Сегодня на здоровье человека влияет множество факторов одновременно: загрязненный воздух, некачественная питьевая вода, вредные производственные условия. Для их оценки существуют различные рейтинги и шкалы опасности, например, качества городской среды. Чтобы создать такие инструменты, используют статистику и машинное обучение. Однако эти методы только выдают цифру — например, вероятность заболевания, — но не объясняют, с чем именно это связано. В результате специалисты не могут точно определить, на какой именно фактор воздействовать в первую очередь, чтобы устранить главный источник вреда. Ученые Пермского Политеха разработали уникальную математическую модель, которая позволяет оценивать совокупный риск от нескольких факторов и выявлять главный источник вреда для здоровья. Проверка показала, что точность прогнозов достигает 92-95%. Модель утверждена Роспотребнадзором и может использоваться для планирования профилактических мероприятий — от очистки воды до модернизации условий труда.

Исследование проведено в рамках кандидатской диссертации.

На здоровье человека одновременно влияет множество факторов: качество воздуха, состав питьевой воды, санитарно-гигиенические условия в помещениях и на рабочем месте. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, болезни, передаваемые через питьевую воду, ежегодно становятся причиной смерти около 1 миллиона человек, а загрязнение воздуха приводит примерно к 7 миллионам смертей. При этом в России более 4,8 миллиона человек (почти 35% всех работников) трудятся во вредных или опасных для здоровья условиях, что также влияет на развитие профессиональных заболеваний (тугоухости, хронического бронхита и других).

Для оценки рисков сегодня существуют различные рейтинги, шкалы опасности и классификаторы — например, индекс качества воздуха или классы вредности труда. Чтобы создать такие инструменты, используют статистику и машинное обучение. Однако эти методы только выдают цифру — вероятность заболевания, — но не объясняют, связано ли это со стажем работы, уровнем шума или химическим загрязнением. В результате специалисты не могут точно определить, на что именно воздействовать в первую очередь, чтобы устранить главный источник вреда.

Кроме того, различные факторы окружающей среды действуют не по отдельности, а комплексно. Заводы выбрасывают в атмосферу химические вещества, которые постепенно накапливаются в почве и воде. Каждое из таких загрязнений наносит вред организму, но при совместном влиянии их действие усиливается. Или другой пример: человек дышит грязным городским воздухом (пылью и выхлопными газами) и одновременно работает в тяжелых условиях, где на него постоянно действуют вибрация и шум. В итоге вероятность развития астмы, гипертонии и профессиональных заболеваний у него становится значительно выше. Именно поэтому оценивать каждый фактор по отдельности недостаточно — необходимо уметь рассчитывать их общий, совокупный эффект.

Все существующие инструменты оценки рисков призваны ответить на три ключевых вопроса: что именно влияет на здоровье, насколько сильно и что является источником опасности. Без таких оценок невозможно обоснованно проводить экологические и профилактические мероприятия: снижать выбросы предприятий, улучшать водоснабжение, уменьшать шум или модернизировать условия труда.

Однако у классических методов есть серьезные ограничения. Статистика хорошо работает только с «идеальными данными» — полными, без пропусков, собранными по единым стандартам. В реальном здравоохранении и экологии — это редкость, информации часто не хватает. Машинное обучение и нейросети могут рассчитать вероятность конкретной болезни, но не объяснят, связана ли она со стажем работы, с уровнем вибрации или с шумом. А в охране здоровья нужна именно причина, чтобы понять, на что воздействовать.

Ученые Пермского Политеха разработали уникальную математическую модель, которая позволяет оценивать совокупный риск от нескольких факторов одновременно и определять главный источник опасности. Проверка на реальных данных показала, что точность прогнозов достигает 92-95%. Модель официально утверждена Роспотребнадзором и рекомендована к практическому применению.

В основе разработки лежит «нечеткая логика», которая, в отличие от обычных математических моделей, способна понимать не только цифры, но и расплывчатые, качественные оценки — например, «давление повышено» или «шум умеренный». Одно и то же числовое значение может быть вредным в одних условиях и допустимым в других. Поэтому исследователи создали модель, которая сама определяет, насколько то или иное значение соответствует категориям «низкий», «средний», «повышенный», «высокий» уровень опасности.

– Модель работает следующим образом. Сначала она оценивает все исходные данные: замеры загрязняющих веществ в воздухе (пыль, диоксид азота, формальдегид, бензол и другие), показатели качества питьевой воды (железо, хлориды, нитраты, бактерии), физические факторы (шум, вибрация), а также данные о стаже работы, возрасте, условиях труда и учебы. Эти сведения берутся как из открытых источников, так и в ходе натурных наблюдений. После этого, учитывая совместное воздействие вредных условий, она выдает оценку — число, которое затем переводится в шкалу «низкий», «средний», «повышенный», «высокий» риск, – рассказала Анна Савочкина, заместитель декана по учебной работе факультета прикладной математики и механики, кандидат физико-математических наук, старший преподаватель кафедры «Высшая математика» ПНИПУ.

Для проверки модели ученые собрали реальные показатели качества питьевой воды одного из регионов России за несколько лет: запах, цвет, содержание алюминия, марганца, хлоридов. Модель на основе полученных сведений рассчитала совокупный риск: за три года он снизился с «повышенного» до «среднего» уровня.

– Это изменение совпало с экспертными оценками санитарных врачей, которые на основе тех же данных о качестве воды сделали аналогичный вывод. Средняя погрешность в результатах составила около 5-7%. Таким образом, модель подтвердила свою способность правильно оценивать общий риск даже при большом количестве цифровых и качественных показателей. Существующие методы при этом позволяют оценить каждый показатель отдельно (например, превышение марганца или хлоридов), но не дают вывод по качеству воды в целом, – добавила Анна Савочкина.

Сама модель устроена так, что способна учитывать любые факторы из любых сред одновременно. Это значит, что ее можно применить для комплексной оценки загрязнения воздуха, воды и вредных условий труда вместе — и получить совокупный риск для здоровья.

Классические статистические методы показывают точность на уровне 75-89%. Машинное обучение способно достигать 85-96%, но работает, как «черный ящик», — выдает цифру риска, не объясняя его причин. Точность прогнозов новой модели составляет 92-95%. Но главное преимущество в том, что она не просто выдает число, а показывает вклад каждого фактора.

На основе разработки ученые создали четыре программных комплекса: для оценки эффективности воздухоохранных мероприятий, для оценки мероприятий по повышению качества питьевой воды, для анализа влияния условий в образовательных учреждениях на здоровье школьников и для прогнозирования профессиональных рисков. Разработку официально утвердил Роспотребнадзор и рекомендовал к практическому применению надзорными органами.

Математическая модель является универсальной, и ее можно применять для многих других задач, связанных с оценкой рисков в условиях неполных или неточных данных. Например, с ее помощью можно оценивать риски от шума в жилых районах, анализировать качество продуктов питания, прогнозировать последствия химических аварий и на этой основе планировать профилактические мероприятия на конкретной территории.

Источник информации и фото: пресс-служба ПНИПУ

Открывая заседание, президент РАН академик Геннадий Красников поздравил академиков РАН — лауреатов Государственной премии Российской Федерации за 2025 год, награждение которых состоялось в Георгиевском зале Большого Кремлёвского дворца 12 июня. «Отрадно, что пять членов Академии стали лауреатами Государственной премии», — подчеркнул глава РАН. По традиции Президиум РАН в сентябре заслушает учёных с докладами о работах, за которые они были удостоены наград.

Основной темой научной части заседания стала концепция нового востоковедения. Её представил ректор МГИМО МИД России академик РАН Анатолий Торкунов. Он отметил, что в современных условиях востоковедение как отдельная область исследований и образования нуждается в особой рефлексии.

