В нулевом приближении работа в биологической лаборатории похожа на приготовление еды. Только кастрюли, половники и ложки заменяются на пробирки с дозаторами, вместо продуктов нужно покупать химические реактивы и биологические препараты, а в конце результаты оцениваются не вкусовыми рецепторами, а на специальных приборах. В остальном все примерно так же. Хорошие инструкции, аккуратные руки, внимательность — и даже в домашних условиях вы сможете выделить ДНК, вырастить бактериальные культуры и отредактировать геном. N + 1 совместно с командой разработчиков «Авито» разобрался, как собрать простейшую биологическую лабораторию за пределами научного института или фармкомпании.

Инструменты и расходники: скрытые герои

Первое, с чем нужно определиться — это помещение. Вам понадобится 15-20 квадратных метров свободного пространства, 2-3 стола и компьютер для управления приборами и обработки полученных результатов. Также всячески рекомендуется, чтобы помещение было хорошо проветриваемым, имело окна, подключенный источник проточной воды и возможность установки вытяжки. Если с этими пунктами все получается, то можно двигаться дальше.

Почти в каждой научной статье есть раздел, в котором подробно описывается, какие приборы и методики использовали в своей работе ученые, но в этих текстах никто никогда не упоминает, например, о марках использованных нитриловых перчаток. Стеклянная посуда, халаты, микродозаторы — все это темная материя биологических исследований, исподволь влияющая на любые их результаты, и поэтому собирать нашу лабораторию мы начнем именно с этих мелочей.

Первое, что обязательно понадобится, — это халаты и одноразовые перчатки, которые не только защищают исследователя от опасных химических реагентов и патогенов, но и препятствуют загрязнению образцов вашими тканями. Также хорошо установить в домашнюю лабораторию ламинарный бокс, обеспечивающий условия для стерильной работы, и добавить к нему автоклав, ультрафиолетовую лампу и горелку, необходимые для обеззараживания инструментов и различных поверхностей.

Посторонним людям лаборатории иногда напоминают стеклянные джунгли. Особенно хорошо эта метафора подходит для химических помещений, но разнообразное стекло (и пластик), конечно, требуются и для биологических экспериментов. В первую очередь вам пригодятся чашки Петри для культивации различных культур, но кроме них понадобится и другое стекло: колбы, стаканы, банки, воронки, измерительные пипетки. Сложно даже представить, сколько бывает видов стеклянной посуды.

Следующий обязательный пункт — это микродозаторы, с помощью которых можно с высокой точностью набирать фиксированные объемы жидкостей для приготовления растворов. Именно с них начинается путь многих молодых экспериментаторов, и иногда даже кажется, будто вся жизнь в лаборатории сводится к этим простым и почти медитативным действиям: насадил насадку на дозатор, набрал жидкость, вылил жидкость, снял насадку.

Другие мелкие расходники одной строкой: ступки и пестики для измельчения реактивов, штативы, разнообразные шпатели, скальпели, пинцеты и другие колюще-режущие инструменты, герметизирующая пленка парафильм (подкладку, на которую наклеен парафильм, тоже пускают в дело и традиционно используют для взвешивания). Полный список лабораторных мелочей может стремиться к бесконечности, и поэтому лучше всего раздобыть себе минимальный набор вроде оговоренного выше, чтобы, приступив к экспериментам, докупать недостающее оборудование в процессе работы.


Приборы: скелет лаборатории

Когда в 70-80-х годах прошлого века в лаборатории стали приходить антропологи, которые исследовали повседневную работу ученых, как до этого изучали туземные народы или маргинальные городские группы, то сперва они сильно удивлялись: никаких фонтанирующих открытий, озарений и Архимедов, выпрыгивающих из ванн, а вместо этого ежедневная рутина с постоянным повторением одних и тех же действий.

Во многом эти ощущения были верны. Так или иначе все научные эксперименты требуют систематичности и поэтому, наверное, около 90 процентов времени начинающего экспериментатора занимает ремесленная работа по обслуживанию научных приборов (с продвижением вверх в научной иерархии это соотношение неизбежно меняется).

Если пытаться как-то классифицировать наши покупки, то все приборы можно будет разбить на две большие группы. Одни из них помогают подготовить образцы для анализов, а другие — провести эти самые анализы.

Начнем с первой группы. Прежде всего нам понадобятся аналитические весы с точностью хотя бы на уровне миллиграммов (иначе будет очень сложно приготовить нужные объемы некоторых растворов). Кроме них в повседневной рутине наверняка пригодятся водный дистиллятор или тридистиллятор для очистки воды от солей и биологических примесей (правда, для точности первых экспериментов полностью хватит и обычных систем очистки питьевой воды), термостатирующий шкаф — инкубатор для выращивания культур, шейкер, холодильник с морозильной камерой, магнитная мешалка и центрифуга для разделения смесей (вместе с эппендорфами или другими пластиковыми емкостями). Все это устройства широкого научного профиля, необходимые не только в биологических, но и физических, химических, материаловедческих и прочих лабораториях.

