обсудить возможность использования метода магнитоуправляемого in vitro motility assay, который мы разрабатывали.

Ещё во время работы в KCL редакция журнала Nature подарила нам подписку, и в один прекрасный день, просматривая очередной номер, я обнаружил объявление о том, что Медицинский институт Ховарда Хьюза (Howard Hughes Medical Institute, HHMI)^[5] — американский частный фонд, финансирующий биомедицинские исследования, — открыл международную программу поддержки учёных, в том числе из бывших социалистических стран, и приём заявок на пятилетние гранты. Заявку можно было подать либо только от себя, либо совместно с американским или европейским учёным. Мы с Андреем списались с Йелом Голдманом из Пенсильванского университета (с которым познакомились в Санкт-Петербурге и после этого несколько раз общались и у которого была поставлена методика регистрации ориентации флуоресцентно-меченых лёгких цепей миозина в мышечном волокне) и предложили подать совместную заявку на исследование влияния температуры на структурные изменения в мышечном волокне с использованием в том числе этого метода. Идея ему понравилась, и он согласился. Как умели, написали заявку, Йел её немного поправил, но выразил сомнение, что она пройдёт, — конкуренция среди американских учёных за гранты HHMI очень высока, а об уровне работ и исследователей, поддержанных этим фондом, говорит тот факт, что за период с 1978 по 2022 год 34 из них стали нобелевскими лауреатами. К нашему и его удивлению, заявка была поддержана — всё-таки критерии отбора для восточно-европейской программы были иными, и наших трёх к тому времени публикаций в The Journal of Physiology и Biophysical Journal оказалось достаточно. Да и тематика — исследование механизмов биологической подвижности, в частности мышечного сокращения и молекулярных структурных событий, сопровождающих этот процесс, — была в то время популярна. На конкурс поступило более 2000 заявок, из них было одобрено около 70, российские учёные получили 36 грантов.

Июль и август 1995-го мы с Ольгой работали в Амстердаме, в сентябре на неделю все вместе съездили на мышечную конференцию, проходившую во Флоренции, а в октябре с двухлетней дочерью, нагруженные вещами и комплектом оборудования, полученным по гранту NWO (несколько большущих коробок), прилетели в Шереметьево. И вот красный коридор таможенного досмотра, на руках у меня двухлетний ребёнок.

Таможенник:

— Так, что вы везёте?

— Научное оборудование: микроскоп, компьютер и прочее, передано нам Амстердамским университетом.

— Документы на него у вас есть?

— Да.

Показываю письмо от университета — оно, естественно, на английском. Он в недоумении.

— Мне нужен документ на право ввоза, причём, как я понимаю, беспошлинного. Письмо от университета для нас не является документом, мало ли кто и почему вам это передал. — Задумался. — Вы живёте в Москве?

— Нет, едем дальше, в Екатеринбург.

— Ещё не легче. Долго работали за границей?

— Больше года.

— Валюта у вас есть?

— Есть.

— Тогда так: валюту внесите в декларацию, а остальное, — он огляделся по сторонам, — если спросят, скажете — ваше, купили. И быстро из аэропорта, чтобы я вас не видел.

Спасибо ему за понимание, иначе долго бы нам пришлось добывать оборудование с таможенного склада.

В те годы мой брат, Борис Бершицкий, исполнял обязанности начальника цеха Оптико-механического завода. Цех этот находился не на основной территории завода, а в отдельном здании, практически в центре города, на ул. Куйбышева. Борис предложил временно расположиться со всем своим добром в двух свободных помещениях цеха, что мы и сделали — и «прожили» там несколько лет. Ко мне в группу пришли тогда Гриша Машанов, Галина Копылова и Денис Овсянников. С микроскопом и оборудованием гранта NWO и привезёнными из Лондона и Амстердама реактивами удалось в каком-то виде поставить методику in vitro motility assay, хотя многого ещё не хватало.