«Меняемся мы, меняется Восток, меняются внешнеполитические приоритеты и сама структура социально-гуманитарного знания. Именно поэтому МГИМО совместно с Институтом востоковедения РАН уже четвёртый год реализует программу „Новое востоковедение“. Многое в её рамках было сделано, но ещё больше нам сделать предстоит», — отметил академик Торкунов.

Он перечислил наиболее существенные вызовы, с которыми сталкивается востоковедение, и остановился на качественном изменении отношений стран Запада и Востока. Если раньше при изучении стран Востока речь шла не о чистом знании, а скорее, о решении внешнеполитических и внешнеэкономических задач отдельных государств, сегодня страны Запада должны считаться с собственным самоосмыслением Востока. В изучаемых регионах появились современные университеты, исследовательские центры, в деятельности которых универсальная научность сочетается с приверженностью местным культурным традициям. Если в одних странах — Японии, Китае, Корее, Индии, Иране, Турции, Египте — уже сформировались мощные научные школы, то других этот процесс только начинается.

В этой ситуации задачей нового востоковедения становится формирование устойчивого диалога с интеллектуальными школами исследуемых регионов, преодоление европоцентризма в исторических исследованиях, освоение религиозно-философских концепций Индии, Китая, стран исламского мира для разработки новых подходов, учитывающих локальные традиции.

Академик Торкунов обратил внимание, что в условиях нарастающей глобализации борьба за собственную идентичность стран включает необходимость сохранения исторических корней и традиций, использования национального языка. Поддержание языкового разнообразия — основа ресурсного обеспечения полицентричного миропорядка, однако это остро ставит вопрос о профессиональной подготовке специалистов, в том числе языковой.

Этот тезис поддержал директор Первого департамента Азии МИД России Иван Желоховцев, который, говоря о запросах внешнеполитического ведомства, подчеркнул, что МИД России нужны «штучные специалисты». Они должны быть глубоко погружены в контекст, отлично владеть национальным языком. Роль ИИ, например в переводе, продолжает оставаться вспомогательной, так как специалисты должны «понимать не только, что именно говорит партнёр, но и о чём он молчит».

При этом применение крупных языковых моделей и более широкое использование современных информационных технологий помогает учёным и становится основой нового направления — цифрового востоковедения. Доктор исторических наук Аликбер Аликберов рассказал, что в Институте востоковедения РАН перестроена сама инфраструктура исследований. Совместно с другими учреждениями, например с Институтом системного программирования им. В.П. Иванникова РАН, разрабатываются цифровые инструменты для работы с текстами. Уже созданы программы для оптического распознавания и чтения буддийских, арабских текстов, работы с китайскими источниками.

В Северо-Восточной Азии расположены три крупнейших технологических державы — Китай, Южная Корея и Япония, которые являются лидерами как в экономическом развитии региона, так и в области технологического развития. По прогнозам, на протяжении ближайших десятилетий Северо-Восточная Азия продолжит быть одним из наиболее значимых центров развития мировой науки, технологий, мировой экономики. Это объясняет внимание, которое уделяется современным подходам к изучению стран Северо-Восточной Азии. Этой теме были посвящены выступления директора Института Китая и современной Азии РАН Кирилла Бабаева, заместителя директора по научной работе Института востоковедения РАН Василия Кузнецова, руководителя Центра азиатско-тихоокеанских исследований ИМЭМО РАН Александра Ломанова.

При этом, несмотря на интерес к арабским странам и странам Северо-Восточной и Юго-Восточной Азии, России не стоит упускать из внимания государства Центральной Азии и Южного Кавказа. По мнению академика РАН Виталия Наумкина, то, что они уходят из поля зрения России, а молодёжь не так активно идёт изучать языки, историю и культуру этих государств, оказывает крайне негативное влияние как на практическую политику, так и на научные исследования.

Заместитель секретаря Совета Безопасности Российской Федерации Алексей Шевцов отметил, что порядка 95 % мигрантов прибывают в Россию из центральноазиатских стран и государств Южного Кавказа. В этой связи Россия в высшей степени заинтересована в стабильности, процветании и устойчивом развитии стран Южного Кавказа и Центральной Азии. Это продиктовано не только братством народов, культурной, исторической, цивилизационной общностью, но и преимуществами, которые приносят безопасность и стабильность на пространстве Евразии.

Заседание продолжилось рассмотрением ряда организационных вопросов. В частности, главный учёный секретарь Президиума РАН академик Михаил Дубина выступил с сообщением о назначении исполняющих обязанности академиков-секретарей ряда тематических отделений РАН.

Также было объявлено о награждении вице-президента РАН академика Сергея Чернышева орденом «За заслуги перед Отечеством» IV степени. Государственную награду Российской Федерации учёному вручил президент РАН академик Геннадий Красников.

В благодарственном слове академик Чернышев отметил, что «Российская академия наук становится надёжной точкой опоры для государства в решении важнейших задач обеспечения обороны страны и безопасности государства» и поблагодарил руководство Академии и коллег за курс на укрепление научно-технологической мощи страны.

Источник фото: РАН

Пониженная относительная влажность воздуха повышает жизнеспособность вирусов и их способность передаваться в условиях холодной зимы в умеренном климате, но о динамике передачи вируса в тропиках известно мало. 

Авторы создали модель эпидемий гриппа на основе данных эпиднадзора на национальном уровне для 81 региона Северной и Южной Америки, а также климатических данных с локальным разрешением. Согласно модели, совокупное нелинейное влияние относительной влажности и температуры может объяснить сроки вспышек гриппа как в умеренном, так и в тропическом климате. 

Модель показывает U-образную зависимость между удельной влажностью и трансмиссией: как высокая, так и низкая удельная влажность связаны с повышенным риском передачи вируса. Согласно исследованию, во время потепления в регионах с умеренным климатом количество пиковых вспышек может сокращаться по мере того, как будут становиться теплее сухие зимы, в то время как в тропических регионах по мере повышения влажности вспышки могут становиться более масштабными.

Статья опубликована в журнале PNAS Nexus.

[Фото: Stamper et al. / PNAS Nexus]

Авторы получили хобот одного взрослого азиатского слона (Elephas maximus), который умер естественной смертью в Цюрихском зоопарке в Швейцарии в 2020 году. Ученые исследовали 35 образцов с помощью биомеханических испытаний, гистологии, методов визуализации и компьютерного моделирования. 

Кожа на хоботе не однородна, она четко разделяется на внешнюю и внутреннюю части. Внешняя часть представляет собой жесткий, но чувствительный панцирь, который в 3,14 раза прочнее внутренней части. Внутренняя часть, напротив, очень гибкая и чувствительная, ей удобно захватывать предметы. Низкая жесткость внутренней части позволяет ей плотно прилегать к объектам, увеличивая площадь контакта и обеспечивая надежный захват. Под кожей внутренней части хобота расположены куполообразные дермальные сосочки. 

Моделирование методом конечных элементов показывает, что эти структуры действуют как подповерхностная механическая линза. Они концентрируют и усиливают механическое напряжение в местах расположения сенсорных нервов. По мнению авторов, эта функционально зонированная структура может стать основой для следующего поколения мягких роботизированных систем. Используя биомиметические подходы с применением различных материалов, инженеры могут создавать роботизированные захваты с пассивной внешней защитой, которая усиливает слабые тактильные сигналы, не подвергая хрупкие датчики механическому износу.

Статья опубликована в журнале PNAS Nexus.

[Фото: Matteo Lo Preti and Lucia Beccai / PNAS Nexus]

Проект коллектива молодых ученых Межфакультетского студенческого конструкторско-технологическое бюро «УМНИК» АлтГУ под названием «Разработка технологии для мобильного культивирования съедобных грибов» выиграл грант Фонда в 2 миллиона рублей.

