Первый состав лаборатории молекулярной биофизики кафедры биомолекулярной и фотонной физики. Справа налево: проф. Э.В.Фрисман, м.н.с. М.А.Сибилева, м.н.с. Л.В.Щагина. 1964 г.
100 лет НИИФ
14 июня 2001 года исполнилось бы 90 лет профессору физического факультета Эмилии Вениаминовне Фрисман. На факультете, где она проработала без малого шестьдесят лет (с 1939 года до своей кончины 8 декабря 1996 года), ее все знали как человека очень трудолюбивого, необычайно работоспособного, доброжелательного и скромного. У нее не было другой жизни, кроме работы — науки и преподавания. И умерла она, можно сказать, на посту: на воскресенье, 8 декабря 1996 года, она назначила встречу у себя дома двум студенткам 7 курса для обсуждения их магистерских работ перед предстоящей защитой. Придя утром к назначенному времени, они уже не застали ее в живых.
|
Первый состав лаборатории молекулярной биофизики кафедры биомолекулярной и фотонной физики. Справа налево: проф. Э.В.Фрисман, м.н.с. М.А.Сибилева, м.н.с. Л.В.Щагина. 1964 г. |
В связи с предстоящим 9 сентября 2001 года 100-летием Научно-исследовательского института физики автор этих строк испытывает настоятельную потребность рассказать о событиях, предшествовавших формированию и первым шагам нового направления научной работы небольшой группы сотрудников физфака, возглавляемой Э.В.Фрисман (в то время доцентом), а затем и созданных на этой базе студенческой специализации “молекулярная биофизика” и кафедры. Около 40 лет, прошедших со времени знакомства с Эмилией Вениаминовной в мои студенческие годы, в течение которых я неизменно работала с ней, не только дают право, но и, думается, просто обязывают поведать теперешним молодым биофизикам и студентам о том, что происходило у нас на глазах и при нашем непосредственном участии. И даже если забыть о воспитательном значении всякой истории, то просто интересны сами факты, многие из которых неизвестны даже теперешним 40-летним “остепененным” сотрудникам лаборатории, а наши студенты даже старших курсов уже не видели Эмилию Вениаминовну иначе как на портрете, висящем в ее бывшем кабинете в НИИФ. В то же время, к чести наших студентов, следует сказать, что при чтении лекций в спецкурсе “Введение в специальность” я не раз наблюдала живейший интерес студентов 3-го курса, когда касалась этих (относящихся к истории нашей кафедры и специализации) вопросов.
 Лаборатория молекулярной биофизики кафедры молекулярной биофизики физического факультета. Слева направо: (стоят) доц. М.А.Сибилева, доц. Н.А.Касьяненко, м.н.с. С.В.Пастон, (сидят) доц. Е.Б.Морошкина, м.н.с. И.М.Зырянова. 2001 г. |
Это событие связано с именами трех крупных ученых, можно твердо сказать, ученых с мировыми именами, к сожалению, уже ушедших от нас. Это — чл.-корр. АН СССР Михаил Владимирович Волькенштейн, проф. Эмилия Вениаминовна Фрисман и акад. Александр Николаевич Теренин. Их вклад в науку вообще и в обсуждаемую в настоящих заметках проблему чрезвычайно велик, о чем можно говорить очень много. Я ограничусь только следующими строками В.А.Жуковского:
О милых спутниках, которые наш свет
Своим сопутствием для нас животворили,
Не говори с тоской: их нет,
А с благодарностию: были.
“Воспоминание”, 1821 г.
У истоков молекулярной биофизики на физфаке стоял Михаил Владимирович Волькенштейн, выпускник МГУ, к середине пятидесятых уже известный среди специалистов физик-теоретик-молекулярщик, которого справедливо считают основателем научной школы теоретиков-полимерщиков. К этому времени его перу принадлежало несколько известных монографий. В 1959 г. вышла его книга “Конфигурационная статистика полимерных цепей”, в которой создана статистическая теория полимеров и которая на многие годы определила его научные интересы, плавно перешедшие затем на биологические полимеры и молекулярную биофизику. К слову сказать, полимерная наука тоже еще только создавалась, хотя изучение и практическое использование полимеров началось в нашей стране еще в годы Великой Отечественной войны.
На физфаке ЛГУ еще не было кафедры физики полимеров, она была создана в начале 1960 года., ее заведующим много лет был проф. Виктор Николаевич Цветков, позднее — чл.-корр. АН СССР. А за два года до этого, в 1958 г., распоряжением Совета Министров СССР лаборатория физики анизотропных жидкостей и растворов полимеров, входившая в состав кафедры молекулярной физики (заведующий кафедрой — чл.-корр. Е.Ф.Гросс), была преобразована в проблемную лабораторию физики полимеров. Специализация для студентов — физика полимеров — уже существовала раньше: студенты 3 курса, распределившиеся на кафедру молекулярной физики, выбирали затем одну из трех специализаций: молекулярная физика, физика ультразвука и физика полимеров.