Осенью 1995 года я и Андрей получили документы о присуждении каждому из нас пятилетнего гранта HHMI. К документам прилагалось поздравительное письмо, подписанное Пернелом Чопином (Purnell W. Choppin), президентом HHMI, известным вирусологом (как мы позднее узнали, потомком Фредерика Шопена). Таким образом, с 1 января 1996 года каждый из получивших грант приобретал статус международного исследователя HHMI (International Research Scholar of the HHMI). Условия этого гранта совершенно уникальны! В письме президента говорилось, что грант, конечно же, присуждён для выполнения заявленной программы, но фонд, понимая, что наука развивается по своей логике, не настаивает на строгом следовании заявке, полагая, что учёный сам решает, что ему нужно делать. Единственное условие: нельзя менять область исследований, это должна быть биология или биомедицина. И не менее шести месяцев в году необходимо работать в своём институте. Никаких требований к публикациям, и уж тем более к их числу. Только скромная просьба: в случае опубликования результатов, полученных при поддержке фонда, ссылаться на эту поддержку. И всё!

В Москве открылся офис представителя HHMI в России, им был Григорий Копелевич, с которым быстро и удобно решались все вопросы по зарплате, командировкам, покупкам реактивов и оборудования. Фонд предоставлял подписку на два-три научных журнала по выбору, которая оплачивалась сверх гранта. Билеты для поездок за границу можно было приобретать через трэвел-агента HHMI. Отдельным указом председателя Правительства РФ зарплата из грантов HHMI не облагалась подоходным налогом. Раз в год — отчёт, неформальный и довольно краткий. И одна ежегодная конференция, обычно в июне, на которой собираются все scholars и несколько исследователей (investigators) — учёных, работающих по проектам, поддерживаемым «большими» грантами фонда.

Июнь 1996-го — первая конференция грантополучателей HHMI в Праге. Отель «Форум». Оказалось, в HHMI есть правило: во время таких конференций президент HHMI проживает в лучшем отеле города. Все участники — в том же отеле, что и президент.

Летом 1996 года мы с Андреем снова два месяца пробыли в Англии, проведя за это время две сессии на синхротроне в Дарсбери с Майком и его студентом Ронни Бёрнсом. Эта поездка оказалась самой удачной по сравнению с предыдущими. С первых экспериментов на синхротроне мы работали с мышцами лягушек как со «стандартным» (начиная с работ Эндрю и Хью Хаксли) объектом исследований механизма сокращения, на котором были получены к тому времени основные результаты. В Дарсбери лягушек нам доставляли из питомника в Ирландии: сколько времени они там жили и как их везли, неизвестно, но почти все они выглядели истощёнными и малоподвижными. Интенсивность рефлексов на рентгенограмме была низкой, и нам приходилось собирать её на нескольких десятках волокон повторением экспериментального протокола сотни раз. В те две сессии мы даже пытались отловить лягушек в окрестностях, но лето было очень жарким, лягушки на поверхности водоёмов не показывались. Но в один из вечеров прошёл дождь, и мы по дороге из паба увидели лягушку. Ронни выскочил из машины и сумел её поймать, живую, резво скачущую. Работали с её волокнами дня три. Рефлексы из них оказались в несколько раз ярче всех виденных нами до сих пор. По возвращении в Лондон Андрей сложил полученные с этим протоколом рентгенограммы и стало видно, что рост силы в волокне с повышением температуры сопровождается изменением интенсивности первой слоевой линии (I_LL1) на дифракционной рентгенограмме. В то же время быстрые деформации волокна при любой температуре не оказывали влияния на I_LL1.