«Идею сетевого грибоводства наше СКТБ разрабатывает уже не первый год. Реализуя этот проект, мы не пытаемся организовать какое-то большое хозяйство по производству грибов, - мы стремимся разработать систему, которая позволит выращивать съедобные грибы буквально в домашних условиях. Этот проект нацелен, в первую очередь, на фермеров, имеющих большое желание заниматься таким делом. Конечная цель нашего проекта – это готовый мобильный передвижной комплекс по выращиванию грибов практически любых объемов», - уточнил доцент кафедры органической химии химического факультета АлтГУ, руководитель МСКТБ «УМНИК» Дмитрий Николаевич Щербаков.

Молодые ученые уже сделали пробное выращивание первой партии грибов на базе химического факультета АлтГУ и получили положительный результат. Теперь они планируют отработать вариант мобильного передвижного комплекса.

«Передвижной комплекс – это контейнер или мико-бокс, оборудованный системой поддержания тепла, системой увлажнения и системой контроля внутренней среды. Это фактически мобильная климатическая камера с комфортными для грибов условиями, которую, при подключении к электричеству, сможет установить у себя во дворе любой фермер», - пояснил Дмитрий Николаевич.

В проекте будет воплощена идея сетевого выращивания грибов, при этом молодые исследователи планируют активно использовать современные средства информатики и автоматизации для сбора сведений о работе мико-боксов в едином информационном центре.

По мнению Дмитрия Щербакова, для Алтайского края проект по мобильному сетевому выращиванию грибов является актуальным еще и потому, что в нем есть экологическая составляющая. Дело в том, что отходы зерновых и масленичных культур, выращиваемых в больших объемах в регионе, будут использоваться разработчиками проекта для создания субстрата, на котором и растут грибы.

Изображение:  vadimmashkov/Фотобанк ru.123rf.com

Скрытая комната находится над большой галереей, ведущей в Камеру фараона. Ее длина не меньше 30 метров, высота – около 15 метров; предназначение помещения пока не ясно. Это первое с XIX века крупное открытие в пирамиде Хеопса, единственном из Семи чудес света, уцелевшем до наших дней, и оно прошло без проведения раскопок.

«В исследованиях Scan Pyramids использовался инструментарий Geant4, и это не удивительно, – прокомментировал Евгений Черняев. – Во-первых, на сегодняшний день Geant4 является наиболее продвинутой, и поэтому наиболее востребованной программой моделирования прохождения частиц через вещество. Во-вторых, она находится в открытом доступе, и любой пользователь может скачать ее с сайта geant4.cern.ch и установить на своем компьютере».

Geant4 позволяет, в частности, промоделировать прохождение космических частиц через материал пирамиды. Космические мюоны – это вторичные частицы, которые образуются в результате столкновения космических лучей с атомами и молекулами земной атмосферы. Мюоны легко пронизывают каменные блоки и поэтому подходят для мюонной томографии таких массивных объектов, как пирамиды. Если в объекте имеется пустота, то в ее направлении будет наблюдаться существенное увеличение потока мюонов.

«Мы разрабатываем программу Geant4 уже более 20 лет, и область применения этой программы постоянно расширяется. Это не только физика высоких энергий, но и медицина, биология, химия, космос, астрофизика. Например, в Японии ее использовали в онлайн-режиме во время операции по облучению раковой опухоли пациента. Общее количество упоминаний ключевой публикации о Geant4 давно превысило 10 тысяч, и оно постоянно растет», – отметил Евгений Черняев.

Добавим, что ученые ТГУ используют технологию мюонной томографии при создании новейших детекторов для коллаборации ATLAS на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРН. Кроме того, сотрудники лаборатории экспериментальной физики высоких энергий читают лекции и проводят практические занятия по Geant4 в рамках кампусных курсов ТГУ.

Изображение логотипа с сайта ТГУ

Ученые ИЦиГ СО РАН и Института клинической и экспериментальной лимфологии СО РАМН по результатам комплексного исследования подтвердили, что состояние хронического социального стресса, знакомое многим современным людям, оказывает серьезное негативное влияние на организм. Механизмы этого воздействия ученые детально описали в статье Журнала высшей нервной деятельности имени И.П. Павлова.

"Сейчас исследователи могут с уверенностью сказать, что хронический социальный стресс является мощным психопатогенным фактором. Он вызывает изменения в работе многих нейрохимических систем мозга, вплоть до изменений экспрессии генов. В результате формируется психоэмоциональное расстройство, которое длительно сохраняется, запуская целый каскад изменений в организме", — говорится в сообщении.

Так, у мышей, которых продолжительное время вводили в состояние социального стресса, отмечалось развитие смешанного тревожно-депрессивного расстройства, сопровождавшееся нарушениями в работе иммунной системы и даже стимуляцией процессов канцерогенеза (зарождения и развития опухолей).

"Можно сказать, что нами разработан экспериментальный подход для моделирования психогенного иммунодефицита, вызванного хроническим эмоциональным социальным стрессом. В дальнейшем, такую модель можно использовать для разработки методов его фармакологической коррекции", — приводятся в сообщении слова автора экспериментальной модели и руководителя исследований в ИЦиГ СО РАН Наталии Кудрявцевой.

По ее словам, первые шаги в этом направлении уже сделаны в ходе проведенных исследований. В частности, установлено, что первичное воздействие анксиолитиками и антидепрессантами c целью позитивного воздействия на состояние стресса более эффективно, чем прием иммуностимулирующих препаратов и витаминов.

Изображение: rawpixel/Фотобанк ru.123rf.com

"В НПО Лавочкина завершена разработка двух крупных эскизных проектов по опытно-конструкторским работам: "Создание космического комплекса для получения в спектральных линиях вакуумного ультрафиолетового диапазона изображений короны и переходного слоя Солнца" (ОКР "АРКА") и "Создание космического комплекса для проведения контактных исследований поверхности Луны в околополярной области" (ОКР "Луна-Ресурс-1" ПА)", — говорится в сообщении.

Обсерватория "Арка" будет предназначена для определения механизмов нагрева короны и исследования накопления и высвобождения энергии вспышек на Солнце. Она представляет собой комплекс длиннофокусных рентгеновских телескопов высокого временного и пространственного разрешения. Обсерватория будет работать в интенсивных спектральных линиях крайнего ультрафиолетового и мягкого рентгеновского диапазонов, недоступных для регистрации с поверхности Земли.

По словам разработчиков, с помощью аппарата, который разместят на околоземной бестеневой орбите, планируется впервые обнаружить и исследовать микроэволюцию солнечных магнитных полей и плазмы, установить механизмы распространения колебаний Солнца и переноса их энергии в нижнюю и верхнюю корону, исследовать связь между микро- и макропроявлениями солнечной активности, определить энергетику микровспышек, а также их роль в формировании горячей короны Солнца.

Основными инструментами обсерватории являются два уникальных двухзеркальных телескопа системы Ричи-Кретьена с диаметром главных зеркал от 20 до 25 сантиметров и эффективным фокусным расстоянием более 20 метров. За счет этого удастся наблюдать Солнце с рекордным пространственным разрешением в 0,1 угловой секунды, что в шесть раз превышает рекордное на сегодняшний момент разрешение телескопов на борту американского космического аппарата SDO.

Фото © РИА Новости / Сергей Пятаков

Врачи и ученые бьют тревогу: сегодня человечеству угрожает реальная опасность вернуться в век без антибиотиков. «По результатам исследований Всемирной организации здравоохранения, в 2016 году от инфекций, вызванными устойчивыми к антибиотикам бактериями, в мире умерло 700 тысяч человек, а к 2050-му это число может возрасти до 10 миллионов — больше, чем сейчас умирает от рака. Многие заболевания, которые, казалось бы, остались в прошлом, возвращаются с новыми агрессивными штаммами, и против них нет лекарств. Например, туберкулез», — пугают создатели фильма «Антибиотики», вышедшего в рамках цикла «Большой скачок» на телеканале «Наука. 2.0».

