Про роботу красноярських біофізиків - з перших рук.
Хто сказав, що російська наука переживає найгірші свої часи? Як з'ясовується, це не більше ніж міф, і у наших вчених є абсолютно всі підстави дивитися в майбутнє з оптимізмом. Принаймні, саме до такого висновку прийшов кореспондент 1-LINE після бесіди з Єгором ЗАДЕРЕЕВИМ. провідним науковим співробітником і вченим секретарем Інституту біофізики СО РАН, кандидатом біологічних наук, віце-президентом Міжнародного товариства з дослідження солоних озер.
Єгор Сергійович розповів нашому виданню про основні напрямки роботи Інституту біофізики, які, за його висловом, простягаються «від молекул до планети».
Ми, як дилетанти, на цьому замовкаємо і надаємо слово вченому.
Маленька копія Землі
Над замкнутими системами життєзабезпечення «БІОС» робота в нашому інституті почалася ще в 1970-ті роки. Спочатку комплекс цей призначався для космічних станцій. Умовно кажучи, це маленька копія Землі.
У підвалі інституту був обладнаний бункер площею приблизно 15 на 8 метрів, повністю герметичний. В одному з відсіків жили люди, в іншому - вирощувалися водорості та інші рослини для очищення повітря і виробництва кисню. У третьому росли овочі, які давали їжу учасникам експерименту.
Взагалі, якщо трьох людей закрити в такому герметичному приміщенні, вони загинуть протягом доби через брак повітря. А в інститутському комплексі найдовший експеримент тривав півроку - люди жили там виключно на те, що вироблялося всередині, вода перероблялася, очищалася, знову надходила для споживання.
До минулого року ніхто в світі, крім нас, красноярці, не зміг це повторити. А рік тому китайці почали подібний проект. Вони зараз активно рвуться в космос - ось і скопіювали те, що було у нас, і отримали приблизно такий же результат, як ми в 70-е.
У нас же в якийсь момент ці роботи були припинені через відсутність фінансування, і тільки зараз до них знову з'являється інтерес.
Зараз мова йде вже про те, щоб створити повністю самодостатню систему. В ході давніх наших експериментів тільки 50% продовольства вирощувалося в бункері, друга половина - запас у вигляді консервів. А це, якщо ми працюємо, орієнтуючись на космос, зрозуміло, створює проблеми.
Звичайно, не так просто створити на 100% автономну систему життєзабезпечення, тим більше повністю «копіює» земне життя. На нашій планеті живуть тисячі видів рослин, тварин - і все один одному потрібні. І якщо хоча б наблизитися до цього і провести повномасштабний експеримент з людьми, щоб вони знаходилися в цьому комплексі рік або два, - потрібно серйозне фінансування.
До речі, в усіченому вигляді цю розробку можна застосовувати і на Землі. Зокрема Міноборони зацікавилося нашою технологією в зв'язку з активно йде зараз освоєнням Арктики.
Він живий і світиться
Ще напрямок, яке у нас активно розвивається, - вивчення біолюмінесценції, або світіння живих організмів, і застосування результатів дослідження на практиці, перш за все в медицині.
Якщо пояснювати просто, біолюмінесценція відбувається тому, що в організмі у деяких тварин є молекули, які при здійсненні ряду хімічних реакцій випромінюють світло.
Робота в цьому напрямку почалася теж досить давно - з відбору таких організмів у експедиціях і їх вивчення.
Згодом були знайдені гени, що відповідають за освіту «світяться» молекул. Потім ці гени виділили і навчилися пересаджувати в інші організми.
Зараз ця технологія активно застосовується в медицині (на жаль, поки не в російській). Як саме? По-перше, ці молекули можна використовувати в якості маркерів - до світиться молекулі «пришивається» інша, яка реагує, наприклад, на якесь захворювання або наявність якоїсь хімічної сполуки.