В Москве Андрей окончательно обработал рентгенограммы, вычтя «холодную» дифракционную рентгенограмму из «горячей» и собрав профиль I_LL1. Стало очевидно, что изменение происходит за счёт роста интенсивности первой актиновой слоевой линии A_LL1. Тогда, сопоставив этот результат с нашими данными о практическом постоянстве жёсткости волокна при росте силы от температуры (то есть о постоянстве числа молекул миозина, присоединённых к актину), мы поняли, что рост интенсивности A_LL1 свидетельствует о том, что головки миозина, будучи уже присоединёнными к актину, с ростом силы/температуры «правильно», то есть стереоспецифически, встраиваются в актиновую спираль, усиливая тем самым её вклад в интенсивность рефлекса. Это было открытие! Такого эффекта в ответ на рост силы ожидал Хью Хаксли, который провёл многочисленные рентгеновские исследования и тщательнейшим образом описал каждый рефлекс дифракционной рентгенограммы мышц и их изменения в разных состояниях мышцы.

С Андреем и Майком мы показали результаты Малкольму Ирвингу (Malcolm Irving) из KCL, который плотно занимался подобными исследованиями и был соавтором Майка в первой рентгеновской работе на волокне, и убедили его в правоте нашей интерпретации. Потом написали статью и отправили её в Nature.

Осенью 1996 года мы списались с Йелом Голдманом и приехали к нему в Пенсильванский университет в Филадельфии, для того чтобы попытаться зарегистрировать зависимость положения головок миозина от температуры по ориентации поляризации флуоресцентных меток на лёгких цепях (ЛЦ) миозина. Для замещения нативных ЛЦ на меченые нужно было механически удалить наружную мембрану мышечного волокна вольфрамовыми иглами, не повредив его при этом. Пришлось осваивать эту технику. Довольно долго, около недели, ждали меченых ЛЦ, их готовили в другой лаборатории. В ожидании съездили на несколько дней в Нью-Йорк: Манхэттен, музей Метрополитен, Брайтон-Бич... Вернувшись, получили меченые ЛЦ и освоили технику их замещения. Поляризация меток явно менялась при переходе из расслабленного состояния волокна в ригорное, то есть в отсутствие АТФ, так же ясно был виден переход из активированного состояния в ригорное. Но никаких изменений на повышение температуры ни в каком состоянии. Было жаль, что не удалось увидеть ожидаемого поворота головок миозина, но следует признать, что этот метод не показывал и сколь-либо заметных изменений ориентации головок в сокращающемся мышечном волокне при быстрых изменениях его длины.

В июне 1997 года состоялась следующая конференция HHMI, теперь в Варшаве, в Шератоне. Там мы рассказали о наших рентгеновских результатах. А в июле вышла статья в Nature^[6].

В начале 1998-го я подал заявку на участие в мышечной конференции в Альпбахе, тирольской деревне в Австрии. Эта конференция, а фактически рабочее совещание (workshop), которое происходит раз в три года, — пожалуй, самый значимый форум исследователей механизма сокращения мышц. Позднее оно расширилось до механизмов биологической подвижности в целом и стало называться Alpbach Molecular Motors workshop. Материалы этого совещания не публикуются, по этой причине участники делятся не только законченными результатами, но и данными, которые ещё в работе и нуждаются в обсуждении с коллегами. Меня пригласили участвовать. Чрезвычайно насыщенное совещание, замечательные сообщения, живое обсуждение. Я рассказал о наших результатах, об обнаружении A_LL1. Хью Хаксли, обычно замкнутый и молчаливый, долго рассматривал мой постер, потом задал несколько вопросов, было видно, что результат ему понравился, обсуждал его с другими участниками.