На фестивале науки «Кстати», организованном новосибирским Информационным центром по атомной энергии, известный российский биоинформатик, заместитель директора Института проблем передачи информации имени А.А. Харкевича РАН доктор биологических наук Михаил Сергеевич Гельфанд прокомментировал это документальное кино, а также рассказал, насколько реальна угроза устойчивости бактерий к антибиотикам.

«Вся история про устойчивость к антибиотикам абсолютно дарвиновская, классическая: про естественный отбор, который можно описать ровно в тех же терминах, что и происхождение видов. В любой естественной популяции есть определенный спектр по отношению к некоторому признаку. Когда присутствует антибиотик в малой дозе, — это может быть лечение или внешняя среда, — происходит отбор, вы убираете чувствительные бактерии, а чуть-чуть резистентные остаются без конкурентов. Так шестеренка проворачивается на один зубец. В следующий раз у пациента вся популяция будет чуть более устойчивой (и у следующего больного тоже). В естественных условиях полная резистентность бактерии к антибиотику вырабатывается за 10—20 лет», — отметил ученый.

На сегодняшний день Россия является основным источником устойчивого к антибиотикам туберкулеза. Он идет из тюрем и лагерей. Процент подверженных этому заболеванию там очень большой, а советские схемы его лечения — очень продолжительные. Заключенные выходят на свободу еще не выздоровевшими, там лечение бросают и начинают распространять резистентные бактерии. 

В прошлом году был опубликован интересный эксперимент. Исследователи сделали следующее: взяли большое корыто, залили в него питательную среду, разделили ее на полосы и на каждую (кроме первой) нанесли с каждым разом увеличивающуюся концентрацию антибиотика — от минимальной (при ней бактерии не гибнут, но не могут расти) до доз в 10, 100 и 1 000 раз превышающих минимальную. Затем в это корыто запустили бактерии. Они за сутки заселили первую, пустую, полосу и остановились. Однако появились мутанты, способные вынести маленькую дозу антибиотика, и от них начала расти колония, дошла до следующей границы, там появился новый мутант, который в состоянии перенести уже десятикратную дозу, и история повторилась. Бактерии, способные жить при тысячекратной летальной дозе антибиотика, выросли за 24 дня. «Разумеется, такие организмы — «дохлые». Если вы заставите их соревноваться с исходными бактериями, с которых всё начиналось, то вторые очень быстро резистентные вытеснят. Устойчивость к антибиотику — вещь не бесплатная, чтобы ее выработать, бактерия замедляет все жизненные процессы», — говорит Михаил Гельфанд. Однако в долгосрочной перспективе подобные механизмы все-таки неплохо позволяют микроорганизмам выживать.

На сегодня известно три разных способа, какими бактерия вырабатывает устойчивость к антибиотику. Первый — это поменять его мишень. Если фермент, на который антибиотик действовал, немного меняется, лекарство перестает его узнавать. Такой механизм для бактерии не очень удобен, ведь фермент был ей зачем-то нужен, выполнял какие-то функции, но когда речь идет о выживании, тут уже не до выбора. Второй способ: выкачивать из клетки попавший туда антибиотик. Вместе с антибиотиком выкачивается еще и уйма всего полезного, но, как говорилось выше, другого выхода нет. Третий механизм: бактерия может выработать у себя фермент, разрушающий антибиотик. Именно так произошло с пенициллином, для борьбы с которым возникли разрезающие его молекулы белки-лактамазы. Устойчивость по второму и третьему типу не изобретается каждый раз заново, а передается с помощью горизонтального переноса. Механизм этого переноса таков, что бактерия может передавать свой генетический материал даже далеким неродственным бактериям, ответственным за совершенно другие болезни. То есть, однажды выработав удачный способ защиты, она охотно делится им со всеми своими «родственниками» как близкими, так и весьма отдаленными. Таким образом антибиотик перестает помогать от многих заболеваний сразу.

Получается, чем больше применяется антибиотиков, тем хуже они работают. И главные причины повальной резистентности — это свободное распространение антибиотиков в аптеках (когда без рецепта можно купить всё что угодно, особенно этим грешат Россия, Китай, США) и их применение в сельском хозяйстве. Ими кормят животных, чтобы те быстрее росли и набирали вес, обрабатывают овощи и фрукты для упрощения хранения и транспортировки. «В сельском хозяйстве используется в десять раз больше антибиотиков, чем в медицине. По совокупности генов, которые представлены в резистоме, порядка 80 % — это гены устойчивости к антибиотикам, разрешенным для пищевой промышленности и сельского хозяйства, или их аналогам», — отмечает в фильме телеканала «Наука.2.0» заведующая лабораторией молекулярной генетики микроорганизмов Федерального научно-клинического центра физико-химической медицины доктор биологических наук Елена Николаевна Ильина. 

Выходящие из строя лекарственные средства необходимо чем-то заменять. Однако с каждым годом новых антибиотиков производят всё меньше — с 2000 года появилось только пять таких препаратов, за 2015—2016 годы ни одного нового не зарегистрировано. «Это проблема даже не столько биологическая, сколько экономическая. Фармацевтическим компаниям вкладываться в их разработку совершенно не выгодно — они предпочитают производить то, что люди будут принимать долго, и продажи оправдают средства, которые ушли на разработку. Коэффициент конверсии в фармакологии на самом деле ужасающий, я за цифры не ручаюсь, но примерно из 100 лекарств, которые начинают разрабатывать, до аптеки доходит только одно. Антибиотик же, во-первых, никто не пьет всю жизнь, его принимают короткими курсами — если за две недели не вылечился, то бессмысленно и продолжать. А с другой стороны, лекарственная устойчивость к нему возникает за считаные годы. То есть время активных продаж антибиотика настолько маленькое, что средства, вложенные в разработку, не вернутся. И то, что нет новых классов антибиотиков, — это, на самом деле, не закон природы, а закон экономики», — говорит Михаил Гельфанд.

Сейчас ученые активно пытаются найти антибиотикам замену — подобрать лекарства, уничтожающие опасные патогены другими способами. Так, в фильме телеканала «Наука. 2.0» большая надежда возлагается на лантибиотики — вещества, которые бактерии вырабатывают сами для борьбы с себе подобными. В Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и некоторых других научных организациях страны делается ставка на бактериофаги — вирусы, убивающие бактерии, но безвредные для человека. Однако пока все эти разработки находятся на стадии исследований. Для внедрения в лечебную практику бактериофагов, например, нужна персонализированная медицина. Они не относятся к препаратам «широко спектра действия», по сути, для каждого штамма подбирается свой фаг. Возможно, когда-нибудь ученым удастся найти «волшебную пилюлю», сегодня же антибиотики для человечества всё еще жизненно необходимы, и единственный верный способ хоть как-то удержать их от окончательного падения — строго ограничить их распространение и не принимать по пустякам.

На фото: Михаил Сергеевич Гельфанд. Фото Юлии Поздняковой

Многие тяжелые металлы — металлы с атомным весом более 50 — участвуют в биологических процессах и в определенных количествах являются необходимыми для функционирования растений, животных и человека микроэлементами. Однако ряд тяжелых металлов являются токсичными и могут накапливаться в организме — в первую очередь, это свинец и ртуть. Эти металлы также могут накапливаться в продуктах, в том числе овощах и фруктах.

