Начало AUC: Швеция, 1920-е годы

Первые модели стандартных центрифуг появились более 150 лет назад, и вначале их использовали для отделения сливок от молока. История же аналитических ультрацентрифуг началась в 1920-х годах и связана с именем химика Теодора Сведберга, работавшего в Университете Уппсалы (Швеция).

Исследуя одновременно диффузию веществ, поглощение света и седиментационные свойства коллоидов, этот ученый был очень заинтересован в объединении физических методов изучения свойств веществ и центрифугирования. В 1923 году при участии коллег, в том числе Дж.Б. Никольса и инженера Альфа Лисхольмома, Сведберг разработал первую ультрацентрифугу, которая была способна развивать скорость 42 000 об/мин (900 000 g) и имела оптическую систему для сбора данных о седиментации.

Théodor Svedberg

Используемый тогда протокол удивительно похож на современный. Коллоидные растворы белков помещали между плоскими параллельными стенками ячеек из прозрачного кварца. Каждую собранную ячейку покрывали слоем вакуумного масла и вставляли в ротор, который насаживали на вертикальный вал, оборудованный охлаждающей системой. Корпус имел два окна, чтобы луч УФ-света мог проходить через образец во время центрифугирования. Изображения фиксировали УФ-камерой.1

Первые результаты AUC привели Сведберга к ошибочным выводам, что белки – это агрегаты одной большой субъединицы с молекулярной массой 17 500 Да (позже получившей название «Сведберг» в его честь). Он полагал, что белки состоят из нескольких таких базовых единиц.

Несмотря на первоначальные заблуждения в 1926 году Сведберг стал первым исследователем, который начал использовать метод, сегодня называемый равновесной седиментацией, для определения молекулярных масс сложных белков, таких как гемоглобин и овальбумин. Это была настоящая революция в научном познании структуры белка.2, 3

Ультрацентрифуга Сведберга с масляной турбиной еще почти 20 лет была незаменимым инструментом белковых химиков. А сам изобретатель продолжал разрабатывать и изготавливать новые роторы для своего детища, пока не убедился, что достиг максимально возможной рабочей скорости.

Согласно легенде, большую часть работы он проделал не в лаборатории, а в отдаленной хижине в лесу. Там он точно определял максимальную скорость вращения стального ротора. С помощью пульта дистанционного управления Сведберг разгонял центрифугу до скорости, при которой роторы в буквальном смысле взрывались. Для записи каждого взрыва ученый использовал сейсмограф.4

Svedberg with a colleague in 1926.

В 1926 году Сведберга удостоили Нобелевской премии, но не за создание первой аналитической ультрацентрифуги, как некоторые считают, а за революционные работы в области коллоидной химии. Его исследования показали, что белки представляют собой макромолекулы, состоящие из атомов, связанных ковалентными связями. Фундаментальным методом ранних исследований в области биохимии и молекулярной биологии AUC стало позже.5

Основные принципы AUC, установленные Сведбергом с коллегами, с 1926 года почти не изменились. В то время казалось, что внедрение этой новой технологии поспособствует развитию науки. Благодаря другим авторитетным ученым во Франции и Америке это стало реальностью.

1Koehler CSW. Developing the ultracentrifuge. Today’s Chemist at Work 2003:(2)63-66.
2Buie J. Evolution of the lab centrifuge. Lab Manager 2010;5(4):38-39.
3Serdyuk IN, Zaccai NR, Zaccai J. Methods in molecular biophysics: structure, dynamics, function. 1st ed. New York (NY): Cambridge University Press; 2007.
4Schuck P. Sedimentation velocity analytical ultracentrifugation: discrete species and size-distributions of macromolecules and particles. Boca Raton (FL): CRC Press; 2016.
5Balbo A, Schuck P. Analytical ultracentrifugation in the study of protein self-association and heterogeneous protein-protein interactions. Protein Biophysics Resource, Division of Bioengineering & Physical Science, ORS, OD, National Institutes of Health, Bethesda, Maryland [cited 2016 Nov 2].