(Интересна история возникновения этой конференции. Её в 1974 году основали Хью Хаксли и Кеннет Холмс [Kenneth C. Holmes], оба физики по образованию и молекулярные биологи по научным интересам. Место им, страстным любителям горных лыж, очень нравилось, и они собирали там семинары мышечников из разных стран; со временем это превратилось в одну из самых престижных конференций. Все участники селятся в одном отеле, старинном, но великолепно оборудованном деревянном шале. Напротив отеля — церковь с небольшим кладбищем, где похоронен Эрвин Шрёдингер, который провёл в Альпбахе последние годы жизни. Заседания с 2001 года проходят в конгресс-центре, в двухстах метрах от отеля. Утреннее заседание с восьми до двенадцати, потом обед. Но большинство участников берут его сухим пайком, быстро переодеваются, хватают лыжи и бегом на автобус, который везёт к подъёмникам на ближайшую вершину. Ужин в шесть, после него вечернее заседание до десяти-одиннадцати. И так 5–6 дней. После этой первой поездки я каждые три года ездил на все альпбахские встречи вплоть до 2019 года.)

Летом 1998 года конференция HHMI проходила в Будапеште, в великолепном «Хилтоне» на берегу Дуная. Сразу после неё мы с Андреем полетели в Лондон. Майк уже ждал нас в машине с загруженным оборудованием для очередной поездки в Дарсбери и с Наташей Кубасовой, которая присоединилась к нашей команде и с тех пор участвовала почти во всех синхротронных экспериментах. Кроме того, она написала несколько программ обработки рентгеновских и механических экспериментальных данных и занималась анализом результатов.

В Лондоне мы несколько раз встречались с Эндрю Хаксли, обсуждали наши механические и рентгеновские данные. Ему не давало покоя различие в температурной зависимости силы и жёсткости волокна, которое нельзя было объяснить в рамках механической модели поворачивающегося «поперечного мостика». В 2000 году он опубликовал две статьи^[7], в которых отметил наши работы и попытался в связи с этими данными внести модифицикации в свою модель 1971 года^[8].

1999-й — конференция HHMI в Москве, ужин в Центральном доме литераторов. В этот же год был объявлен приём заявок на гранты на новую пятилетнюю программу фонда. За пять лет (1996–2000) мы приняли участие в пяти конференциях: четыре прошли в столицах бывших соцстран (Праге, Варшаве, Будапеште и Москве), пятая, в 2000-м, состоялась в штаб-квартире HHMI в Чеви-Чейз, пригороде Вашингтона.

При этом каждый год на месяц, а то и на два, ездили на синхротрон. Каждая статья — это несколько таких поездок и год-два на обработку, осмысление и собственно написание. Плюс европейские мышечные конференции. Кроме того, затеяли новый проект с Полин Беннет (Pauline Bennett), электронным микроскопистом в Институте Рэндалла KCL, где мы работали в 1991–1992 годах, ученицей Джин Хансон. Суть проекта состояла в том, чтобы «заморозить» структуру мышцы в «горячем» состоянии и увидеть её отличие от «холодной». Для этого собрали небольшую установку, состоящую из автоматических щипцов для быстрого захвата мышечного волокна, губки которых охлаждали в жидком азоте и синхронизовали срабатывание щипцов со скачком температуры. Во время эксперимента волокно вынимали из раствора на воздух и запускали протокол. Щипцы с захваченным волокном погружали в жидкий азот, доставали волокно и переносили его в ацетон. После этого Полин в течение нескольких недель обрабатывала образцы, замещая воду эпоксидной смолой, а белки — тетроксидом осмия, затем делала срезы толщиной 50 нм и помещала их в микроскоп. По нашим оценкам, удавалось заморозить в «горячем» состоянии наружный слой волокна глубиной в несколько микрон, чего было вполне достаточно. Первая статья по этой работе вышла в 2002 году. Для второй, которую опубликовали через восемь лет, мы собрали вместе ЭМ и рентгеновские данные.