В свою очередь нитраты — это соли азотной кислоты, присутствующие во всех живых организмах и составляющие необходимую часть питания растений. Само по себе присутствие нитратов в организме человека естественно, но опасным может быть избыток этих веществ. Но продукты питания содержат не только вредные для человека вещества, но и полезные. К таким веществам можно отнести антиоксиданты. Они ингибируют окисление и защищают клетки нашего организма от внешних и внутренних токсических воздействий, в частности, нейтрализуют окислительное действие свободных радикалов.

«В России на федеральном уровне принята “Стратегия повышения качества пищевой продукции в Российской Федерации до 2030 года”, включающая расширение набора простых и экспрессных методов анализа продуктов не только для специализированных лабораторий, но и для бытовых нужд. Кроме того, естественной потребностью человека является желание знать, что он ест и пьет. Мы разработали метод бесприборного визуального анализа, чтобы каждый человек мог самостоятельно проверить продукты питания на самые разные показатели с высокой точностью, не используя специальных приборов и не обращаясь в лаборатории. Для этого мы используем полимер “полиметилметакрилат” — это оргстекло. Мы его модифицируем таким образом, что полимер приобретает 3D-структуру и позволяет помещать в себя другие реагенты, взаимодействующие с тяжелыми металлами, нитратами, антиоксидантами или микроэлементами. При контакте с полезными или токсичными веществами изначально прозрачный бесцветный полимер меняет цвет», — рассказывает научный руководитель проекта, профессор Инженерной школы природных ресурсов Михаил Гавриленко.

Такое модифицированное оргстекло относится к классу «дышащих» полимеров, буквально впитывающих в себя целевое вещество в течение нескольких минут. Для проведения анализа достаточно положить пластинку в кашицу измельченного продукта. И если, например, в яблоке есть нитраты, пластина станет желто-коричневой, а если тяжелые металлы, то покраснеет тем больше, чем выше их содержание. Такой простой метод визуального определения аттестован Росстандартом и внесен в реестр Федерального информационного фонда по обеспечению единства измерений.

«Реагенты включены прямо в прозрачную пластинку, но они не являются функциональной группой полимера, в данном случае полимер — лишь ячеистый контейнер для реагента. На сегодняшний день такой подход превосходит мировой уровень. За рубежом поступают иначе — каждый раз под конкретную задачу реагенты встраивают в полимер как функциональную группу. Еще один зарубежный подход — полимеры и реагенты смешивают в неустойчивые структуры геля. И здесь возникает целый ряд проблем, в том числе и то, что далеко не каждый реагент можно встроить в структуру. Это делает зарубежные аналоги неустойчивыми. Наши же полимерные датчики могут храниться очень долго, не теряя своих свойств», — отмечает ученый.

По словам разработчиков, такие полимерные датчики для анализа сельскохозяйственной продукции актуальны для крупных оптовых поставщиков.

«Торговые сети, как правило, ведут закупки овощей, фруктов у крупных оптовиков. И если торговые сети имеют собственную систему контроля качества, то оптовики не всегда, и тем более из этой системы исключены непосредственно производители и фермерские хозяйства. В итоге от некачественного продукта страдают все, несут финансовые потери. Контроль продукции на тяжелые металлы, нитраты, пестициды можно проводить на месте закупки или прямо в поле у производителя, чтобы сразу определиться — закупать продукцию или нет», — говорит  Михаил Гавриленко.

Стоимость одного полимерного датчика для проведения анализа на месте не превышает нескольких десятков рублей, что в 20-30 раз дешевле традиционного метода спектрофотометрии. Кстати, сохраненные цветные пластинки могут быть использованы впоследствии и в обычном фотометрическом оборудовании для подтверждения результатов визуального определения.

Изображение логотипа с сайта ТПУ

От удара (в случае травмы позвоночника), разрыва сосуда (в случае инсульта) или при некрозе (инфаркт) прекращение тока крови при спазме артерий или их закупорке в ближайших тканях органа приводит к гипоксии – патологическому процессу, связанному с  нехваткой кислорода. Этот фактор блокирует конечное звено дыхательной цепи в клетках и является причиной избыточного образования так называемых свободных радикалов (активных форм кислорода). Они, в свою очередь, оказывают разрушительное влияние на клеточные мембраны и запускают цепь  реакций, ведущих к повреждениям и смерти клеток и тканей.  Эти осложнения приводят к дополнительному  повреждению спинного мозга и смерти нейронов, усугубляя клиническую картину.

Эффективным естественным поглотителем свободных радикалов является особый фермент-антиоксидант – супероксиддисмутаза (SOD1). Оперативная доставка вещества  к поврежденному органу может смягчить  окислительный стресс на фоне избытка свободных радикалов и купировать процесс разрушения тканей. Однако, значительной проблемой является неустойчивость фермента в кровотоке при внутривенном  введении пациенту: он быстро разрушается, не успевая провести свою работу по нейтрализации свободных радикалов.

"С целью создать устойчивый терапевтический комплекс на основе SOD1  мы разработали  каталитически активные наноформы супероксиддисмутазы, так называемые "нанозимы", – рассказывает один из соавторов разработки, заведующий лабораторией "Биомедицинские наноматериалы" НИТУ "МИСиС" Максим Абакумов. – В частности, мы первыми в мире получили химически "сшитый" многослойный полиионный комплекс SOD1, куда дополнительно впервые было введено поверхностное покрытие из блок-сополимера и ПЭГ-полиглутаминовой кислоты".

В результате была получена пористая полимерная капсула (размером примерно 40-50 нанометров) с молекулой фермента. Эта капсула работает как многоразовая ловушка, пропуская внутрь свободные радикалы и нейтрализуя их там.

"Нами были разработаны нанозимы с высокой ферментативной активностью и способностью сохранять и защищать SOD1 в физиологических условиях, которые увеличивают время циркуляции активного SOD1 в крови по сравнению со свободными молекулами  SOD1. Период полувыведения вещества составлял 60 против 6 минут", — добавил Максим Абакумов.

В ходе экспериментальных испытаний вещества научный коллектив под руководством профессора Университета Северной Каролины Александра Кабанова получил обнадеживающие лабораторные результаты. Однократная внутривенная инъекция нанозимов, содержащая 5000 условных единиц SOD1 на 1 кг веса, улучшила восстановление двигательных функций у крыс с умеренной травмой спинного мозга. Кроме того, наблюдалось снижение отечности, сжатие спинного мозга и образование посттравматических кист.

Таким образом, успешное тестирование модели нанозимов фермента SOD1 на грызунах доказало перспективность вещества для удаления свободных радикалов, уменьшения воспаления и отека, а также и ускорения реабилитации после травмы спинного мозга, инсульта и инфаркта. В ближайшее время коллектив планирует перейти к доклиническим испытаниям.

© Иллюстрация РИА Новости . Алина Полянина

Остатки гигантского животного ученые нашли в разрезе Шестаковский Яр (Кемеровская область), который включает одни из крупнейших местонахождений динозавровой и мамонтовой фауны в России. Костные фрагменты были захоронены в плотном песчанике илекской свиты, на их извлечение из глыб сцементированной породы у исследователей ушло несколько лет лабораторных работ. В результате из одних частей был собран почти целый крестец, а из других многочисленных кусочков удалось смонтировать часть лопатки и шейные позвонки.

«Новый род динозавров описан по нескольким изолированным позвонкам, которые, скорее всего, принадлежат одной особи. Кроме того, к нему же относится фрагмент стопы, описанный в 2002 году. Вместе с ученым из Зоологического института РАН, профессором Александром Аверьяновым, работающим в нашей лаборатории, мы провели сравнительный анализ остатков с зауроподами, найденными в других странах. Оказалось, что у нашего ящера есть анатомические особенности, отличающие его от всех известных собратьев», – рассказывает сотрудник лаборатории континентальных экосистем мезозоя и кайнозоя геолого-географического факультета Томского государственного университета Степан Иванцов.  