Коли зразок крові (інших тканин організму) з'єднується з нашим реагентом, можна виявити присутність в зразку навіть невеликого змісту нікого речовини. На цьому, зокрема, засновані нові методи діагностики деяких вірусних або онкологічних захворювань, причому на самих ранніх стадіях, коли всі інші методи діагностики не працюють.
Крім того, активно розвивається зараз такий напрямок, як біоіміджінг. Технологія ця полягає у введенні подібного ж препарату безпосередньо в організм. За допомогою спеціальних приладів точково детектується там, де локалізовано захворювання.
Крім того, останні лабораторні дослідження, спрямовані на зміну форми, структури цих білків, дозволяють створювати тести, що дають реакцію не на рівні «так - ні», а більш складно, що дозволяють, наприклад, виявляти кілька різних гормонів.
Є і зовсім простий і прикладне застосування цього відкриття - біотести стану навколишнього середовища. Такі експрес-системи реагують на наявність забруднень в повітрі, воді, ґрунті, не "заглиблюючись» в їх склад. Просто повідомляють про те, є токсиканти чи ні. Зараз в Сибірському федеральному університеті молодими біофізиками розроблено портативний прилад, що працює за таким принципом і доступний практично кожному. У нас, до речі, був укладений багаторічний договір з фірмою Bayer, за яким ми повинні були отримати з'єднання для виявлення конкретних речовин.
Взагалі за відкриття флуоресцентного білка в 1960-х роках була вручена Нобелівська премія японському вченому Сімомура Осаму, який потім якийсь час працював і в Красноярську. Його відкриття зараз використовується широко і різноманітно, область це активно зростаюча, в цій сфері постійно відкривають щось нове.
Пластик для серця
Виробництво і використання біополімерів - зараз одна з найбільш розкручених тем.
Пластики ми все використовуємо щодня, здається, що все навколо зроблено з них. Але це пластики синтезовані, отримані штучно.
А між тим є і біопластик - той, що виробляється в організмі деяких бактерій. Його головна відмінність від синтезованих в тому, що через деякий час він розпадається сам собою, розкладаючись на вуглець і воду.
В інституті біофізики дослідження в цьому напрямку почалися ще в 1980-і роки. Вивчалися і бактерії, що виробляють пластик, і умови, в яких вони виробляють його найбільш активно.
На наступному етапі постало питання - де біопластик використовувати?
Перше, що спадає на думку, - у виробництві пакетів, упаковок для, наприклад, шампунів. Уявіть, що такі пакети або упаковки самі собою повністю розкладаються, зникають.
Зрозуміло, що вироби з такого матеріалу виявляться істотно дорожче, ніж з синтезованого пластика. І навряд чи б знайшлося багато охочих платити за шампунь вдвічі більше тільки тому, що пляшка з-під нього колись розтане без сліду. Але у биопластика знайшлося інше застосування - в тій сфері, де ціна матеріалу не має значення: в медицині.
Знову ж - перше, що спадає на думку, - це операційні нитки, які з часом розсмоктуються самі собою. Але в дійсності це далеко не найцікавіше. Куди цікавіше - застосування пластикових органів або ж інших об'єктів в хірургії, і перш за все в трансплантології. З биопластика можуть бути виготовлені судини, кісткові матриксу, інші «копії» внутрішніх органів.
Зараз вже широко відомо головне властивостей стовбурових клітин - з них можна «виростити» будь-який орган, оскільки ці клітини не «спеціалізовані». Зараз і зі звичайної клітини навчилися «робити» стволовую, а вже з неї - то, що треба. Таким чином, ми впритул підійшли до можливості штучного вирощування органів. І якщо ми зможемо створити матрикс органу, який потім «обросте» стовбуровими клітинами, то і отримаємо орган, який можна буде пересадити людині.
Це, звичайно, далека перспектива. Але вже зараз біополімери застосовуються при виробництві тканинних покриттів, стентів, які в потрібний час «йдуть» з організму без сліду. Причому розкладатися вони можуть із заданою швидкістю.