В 2001-м Майк Ференцзи, с которым мы сотрудничали все эти годы, перешёл из NIMR в Империал-колледж (Imperial College London), туда же мы перевезли всё наше оборудование. А Отдел биофизики в Екатеринбурге снова сменил аффилиацию и стал филиалом Пермского института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН. При этом наша группа получила статус лаборатории молекулярных механизмов мышечного сокращения и обрела наконец помещение в несколько комнат в Институте химии твёрдого тела УрО РАН. И ещё одно замечательное событие этого года: и я, и Андрей получили гранты HHMI на следующие пять лет. Президентом HHMI теперь был Томас Чек (Thomas R. Cech), лауреат Нобелевской премии за открытие каталитических свойств РНК. Российских учёных, получивших гранты, осталось вдвое меньше по сравнению с прошлым разом: 18 против 36. Несколько человек переехали в другие страны. Размер наших с Андреем грантов на этот раз был в 20 больше, чем в предыдущую пятилетку, так что появилась возможность поддерживать своих сотрудников и даже нескольких человек из соседней лаборатории. Понятно, что основным доводом в пользу присуждения гранта была публикация в Nature.

В декабре во время очередной сессии в Дарсбери случился однодневный простой из-за проблем на синхротроне, и мы принялись уговаривать Майка съездить в Ливерпуль. Он поначалу отнекивался: «Да что там интересного, депрессивный, умирающий город». — «Но это же родина “Битлз”». — «А что, вам они нравятся?» — «Да, конечно!» Убедили. Побывали в музее The Beatles — перед ним на лужайке макет жёлтой подводной лодки. Проехали по Пенни-лейн и посидели в пабе The Cavern («Пещера»), где часто выступали Битлз. Майк потом благодарил — его дети были впечатлены «папиным» интересом к «Битлз».

В «домашней» лаборатории в Екатеринбурге при поддержке грантов HHMI и РФФИ мы приобрели оборудование для полноценной постановки метода ИПС и для будущей оптической ловушки, отремонтировали две кладовые комнаты и оборудовали их для работы с микроскопами.

Летом 2001 года на очередной конференции в Павии собрались представители нескольких групп исследователей мышц, работающих на синхротронных источниках, с целью обсудить возможность доступа к Европейскому источнику рентгеновского излучения (European Synchrotron Radiation Facility — ESRF)^[9] в Гренобле, Франция. Таким образом был собран консорциум из пяти-шести групп, каждая из которых подала заявку на грант ESRF, также была подана коллективная заявка в MRC на доставку в Гренобль детектора рентгеновского излучения из Дарсбери. Этот «проволочный» детектор, разработанный детекторной группой дарсберийского синхротрона, сделанный по довольно старой технологии и практически вручную, обладал уникальным быстродействием — порядка нескольких килогерц, но невысоким пространственным разрешением. Для ряда исследований, в том числе наших, быстродействие было важно. Чувствительный элемент детекторов на ESRF — это ПЗС(CCD)-матрицы с великолепным пространственным разрешением и чувствительностью, но считывание каждого кадра матрицы занимает несколько десятков миллисекунд. То есть в нашем 200-мс протоколе мы могли снять не больше трёх кадров.

Все заявки были поддержаны, и в 2002 году дарсберийский детектор — а это, кроме него самого, три огромные стойки электроники — был доставлен на несколько месяцев на ESRF. Каждая группа получила возможность работать по неделе на малоугловой рентгеновской станции ID02, по очереди сменяя друг друга.

Это был совершенно другой синхротрон. Энергия луча порядка на два выше, чем в Дарсбери, он великолепно сфокусирован, его размер на мышечном волокне ненамного превышал толщину волокна. Так что экспозиция в каждом кадре составляла максимум несколько десятков миллисекунд, а общая на одно волокно — не более одной секунды. На SRS мы накапливали экспозицию повторениями протокола до нескольких минут. Ну и пространственное разрешение с таким лучом и ПЗС-детектором совсем другое. Да и условия работы гораздо удобней.

По результатам этой сессии удалось проследить временной ход нескольких дифракционных рефлексов при росте силы в волокне в ответ на скачок температуры и сопоставить их с ходом изменения силы и жёсткости волокна. Впоследствии, уже 2005 году, на основе этих и последующих данных мы опубликовали модель двухступенчатого механизма генерации силы молекулой миозина^[10].