 Член-корреспондент АН СССР М.В.Волькентшейн (1912—1992) |
По инициативе М.В.Волькенштейна в лаборатории физики полимеров физфака, наряду с обычной тематикой, были начаты работы в новом направлении — исследование структуры биологических макромолекул. Конечно, это было начато не на пустом месте. В Ленинграде молекулярно-биофизическими проблемами, главным образом белковыми, уже занимались многие исследователи.
Непосредственно на физическом факультете молекулярная биофизика начиналась, как это и понятно, исподволь. В 1958 году студенткой М.Ивановой была защищена первая дипломная работа, выполненная в Институте переливания крови под совместным руководством С.Е.Тукачинского и Э.В.Фрисман “Изучение процессов агрегации сывороточного альбумина при тепловой обработке”. В следующем, 1959 г., в той же биофизической лаборатории Института переливания крови Л.В.Щагина (теперь — доктор биологических наук) выполнила дипломную работу “Агрегация сывороточного альбумина человека в условиях тепловой денатурации”. Статья, написанная по ее результатам, поступила в редакцию журнала "Биохимия" в сентябре 1960 года от указанного института и лаборатории физики полимеров ЛГУ и опубликована в т. 26, вып. 4, с. 586-591 за 1961 г.
 Профессор Э.В.Фрисман (1911—1996). Фото 1980-х гг. |
С 1960 года приоритетными предметами научного поиска названной научной группы стали ДНК, РНК и (несколько позже) модельные системы — синтетические водорастворимые макромолекулы со вторичной структурой, изменяющейся под влиянием внешней среды (полиметакриловая кислота). Впрочем, успех сопутствовал и в работах по традиционной полимерной тематике: обнаружена зависимость удельной анизотропии растворов низкомолекулярных полимеров от их молекулярной массы (м.н.с. М.А.Сибилева), открыт ближний ориентационный порядок в растворах полимеров, названный много позднее, при регистрации открытия “эффектом Фрисман-Дадиваняна”. Но прежде всего надо было научиться работать с биомолекулами. Не один раз ездили в Москву в лабораторию чл.-корр. АН СССР (с 1970 года — академика) А.С.Спирина, а его заместитель Л.П.Гаврилова приезжала в нашу лабораторию, чтобы помочь организовать работу с нуклеиновыми кислотами на месте. Все были молоды и энергичны: сотрудники только что закончили университет, руководителю не было и 50 лет, и теперь мы знаем, что это еще очень мало. Работали с энтузиазмом, не считаясь со временем, и поэтому успешно. Эмилия Вениаминовна подавала поразительные примеры работоспособности, настойчивости, заряжая энергией других, а тем, кто не зарядился, не оставалось ничего другого, как действовать по примеру остальных.
Почти все установки и методики измерения и их теоретические обоснования, разработанные совсем недавно для синтетических полимеров В.Н.Цветковым и Э.В.Фрисман с сотрудниками, оказались пригодными (с некоторыми модификациями) для биомакромолекул. Э.В.Фрисман и Л.В.Щагина усовершенствовали низкоградиентный ротационный магнитный вискозиметр типа Зимма-Крозерса, на что имеется регистрация в Комитете по делам изобретений и открытий с приоритетом 12 апреля 1963 года. Образцы для исследования (ДНК и РНК) готовили специалисты-биохимики из Москвы и Ленинградского института цитологии (лаборатория В.И.Воробьева), с которыми установилось прочное научное сотрудничество, продолжающееся и поныне. Это обусловило большой успех первых работ Э.В.Фрисман и сотрудников по молекулярной биофизике, в которых были определены важнейшие параметры молекулы ДНК в растворе и которые на 10—15 лет опередили соответствующие публикации других авторов.
В это время была известна только вторичная структура ДНК, и еще не было биофизического бума. Журнал “Молекулярная биология” начал выходить только с 1967 года, поэтому статьи печатали в журналах "Высокомолекулярные соединения", "Цитология", "Биохимия". Первой была пионерская работа Э.В. Фрисман, В.И.Воробьева, Л.В.Щагиной и Н.К.Яновской, вышедшая в 1962 г. Затем — публикации тех же авторов в журналах "Цитология" (1962 г.), "Биохимия" (1963 г.), "Высокомолекулярные соединения" (1963 и 1964 г.), "Коллоидный журнал" (1964 г.).
Была измерена величина равновесной жесткости макромолекулы ДНК в физиологических условиях (0,15 М NaCl), которая оказалась на два порядка выше, чем у обычных гибкоцепных полимеров. Тем самым фактически была расшифрована третичная структура ДНК, ее пространственная организация в растворе как целого.