На цьому ж їх властивості заснований і наш спільний з аграрним інститутом проект по цілеспрямованої доставки добрив. Завдяки биополимерам добрива живлять ділянку з потрібною швидкістю і в потрібних обсягах. З цього ж типу в медицині використовують капсули з биополимера для цілеспрямованої доставки ліків. Це і ефективніше, і безпечніше.
Ще одне велике наше напрямок - «природне».
Ми, зокрема, досліджуємо солоні озера краю і сусідніх регіонів - так-так, ті самі, на яких ми так любимо відпочивати: Шира, Белі, інші.
Вони представляють великий інтерес для біологів - все: їх мешканці, то, як вони живуть протягом року, як реагують на забруднюючі речовини, як впливають на життя озера в цілому.
Ми намагаємося все це описати, вибудувати математичні моделі, які описують всі пов'язані з цим закономірності.
Скажімо, для солоних озер нормально, коли сильно змінюється рівень води - адже переважно вони розташовані там, де багато випарів і мало опадів. А від цього змінюється і рівень солоності, а вже через це - «склад» живуть в озері організмів, якість води і т. Д.
Тому ми наші маленькі сибірські озера використовуємо як модельні об'єкти, на яких можна вивчити закономірності і прогнозувати, що буде проходити з солоними озерами Землі в принципі.
Довгий шлях на ринок
Скільки мине років між лабораторними дослідженнями і випуском продукту на масовий ринок - сказати складно.
Ось, скажімо, ті ж біополімери. Вивчення їх почалося в 1980-і - нехай і без «прицілу» на застосування в медицині. Активно ними зайнялися в 90-е. Вирішили, що це однозначно продуктивний шлях і дослідження треба продовжувати, причому саме стосовно медичної галузі, - на рубежі століть. Зараз біополімери вже прийшли в клініки - правда, не масові, а експериментальні.
Тобто в даному випадку весь цикл робіт по даному напрямку становить років тридцять, якщо в зв'язку з медициною - більше десяти.
Взагалі висновок ліки на ринок - це мільярди доларів. Але перед вченими, на щастя, таке завдання і не варто. Забезпечити вихід на ринок їх розробок повинні або держава, або бізнес. Вчені ж працюють широким фронтом і копають всюди. Зараз багато говориться про інноваційні стартапи, технопарки - ось вони і покликані підхоплювати наукові ідеї. Хоча і там вважається, що «вистрілює» один проект з десяти - зате він окупає витрати на всі інші.
В цілому ж терміни досліджень скорочуються - але і тут часто роль грає конкретний інвестор. Наш приклад співпраці з Bayer: вони зробили замовлення - і ми виконали його за три роки. Хоча і тут не все дослідження, які вони фінансували, привели в підсумку до того результату, якого вони очікували.
Те ж і з нашою системою «БІОС». Свого часу творець академічної науки в Красноярську академік Киренский зустрівся з Корольовим - той сказав Леоніду Васильовичу, що подібна система потрібна йому вчора. Природно, тут же було відкрито фінансування проекту, почалися роботи. Але від перших експериментів, скажімо так, з «відром», в якому росли одноклітинні водорості, перед яким людина сиділа і кілька годин в нього дихав, до створення комплексної системи життєзабезпечення пройшло 5 років. І це дуже хороший результат. Китайці, з сучасними можливостями та їх традиційним ентузіазмом, створювали таку систему довше, ніж ми в 70-е.
Ну а найголовніше - якщо експеримент почався, він йде стільки, скільки повинен: досвід не може дати результат швидше, ніж це можливо в принципі.
Ну і матеріальний аспект роль грає, звичайно. Наприклад, в Красноярську зараз немає віварію з лабораторними тваринами, які відповідали б вимогам, що пред'являються до медичних досліджень. Такий є тільки в Новосибірську. У Красноярську ж питання про створення віварію тільки обговорюється.
Те ж стосується і обладнання. Але якщо є ресурси - матеріальні, людські - то все буде зроблено.
Розмовляла Юлія Старинова