Кроме того, потребуются и узкоспециальные приборы. Например, работа с ДНК невозможна без ПЦР-амплификатора — устройства, способного с хорошей точностью задавать алгоритм циклического охлаждения и нагревания пробирок, необходимого для проведения полимеразной цепной реакции, с помощью которой можно размножить определенные молекулы ДНК или, например, ввести в них мутации.

Вторая группа, о которой говорилось выше, — это приборы для проведения различных анализов. Если бы инопланетяне попытались описать деятельность земных лабораторий с опорой на какие-нибудь численные метрики, то они наверняка назвали бы их фабриками по производству данных: таблиц, графиков, изображений и бесконечных массивов чисел. Поэтому приборы для проведения анализов — это ключевая часть лабораторий. Они позволяют проникнуть в природу процессов, происходящих за завесой рутины, и помогают представить результаты экспериментов остальному миру: коллегам, спонсорам, коммерческим партнерам и обычным людям.  

Но достать эти научные приборы значительно сложней. Во-первых, они заметно дороже большинства перечисленных выше вещей (кроме, возможно, ПЦР-реактора и термошкафа), а во-вторых, в России их часто не продают физическим лицам. Поэтому стоит поискать возможность приобрести подержанные приборы (например, оптический микроскоп) или попытаться собрать их самостоятельно из более доступных комплектующих.

В интернете можно найти немало инструкций, как сделать своими руками самые разные приборы, например устройство для проведения гель-электрофореза, с помощью которого можно разделить ДНК или фрагменты ДНК по массам, что часто необходимо в генетических экспериментах. Некоторые умельцы рассказывают даже, как в домашних условиях смастерить секвенаторы — крайне дорогостоящие приборы, необходимые для определения последовательности ДНК.


Реактивы и препараты: ингредиенты рецептов

Еще ни слова не было сказано про реактивы и биологические препараты, с которых, естественно, начинаются все эксперименты. Этот разговор мы отложили не случайно. Если вы откроете сайт любой российской фирмы, торгующей этими «продуктами», то вас немедленно засосет водоворот бесконечных наименований, многие из которых сложно понять без фундаментального биологического образования: кислоты, соли, буферы, сахара, красители, питательные среды, ферменты, плазмиды и далее по списку.

Поэтому в выборе ингредиентов лучше всего отталкиваться от экспериментов, которые вы хотите провести, тем более что сейчас можно найти много подробных инструкций для таких экспериментов. В самых простых из них вроде выделения ДНК или выращивания бактериальных культур можно обойтись без дополнительных покупок.

Например, для выделения молекул ДНК может вполне подойдет свежая свиная печень: нужно отделить от нее маленький кусочек, нарезать его на мелкие фрагменты скальпелем и смешать в пробирке с раствором поваренной соли. После этого полученную смесь нужно процедить через фильтровальную бумагу в другую пробирку и добавить туда раствора додецилсульфата натрия. Это вещество разрушает клеточные мембраны и в результате молекулы ДНК будут постепенно выходить в свободной форме в раствор — останется только отделить от остального содержимого клетки. Для этого используют спирт изопропанол, предварительно охлажденный в холодильнике. Его осторожно добавляют в пробирку с разрушенными клетками, так чтобы изопропонал не смешивался с водой, и в результате на границе раздела воды и спирта начинает появляться мутноватый осадок, состоящий из молекул ДНК. Дальше останется только аккуратно извлечь его из пробирки, например, намотав на стеклянную палочку.

При этом специфические вещества в этом опыте можно заменить на более общедоступные: вместо додедцилсульфата использовать концентрированный раствор моющего вещества, а изопропанола — медицинский спирт. Но для более сложных экспериментов, например, создания генетически модифицированных бактерий, уже понадобятся разные специфические вещества, которые в России могут приобрести и физические лица.

Движение DIY-биологии еще очень молодо и пока не может соперничать с устоявшимися системами академической и индустриальной науки, но рано или поздно все может измениться. Во всяком случае, некоторые приборы, сделанные в гаражах, уже соперничают с индустриальными аналогами, да и наука, в конце концов, это не только история про достижения, но и про страстное желание просто что-то попробовать, поэкспериментировать. В том числе и дома, почему нет?

Только не забывайте: большие достижения будут случаться редко, а мелкие ошибки, наоборот, постоянно. Социолог и антрополог науки Бруно Латур даже называет лаборатории «технологическим аппаратом для обретения силы посредством умножения количества ошибок». Так что будьте готовы к неудачам и рутине, заведите лабораторный дневник — и вы обязательно приготовите что-то интересное. 

Михаил Петров

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.