Перечисленными первыми работами Э.В.Фрисман и сотрудников были убедительно показаны жизнеспособность и перспективность нового научного направления на физическом факультете ЛГУ. В декабре 1964 года на базе проблемной лаборатории фотокатализа (возглавляемой акад. А.Н. Терениным) и научной группы Э.В.Фрисман (недавно ставшей доктором физ.-мат. наук) была образована новая кафедра. В группу, кроме Эмилии Вениаминовны, входили два младших научных сотрудника — М.А.Сибилева и Л.В.Щагина — и аспирант А.К.Дадиванян.
Академику А.Н.Теренину с его огромным научным авторитетом принадлежит заслуга практической организации кафедры и формирования ее учебной программы. Главное — была впервые создана студенческая специализация “молекулярная биофизика”. Кафедра называлась кафедрой биомолекулярной и фотонной физики и имела две специализации: фотонная физика во главе с А.Н.Терениным и молекулярная биофизика во главе с Э.В.Фрисман.
К сожалению, Александр Николаевич очень скоро после этого ушел из жизни (январь 1967 г.), и я не могу достаточно полно охарактеризовать работу кафедры под его руководством. Несомненно, он был прекрасным организатором и руководителем. Сразу обращала на себя внимание четкость в постановке всей работы, при том, что он сам, по-видимому, не входил в мелкие детали разных проблем и вопросов, а поручал их своим сотрудникам, так что каждый из них полностью вел своей участок, отвечал за него от начала и до конца. При необходимости (возможно, периодически) того или другого ответственного вызывал заведующий кафедрой для изложения состояния дел. Свидетелем этого мне приходилось быть неоднократно.
Через два года после создания кафедры, в 1966 году, состоялся первый набор студентов третьего курса на специализацию "молекулярная биофизика", а спустя три года — выпуск первых специалистов этого профиля. Так физический факультет нашего университета стал одним из первых в стране центров подготовки специалистов в области молекулярной биофизики.
Наборы студентов на специализацию "молекулярная биофизика" были большие, но, несмотря на это, попасть на нее было непросто. Подготовка студентов была широкая и глубокая. Лекции студентам читали ведущие специалисты в молекулярной биофизике и биологии (многие из них читают курсы и сейчас). Первым следует назвать имя М.В.Волькенштейна, который периодически приезжал из Пущина-на-Оке, где уже был организован Центр биологических исследований и где он возглавлял лаборатории биополимеров в Институте биофизики (Пущино) и в Институте молекулярной биологии в Москве. Курс М.В.Волькенштейна “Молекулярная биофизика” на кафедре позже стала читать и читает до сих пор профессор кафедры Т.М.Бирштейн. Среди других лекторов назовем проф.Ю.Е.Эйзнера, докт. биол. н. В.И.Воробьева из Института цитологии, ставшего потом профессором кафедры, проф. В.В.Пальчевского (1921—1989) с химического факультета, профессоров Б.П.Токина и М.Е.Лобашова (1907—1971) с биологического факультета, проф. Александрова С.Н. из Рентгено-радиологического института Минздрава СССР, проф. В.Д.Жестяникова из института цитологии АН СССР, докт. биол. наук О.В.Малиновского из радиобиологического отдела Гатчинского филиала Физтеха. В программе подготовки специалистов-биофизиков значились курсы “Структура молекул”, “Биохимия”, “Физическая химия”, “Радиобиология”, “Общая биология”, “Генетика” и “Молекулярная генетика”. Практические занятия студентов-биофизиков включали лабораторные практикумы по общей биологии, генетике, микробиологии. Они проходили на соответствующих кафедрах биофака под руководством сотрудников этого факультета.
Даже неполный перечень изучаемых предметов указывает на то, что студенты получали серьезные знания. Неудивительно, что нашим выпускникам-биофизикам отдавали предпочтение и охотно брали на работу в Центр биологических исследований в Пущино и в другие биологические, физические и медицинские институты АН и АМН и в учебные заведения, где многие из них успешно работают и поныне.