Характерной чертой нового рода является наличие пяти крестцовых позвонков, крестцовых ребер, ориентированных радиально (в форме звезды), и особого гребня на невральной дуге туловищного позвонка. Древних ящеров с таким строением скелета еще нигде не находили.

Анатомические особенности и привязка к бывшему ареалу обитания зафиксированы в латинском названии нового вида – Sibirotitan astrosacralis (Сибиротитан звездокрестцовый). Первая часть имени указывает на гигантские размеры динозавра, длина которого могла достигать 20 метров, а вес 50 тонн.

До недавнего времени было известно лишь об одной российской находке костей динозавра из отряда зауропод. Несколько позвонков древнего животного обнаружили в Забайкалье. На данный момент сибиротитан, чей возраст составляет около 100 миллионов лет, является вторым описанным в России зауроподом и старейшим представителем титанозавриформ в Азии.

Добавим, что в отличие от палеонтологических находок, которые хранятся в музеях других университетов России, ТГУ установил уникальный экспонат в месте свободного доступа – в холле Центра культуры, где он доступен максимальному количеству людей.

Изображение логотипа с сайта ТГУ

"В институте стартовал новый проект по разработке неинвазивных препаратов на основе эхинохрома — хиноидного пигмента морских ежей, которые найдут широкое применение для лечения ишемической болезни сердца, катаракты, глаукомы, диабета, атеросклероза, хронических воспалительных заболеваний легких и возрастных изменений", — говорится в сообщении.

Препарат на основе эхинохрома — "Гистохром" — выпускается только в форме раствора для инъекций, так как лекарственная субстанция этого препарата плохо растворима в воде. По словам одного из разработчиков лекарственного препарата, заведующего лабораторией морских хиноидных соединений Сергея Федореева, инъекционные формы не очень удобны для применения.

Одна из особенностей существующего лекарства — малый срок годности, поэтому одна из задач разработки — повысить растворимость препарата и защитить его от окисления, сохраняя и усиливая его фармакологические свойства.

Партнером в реализации этого проекта стал Центр сердечно-сосудистых и метаболических болезней университета Инье из Республики Корея. С российской стороны проект поддержан министерством образования и науки Российской Федерации, отметили в пресс-службе.

Неинвазивный — термин, который используется для характеристики методов исследования или лечения, во время которых на кожу не оказывается никакого воздействия с помощью игл или различных хирургических инструментов.

Изображение: vitalii2021/Фотобанк ru.123rf.com

В настоящее время в экзосферах Луны и Меркурия обнаружены атомы щелочных и щелочноземельных металлов: Li, Na, K, Mg и Ca. Нашли их с помощью спектроскопических приборов на спутниках, а также с помощью телескопов на Земле. Причин появления этих металлов в экзосферах может быть несколько, однако наиболее вероятной является метеоритная бомбардировка. Это подтверждается еще и тем, что во время метеоритных потоков концентрация металлов увеличивается. 

Исследование экзосферы планет и небесных тел Солнечной системы – одна из важных задач современной астрохимии. В частности, для ее решения европейские и японские ученые планируют отправить в 2018 году миссию (спутник) BepiColombo для изучения экзосфер Меркурия.

 «Дело в том, что при приближении к поверхности небесных тел метеороиды развивают скорость, равную нескольким десяткам км/c, и, следовательно, обладают большой кинетической энергией, которая при их падении выделяется в виде теплоты, – объясняет Рашид Валиев. – Далее после определенных термохимических реакций образуются оксиды и гидроксиды этих металлов, которые вылетают с большой скоростью. Под действием солнечного излучения такие молекулы могут распадаться на отдельные составляющие – так атомы металлов появляются в экзосферах небесных тел Солнечной системы».

Для проверки гипотезы ученые должны были определить время фотолиза  –  развала молекулы на атомы под влиянием солнечного излучения. Если молекулы разваливаются быстро и не успевают покинуть экзосферу, гипотеза верна.  Изучить процессы фотолиза в космических условиях или экспериментально провести такие эксперименты крайне сложно. Однако их можно смоделировать на суперкомпьютерах.

«Мы построили физическую модель, вывели рабочие  формулы. Далее написали расчетную вычислительную компьютерную программу. Основные вычисления были проведены с помощью методов квантовой химии на суперкомпьютере ТГУ, – говорит ученый. – Наши результаты подтвердили, что источником атомов в экзосферах Луны, Меркурия и, возможно, других небесных тел Солнечной системы действительно является фотолиз солнечными фотонами молекул LiO, NaO, KO и MgO».

В дальнейшем Валиев вместе с коллегами планирует рассмотреть целую серию молекул, включая трехатомные, чтобы окончательно подтвердить все выводы данной гипотезы. Сейчас команда представляет свои результаты на научных конференциях, привлекая к исследованиям студентов, которые пишут по теме курсовые работы.

Изображение логотипа с сайта ТГУ

Учёные исследовали белки, содержащиеся в конденсате выдыхаемого воздуха (КВВ) космонавтов до и после полёта. Показано, что белковый состав после полёта значительно отличается от предполетного. В результате длительного полёта и посадки в выдыхаемом воздухе появились новые белки, свидетельствующие о повреждениях внутри организма космонавта.

Конденсат выдыхаемого воздуха — это проба, которую получают из выдыхаемого пациентом воздуха при его охлаждении. В нем содержатся разные биологические вещества, такие как белки, липиды и нуклеотиды, по которым можно судить о патологических процессах в организме пациента. При этом сбор КВВ — неинвазивный метод, он не требует проведения сложных процедур и применим даже к пациентам в очень тяжёлом состоянии.

Основная проблема анализа КВВ в качестве способа диагностики — это очень низкое содержание макромолекул в выдыхаемом воздухе. Задачу осложняет также их большая вариабельность и то, что молекулы обычно попадают в выдыхаемый воздух только частично. Эти проблемы попытались решить исследователи из Международного биотехнологического центра МГУ при изучении КВВ космонавтов. 

Учёные разработали метод диагностики состояния космонавтов на основе изучения белков, содержащихся в КВВ. Выдыхаемый космонавтами воздух собирали в охлаждаемые ёмкости, получая конденсат, а потом с помощью лиофилизации (осторожного высушивания) выделяли из него белки. Именно такой метод позволяет делать это эффективнее всего. Пробы брали у космонавтов до и после продолжительных орбитальных полётов на Международную космическую станцию, в ходе предполётной подготовки, в момент посадки спускаемых аппаратов и спустя семеро суток после посадки. Выделенные белки сначала гидролизовали — то есть расщепляли на отдельные части — с помощью фермента трипсина. После этого их изучали методом масс-спектрометрии ультравысокого разрешения в сочетании с высокоэффективной жидкостной хроматографией. После получения данных с масс-спектрометра их долго обрабатывали с помощью различных биоинформатических методов. В основном использовались биоинформатические методы работы с большими массивами данных.

«Применение математических методов компьютерного анализа стало действительно прорывом, поскольку КВВ не позволяет проводить количественный анализ белков, более того, белки в нём присутствуют в виде отдельных фрагментов и в крайне низкой концентрации», — сообщает Кристина Федорченко, ассистент Международного биотехнологического центра МГУ имени М.В. Ломоносова.

По результатам исследования учёные обнаружили 44 белка, которые появились после долгого полёта и посадки. Среди этих белков было много белков иммунного ответа: они свидетельствуют о повреждении клеток и сосудов. В некоторых пробах даже обнаружили белки-онкомаркеры, то есть те белки, которые обычно свидетельствуют об онкологических заболеваниях. Таким образом, благодаря изучению КВВ станет возможно вовремя диагностировать патологические изменения в состоянии космонавтов.