Летом 2002 года конференция HHMI проходила в австралийском Кэрнсе, в фантастическом гольф-отеле на берегу Тихого океана (16,5° ю. ш.). Мой перелёт туда занял 28 часов: сначала рейс Екатеринбург — Москва, где собрали всех российских участников; потом Москва — Франкфурт, собрали всех европейских коллег; Франкфурт — Сингапур, собрали участников из Юго-Восточной Азии; Сингапур — Сидней, пересадка; и наконец Сидней — Кэрнс. Красота необыкновенная: зелень, пальмы, эвкалипты, до берега метров триста, а там табличка «Осторожно, крокодилы», океанские, до шести метров длиной. Ничего, обошлось — как оказалось, несчастные случаи крайне редки: последний раз это было лет двадцать назад, тогда крокодил напал на собаку полицейского. Мы съездили в два национальных парка, где животные содержатся практически на воле: крокодилы изолированы от людей с помощью мостов; на лужайках кенгуру, можно подходить и кормить; на эвкалиптах коалы; территория страусов отгорожена сеткой. Там же пообедали с обилием экзотических фруктов. Съездили на катере на один из островков Большого Барьерного рифа: нам выдали гидрокостюмы, ласты, маски, трубки, так что поныряли, полюбовались подводной красотой. И снова роскошный обед: огромные креветки, омары и белое австралийское вино.

В сентябре того же года состоялась ещё одна встреча в штаб-квартире HHMI — лекции штатных исследователей (investigators) фонда. Рон Вейл (Ronald D. Vale) рассказал о механизме работы другого моторного белка — кинезина, а Родерик Мак-Киннон (Roderick MacKinnon) представил расшифровку структурной основы и функционирования калиевого канала, за что в следующем году стал лауреатом Нобелевской премии. Ещё был доклад Ричарда Акселя (Richard Axel), который получил Нобелевскую премию за исследование обонятельных рецепторов и механизмы работы обонятельной системы в 2004 году.

До 2003 года мы ездили уже на два синхротрона — и в Дарсбери, и в Гренобль, всё так же на Майковом минивэне. В Гренобль добирались сначала машиной до Фолкстона, там на ней же въезжаешь в вагон (в каждый помещается несколько автомобилей), 30 минут под водой — и выезжаешь на сушу в Кале. А дальше через Реймс, Труа, Дижон, всю Бургундию, регион Рона — Альпы — и вот он, Гренобль. От Империал-колледжа до ESRF почти ровно 1000 км и 11 часов езды с парой остановок, одна из них зачастую делалась в столице бургундских вин Боне с его знаменитым средневековым хосписом. В 2003 году дарсберийский синхротрон закрылся. Так что все наши последующие рентгеновские исследования проходили на ESRF, куда мы ездили ещё не менее десяти раз вплоть до 2018 года.

Эндрю Хаксли продолжал интересоваться нашей работой и в 2004 году предложил организовать семинар в рамках программы Лондонской мышечной серии (LMS) c привлечением всех заинтересованных сотрудников мышечных групп Лондона: NIMR, KCL, Империал-колледжа. Семинар состоялся в ноябре, мы рассказали о результатах и их интерпретации. Вопросы задавал в основном Эндрю Хаксли, и наше представление о двухшаговом механизме силогенерации молекулы миозина он счёл вполне убедительным.

Следующие конференции HHMI состоялись в Ванкувере, Канада, и в мексиканской Мериде: мы ездили к пирамидам на Юкатане и в Канкун, потом в Мехико, а оттуда к пирамидам Теотиуакана.