Вскоре после смерти акад. А.Н.Теренина, в начале 1969 года, лаборатория молекулярной биофизики во главе с проф. Э.В.Фрисман, уже значительно выросшая численно, а также научная группа канд. ф.-м. н. В.Л.Рапопорта перешли на кафедру общей физики-2, с 1955 года возглавляемую проф. М.Ф.Вуксом. Обновленная кафедра сохранила старое название "Общая физика-2" (правда, ненадолго) и стала иметь две (но другие) студенческие специализации — молекулярная биофизика (проф. Э.В.Фрисман) и молекулярная оптика (проф. М.Ф.Вукс). Бывшая же кафедра А.Н.Теренина стала и остается сейчас кафедрой фотонной физики с одноименной студенческой специализацией. Частично эти преобразования были связаны с некоторой близостью тематик научной работы. Дело в том, что в 1963 году на кафедре М.Ф.Вукса по инициативе ст. н. с. А.И.Сидоровой были начаты и к концу 60-х годов активно велись исследования состояния воды в биологических объектах. С 1966 года в издательстве нашего университета каждые два года стали выходить сборники статей, сначала под названием “Структура и роль воды в живом организме”, а с 1972 года — “Молекулярная физика и биофизика водных систем”. После переезда физфака в Петергоф в 1976 году и некоторых других преобразований, связанных частично с процессом преподавания общей физики на естественных факультетах (кроме физического), в 1978 году из основной части сотрудников прежней кафедры была сформирована кафедра общей физики-3 с указанными выше специализациями для студентов. Заведующим кафедрой был избран профессор П.Н.Занадворов, а с 1982 года и поныне ею заведует профессор А.А.Трусов. Вскоре кафедра в полном соответствии с профилем своей научной и преподавательской работы на физическом факультете была переименована в кафедру молекулярной биофизики, сохранив при этом за собой преподавание общей физики на химическом и других факультетах, переехавших в Петергоф.
Таким образом, в 2001 году можно отмечать 43-летний возраст научных исследований по молекулярной биофизике, а также близкую к этому дату — 37 лет существования студенческой специализации “молекулярная биофизика“ на физическом факультете.
За этот период выпущено более 400 специалистов, работающих не только в отечественных научных учреждениях, но и за рубежом, ибо каждый год специализацию заканчивали несколько студентов из стран народной демократии — Вьетнама, Болгарии, Польши, Германской Демократической Республики, Кубы и других стран. Очень обширен перечень институтов, в которых работают наши выпускники: Цитологии АН, Рентгено-радиобиологии, Экспериментальной медицины АМН, Высокомолекулярных соединений АН, Ядерной физики АН в Гатчине, Политехнический, Химико-фармацевтический, Технологический им. Ленсовета, Биологии моря (во Владивостоке), Физиологии им. Павлова, Гриппа АМН, Центр биологических исследований в Пущине (Институты молекулярной биологии, биофизики, белка) и другие учреждения.
С 1971 года тематика научной работы лаборатории молекулярной биофизики, возглавляемой проф.
Э.В.Фрисман, была включена в координационные планы научно-исследовательских работ двух Научных советов АН СССР — “Биологическая физика” и “Молекулярная биология”.
Отметим наиболее важные научные достижения сотрудников лаборатории и кафедры молекулярной биофизики, полученные в начальный период ее работы и имеющие всеобщее признание и приоритетное значение:
— Впервые определены важнейшие конформационные параметры (размеры и жесткость) молекулы ДНК в физиологических условиях;
— Впервые установлена и детально изучена зависимость молекулярных параметров ДНК от ионной силы среды;
— Выполнены пионерские работы по исследованию конформационных превращений в молекуле РНК в зависимости от ионной силы среды;
— Проведены всесторонние исследования структуры хромосомных частиц — дезоксирибонуклеопротеидов (ДНП) — и роли отдельных белков (фракций гистонов) в их организации, в результате которых отвергнута модель сверхспирали и предложена гетерогенная модель ДНП, подтвержденная затем в ряде работ.
— C начала восьмидесятых годов наиболее важными можно считать следующие результаты:
— Получены новые сведения о влиянии на конформацию молекулы ДНК не только катионов, но и анионов однозарядных ионов различной природы, а также двухзарядных ионов, играющих важную роль в биологических процессах в клетке;
— Установлено влияние кислых и щелочных рН на ближние и дальние взаимодействия в молекуле ДНК;
— Предложен метод установления способа связывания с ДНК низкомолекулярных лигандов, исходя из опытных данных о влиянии антибиотиков, красителей и др. на структуру ДНК;
— В результате исследования gg-облученных растворов ДНК высказана гипотеза о природе радиационного поражения молекулы ДНК и установлены способы защиты ее от поражения.
Перечисленные направления исследований остаются актуальными и в настоящее время. Они предлагаются студентам в качестве тем курсовых, бакалаврских и магистерских работ. За последние 4 года выполнена и защищена одна кандидатская диссертация и начаты другие, опубликовано много статей, сделано еще больше докладов на различных конференциях.
***
Миновало четыре с половиной года с печально памятного дня декабря 1996 года. Поначалу невозможно было даже представить себе, как будет продолжаться работа, как сложится судьба общего дела и каждого из сотрудников. Теперь видно, что труд не пропал даром. И это — самое большое, что можно было сделать для того, чтобы память об Эмилии Вениаминовне Фрисман была доброй и долгой. И пусть будет так!
М.А.Сибилева, доцент кафедры молекулярной биофизики