Полученные данные можно использовать для создания системы мониторинга состояния космонавтов после длительных космических полётов. Группа учёных из Международного биотехнологического центра МГУ занимается изучением не только КВВ космонавтов, но и диагностикой рака лёгкого, в особенности в случае, если рак присутствует вместе с другими заболеваниями, и изучением лёгочных патологий недоношенных детей. С помощью разрабатываемого подхода можно будет создать новый метод ранней диагностики онкологических заболеваний и респираторных заболеваний, в особенности у групп населения, подверженных высокому риску развития различных патологий дыхательной системы. КВВ позволяет определять различные группы заболеваний, что особенно важно в случае, если у пациента отягощённый анамнез и важно правильно и своевременно поставить диагноз. Метод можно использовать и для фундаментальных исследований: подробно изучить, как развиваются патологические изменения на ранних стадиях онкологических заболеваний. 

Создаваемые в рамках проекта подходы к проведению масштабных исследований КВВ в условиях клиники, а также подходы к сбору, хранению, подготовке и анализу образцов являются абсолютно новыми. На их базе впоследствии будут созданы протоколы методов диагностики на стадии научно-исследовательских работ. Работа выполнена совместно с Институтом биохимической физики имени Н.М. Эмануэля РАН.

Фото: Елена Либрик/«Научная Россия»

Изображение логотипа с сайта Федерального исследовательского центра КНЦ СО РАН

Помягче или пожёстче?

Полипропилен иногда называют «королём пластмасс», потому что он используется повсеместно. По объёмам производства среди полимеров его обгоняет только полиэтилен. Из полипропилена можно получать материалы с широким спектром свойств: от эластичных резинок до высокопрочного пластика, — немного меняя структуру молекул. Однако взаимосвязь между химическим строением и механическими свойствами по прежнему до конца не установлена.

Полимерные материалы способны к метаморфозам благодаря их строению. Полимеры — это длинные молекулярные цепочки, причём цепочки могут быть разной длины. Если материал представляет собой аморфную кашу из молекул, то он будет очень мягким. Но части цепочек могут сцепляться и образовывать так называемые кристаллиты. Кристаллиты — это участки, где атомы строго упорядочены, как в кристаллах. Кристаллиты служат узлами, скрепляющими цепочки, и чем их больше, тем прочнее сетка из цепочек и тем жёстче материал. Чтобы цепочки связывались, у структуры молекул должна быть определённая особенность.

Как тактично

Химическая формула полипропилена — цепочка, звеньями которой служит пропилен (пропен). А пространственная структура молекулы определяется тем, как звенья расположены по отношению друг к другу. Если их «хвостики» CH3 смотрят в одну сторону, это называется изотактичностью, если по очереди смотрят то в одну, то в другую — синдиотактичностью, а если никакой закономерности нет, говорят об атактичности. Изотактические участки хорошо скрепляются друг с другом, поэтому чем их больше, то есть чем выше изотактичность полипропилена, тем прочнее должен быть материал. Химики-синтетики могут получать полипропилен с определённой степенью изотактичности. Как именно связаны между собой изотактичность и механические свойства материала — вопрос, который поставили перед собой авторы исследования.

Установленный закон

Степень изотактичности полимеров измеряется процентным содержанием пентад. Пентада — это изотактический участок молекулы, состоящий из пяти звеньев. Учёные изучали полипропилен с разной степенью изотактичности: 25, 29, 50, 72, 78, 82 и >95%. Из этого полипропилена получали образцы в виде тонких плёнок толщиной 0,5–0,7 мм двумя способами: в одном случае расплавленный материал закаляли холодной водой, а в другом — медленно остужали со скоростью 3 градуса в минуту. Полипропиленовые плёнки растягивали со скоростью 10 мм/мин с помощью специальной тестовой машины. На основе механических тестов для каждого образца построили кривую деформации. Поведение образцов при деформации зависело от их изотактичности и предыстории. Эту закономерность учёные отобразили с помощью зависимости модуля упругости от степени кристалличности. Чем выше модуль упругости, тем неподатливее материал. Степень кристалличности — это содержание кристаллитов в материале по отношению к аморфной части. Кроме этого, учёные показали, что у закалённых и медленно охлаждённых образцов кристаллиты находятся в разной форме.

«Многие пытаются улучшать свойства полипропилена, потому что отдача очень большая: его выпускают миллионами тонн. Можно чуть-чуть изменить структуру цепи или начальные условия и получить материал с необходимыми свойствами. Во время синтеза можно задать структуру молекулы, но оказывается, что задавая структуру молекулы, вы задаёте свойства сетки, а задавая свойства сетки, вы задаёте свойства материала. Это самый главный вывод, который мы делаем в статье. Сейчас мы проделываем подобную работу над не менее популярным полимером — полиэтиленом», — комментирует автор статьи, преподаватель МФТИ и ведущий научный сотрудник лаборатории функциональных полимерных структур ИСПМ РАН Максим Щербина.

Работа выполнена в рамках гранта РНФ

Изображение логотипа с сайта МФТИ

Жидкие кристаллы – это особое состояние вещества, при котором последнее обладает характеристиками одновременно жидкостей и кристаллов и способно менять свои свойства под действием электрических полей. Выделяют два вида жидких кристаллов: закрученные в сложную спиральную структуру (холестерические) и вытянутые в нитевую структуру (нематические). Российские физики изучили капли спирально закрученных жидких кристаллов и выяснили, что при помещении в электрическое поле они «раскручиваются» в нить.

«Под воздействием электрического поля происходит практически полная раскрутка структуры капли хирального жидкого кристалла, и она становится подобной структуре капли нематического жидкого кристалла. После резкого выключения поля нитевая структура быстро возвращается в закрученное состояние», – рассказал Александр Емельяненко, один из авторов исследования, ведущий научный сотрудник кафедры физики полимеров и кристаллов физического факультета МГУ.

В результате серии экспериментов учёные выяснили, что при медленном выключении электрического поля капля жидкого кристалла не возвращается в исходное состояние, а принимает другую, более сложную структуру. Изменяя параметры электрического поля, можно получать различные структуры жидкого кристалла. Полученный результат может позволить создавать воспроизводимые состояния жидких кристаллов, а значит, записывать с их помощью информацию.

«Полученные результаты открывают возможности для обратимых переключений между различными структурами капель, что перспективно для развития материалов с эффектами памяти», – также пояснил учёный.

В работе принимали участие учёные из Института физики имени Л.В. Киренского Сибирского отделения РАН, Института инженерной физики и радиоэлектроники Сибирского федерального университета и Государственного университета Чэнгун (Тайвань).

Фото: Елена Либрик/«Научная Россия»

Заведующий лабораторией экологии микроорганизмов Школы биомедицины ДВФУ, доктор биологических наук Михаил Щелканов отметил, что описаны новые виды вирусов из рода Nepovirus: вирус мозаики фримы азиатской, вирус мозаики коммелины, вирус некротической пятнистости пажитника, вирус некротической пятнистости овощного перца. Вирусы обнаружили при ревизии штаммов, хранящихся в Российской коллекции вирусов Восточной Азии на базе Научного центра биоразнообразия ДВО РАН.

"Выделение нового вируса — это событие в мире науки… Фитовирусы адаптированы к более древним формам жизни, поэтому изучая их, мы лучше понимаем вирусы животных. Это также важно для укрепления продовольственной безопасности государства. Фитовирусы в несколько раз снижают урожайность многих сельскохозяйственных культур. Например, мы выявили, что на территории Приморья картофель поражают 14 вирусов. Чем больше мы знаем о патогенах, поражающих картофель, томаты, баклажаны, бахчевые, садово-огородные и другие культуры, тем эффективнее можем бороться с ними", — сказал ученый.