В 2003 году наш филиал Института экологии и генетики микроорганизмов был преобразован в самостоятельный Институт иммунологии и физиологии УрО РАН во главе с академиком В. А. Черешневым. Нашу лабораторию объединили с лабораторией биомеханики, и она стала называться лабораторией биологической подвижности. Галина Копылова занималась в ней экспериментами на in vitro подвижной системе, к ней присоединилась Лариса Никитина. С помощью Бориса Бершицкого и Дениса Овсянникова мы изготовили две новые установки для волоконных экспериментов: одну для использования на синхротроне, вторую — в лаборатории. Сделали новые моторы для быстрых деформаций волокна, дистанционно управляемый блок ячеек с растворами, который позволял держать мышечное волокно в рентгеновских экспериментах в вертикальном положении, что улучшало пространственное разрешение в меридиональном направлении рентгенограммы.

В 2005 году я защитил докторскую диссертацию на кафедре биофизики биологического факультета МГУ на тему «Исследование механизма генерации силы в мышце».

В 2006 году в лабораторию пришёл Салават Набиев — выпускник кафедры экспериментальной физики УПИ, сначала в качестве магистранта, а потом сотрудника. Вместе с ним, Денисом и Борисом мы занялись строительством установки двухлучевой оптической ловушки. Был получен грант РФФИ на приобретение флуоресцентного микроскопа, из средств гранта HHMI мы купили оптические компоненты, лазеры, противовибрационные столы и прочее. К 2009 году единственная в стране установка для исследования механизма мышечного сокращения на уровне взаимодействия одиночных молекул белков была готова. Это, конечно же, расширило экспериментальные возможности лаборатории.

В 2008 году у нас появился ещё один молодой сотрудник — Даниил Щепкин, окончивший биологический факультет УрГУ, с его приходом тематика лаборатории расширилась: к изучению молекулярных механизмов сокращения мышц добавились молекулярные механизмы его регуляции. Эти исследования идут в тесной кооперации с лабораторией структурной биохимии белка в московском Институте биохимии имени А. Н. Баха и с Институтом механики МГУ.

Продолжение, надеюсь, последует...

 

[1] Подробнее об Эндрю Хаксли можно прочитать здесь: Нобелевские лауреаты: Эндрю Хаксли // Indicator. Биология. 15.08.2019 — https://indicator.ru/biology/endryu-khaksli.htm; наши с Андреем Цатуряном воспоминания: Рыцарь науки, сэр Эндрю Хаксли (1917–2012) // Троицкий вариант. 2012. № 12 — https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/431664/Rytsar_nauki_ser_Endryu_Khaksli_19172012.

[2] История открытия структуры ДНК описана в книге Дж. Уотсона «Двойная спираль».

[3] https://www.oapen.org/funders/3900620-nwo-the-dutch-research-council

[4] https://ru.wikipedia.org/wiki/INTAS

[5] https://www.hhmi.org/

[6] Bershitsky S. Y., Tsaturyan A. K., Bershitskaya O. N., Mashanov G. I., Brown P., Burns R., Ferenczi M. A. Muscle force is generated by myosin heads stereospecifically attached to actin // Nature. 1997. Vol. 388. No. 6638 (Jul 10). P. 186–190. doi: 10.1038/40651.

[7] Huxley A. F. Mechanics and models of the myosin motor // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences. 2000. Vol. 355. No. 1396 (Apr 29). P. 433–440. doi: 10.1098/rstb.2000.0584; Huxley A. F. Cross-bridge action: present views, prospects, and unknowns // Journal of Biomechanics. 2000. Vol. 33. No. 10 (Oct.). P. 1189–1195. doi: 10.1016/s0021-9290(00)00060-9.

[8] Huxley A. F., Simmons R. M. Proposed mechanism of force generation in striated muscle // Nature. 1971. Vol. 233. No. 5321 (Oct 22). P. 533–538. doi: 10.1038/233533a0.

[9] https://www.esrf.fr/

[10] Ferenczi M. A. et al. The ‘roll and lock’ mechanism of force generation in muscle // Structure. 2005. Vol. 13. P. 131–141. doi: 10.1016/j.str.2004.11.007.