От фитовирусов нет вакцины, и задача ученых — искать способы ограничить их действие и разрабатывать безвирусные посевные материалы. Для этого нужно развивать биотехнологии и готовить молодых специалистов, добавил Щелканов.

Изображение логотипа с сайта ДВФУ

"Батагаит - очень сложный для исследования минерал, и теми методами, которые были в 1980-х годах, изучить его было невозможно. <...> Только благодаря современному оборудованию научного парка СПбГУ один из участников исследования, аспирант вуза Тарас Паникоровский, смог расшифровать его сложную структуру", - цитирует пресс-служба завкафедрой кристаллографии вуза профессора Сергея Кривовичева.

Минерал содержит кальций, цинк, медь и фосфор. Название батагаиту ученые дали в честь поселка в Якутии, рядом с которым он был найден, - в 1980-м году участникам экспедиции Кольского научного центра РАН удалось собрать у горы Кестер (находится недалеко от Батагая) образцы нового минерала. В ходе его исследований с помощью оборудования научного парка СПбГУ выяснилось, что вещество не имеет аналогов ни среди минералов, ни среди неорганических веществ, а также обладает интересной кристаллической структурой.

Батагаит почти бесцветный - он имеет едва заметный светло-голубой оттенок, а его тонкие пластинки, образующиеся на поверхности самородной меди, довольно хрупкие и легко откалываются. "Рано говорить о практической ценности батагаита, ведь свойства новых минералов обычно открывают через какое-то время после находки. <...> Однако другие подобные минералы меди обладают интересными магнитными свойствами. Возможно, мы попытаемся синтезировать батагаит в лаборатории, чтобы лучше изучить его", - отметил Кривовичев.

Работы по исследованию минералов меди проводятся в рамках гранта Российского научного фонда "Минералы и неорганические соединения меди: стереохимия, структурное разнообразие, кристаллохимические факторы устойчивости" под руководством Кривовичева.

 Фото © Сергей Савостьянов/ ТАСС

Клистрон — это высокочастотный генератор, который является важной частью системы ускорения частиц в коллайдере. Ранее клистроны с такими параметрами закупались в Японии (Toshiba) и Западной Европе (Thales).

"Нам нужны мощные генераторы — клистроны, которые позволяют создавать интенсивное электромагнитное поле, оно, собственно, и ускоряет частицы в коллайдерах. В настоящее время такие приборы в России не производятся. С одной стороны, они дорогие, с другой стороны — сейчас ситуация такая, что нам могут их просто не продать", — сказал ученый.

Он отметил, что клистрон станет одним из ключевых элементов планируемого к созданию в Новосибирске "меганаучного" проекта — уникального электрон-позитронного коллайдера (Супер чарм-тау фабрики). В связи с этим в рамках гранта РНФ было принято решение научиться делать такие клистроны и в дальнейшем производить их по мере необходимости.

"В настоящее время такой клистрон собран и был (его основная часть) испытан в так называемом негенерирующем режиме и в принципе показал, что пучок пролетает. Сейчас мы готовимся сделать дальнейшие шаги, чтобы из этой сердцевины сделать настоящий СВЧ-прибор. Этого надеемся достичь в наступающем году", — сказал Левичев.

В ИЯФ отметили, что создание макета и начало испытаний клистрона стало одним из важнейших результатов третьего года реализации гранта Российского научного фонда.

Фото © РИА Новости / Павел Комаров

Пептидные антибиотики - антимикробные соединения, которые могут вырабатываться различными бактериями и грибами, содержат аминокислоты. К ним чувствительны кишечная и синегнойная палочка, энтеробактерии, сальмонеллы и другие виды бактерий. Некоторые пептидные антибиотики применяют, кроме медицины, также и в пищевой промышленности, в животноводстве.

"Одежда из хлопковых тканей с обеззараживающими свойствами была бы полезна для медицинского персонала, для людей с пониженным иммунитетом или ослабленных в результате болезней или возраста. Недавно был предложен способ модификации хлопковых волокон путем химического "пришивания" к ним пептидов-антибиотиков (пептид - короткий участок белка). Пептиды должны оставаться на поверхности хлопкового волокна, а не проникать внутрь, и мы предложили новый физический способ такого контроля", - рассказал он. Разработкой таких тканей занимаются химики из Падуи.

Применяющаяся в настоящее время стерилизация медицинской одежды с помощью высокой температуры не дает продолжительного эффекта. Существующие химические препараты для обеззараживания тканей бывают нестойкими либо токсичными, отмечает ученый. Хлопок с содержанием антибиотика имеет антибактериальные свойства сам по себе.

Ученые ИХКГ СО РАН решили проблему поддержания антибактериальных качеств хлопка следующим образом: они пометили отдельные элементы белков на поверхности хлопка, а затем измерили глубину проникновения пептидов. "Измерить глубину проникновения пептидов в волокна хлопка непросто: их концентрация невысокая, а волокна толщиной всего порядка 10 микрон. Наш способ имеет разрешающую точность порядка 1 микрона, этого достаточно для контроля над процессом создания ткани", - пояснил Дзюба.

Результаты исследования опубликованы в международном научном издании Applied Magnetic Resonance.

Фото © Михаил Терещенко/ ТАСС

Когда утро хуже вечера 

Из желудка в кровь попадает малое количество выпитого алкоголя. Большая его часть всасывается через стенки двенадцатиперстной кишки, усеянные большим количеством кровеносных сосудов. Вместе с кровью молекулы этанола (действующего вещества любого хмельного напитка) попадают в воротную вену, идущую в печень. Там расщепляется немножко молекул, остальные продолжают циркулировать по кровеносной системе, пока снова не пройдут через печень, где разложится еще какое-то количество.

Блуждание спирта в крови продолжается, пока его концентрация не опустится до естественного уровня. Да, в организме человека всегда содержится некое фоновое количество этанола, хотя и очень небольшое — не более одного миллиграмма на литр. Всего печень перерабатывает около 90% принятого на грудь спирта, остальное выводят почки с мочой, легкие при дыхании и кожа через пот. 

При обнаружении этанола печень задействует три основных фермента — алкогольдегидрогеназу, цитохром 2Е1 и ацетальдегиддегидрогеназу. Первые два окисляют этанол с образованием ацетальдегида, который затем преобразуется третьим ферментом в уксусную кислоту, распадающуюся на воду и углекислый газ с выделением энергии. Из всех продуктов распада ацетальдегид отравляет сильнее всего. И чем быстрее он покинет организм, тем скорее наладится самочувствие человека и тем меньший урон понесут его органы. Дело в том, что ацетальдегид — химически активная молекула, взаимодействующая с белками и нарушающая их функцию. Под удар попадают центральная нервная система, различные ткани. Этим и вызваны общая слабость, нездоровое состояние наутро после застолья.

Этанол расщепляется тем скорее, чем активнее ферменты. Концентрация алкогольдегидрогеназы зависит от пола, веса и возраста человека, но в большей степени от генетики. К сожалению, искусственно увеличить активность этого фермента невозможно. Правда, работоспособность другого фермента — цитохрома 2Е1 — может возрасти на фоне регулярного употребления спиртных напитков, поэтому "натренированные люди" приходят в норму быстрее. И все же отрезвление в любом случае требует времени, а значит, готовиться к похмелью можно и нужно заранее, еще до того, как приняли первую дозу. 

Как помочь печени

Учитывая, что ацетальдегид крайне агрессивен, логично его связать с каким-то посторонним веществом. На помощь придет обычный активированный уголь (норму рассчитать просто: одна таблетка на 10 килограммов массы тела). Его можно выпить и перед праздником — это значительно облегчит утреннее состояние. Сгодятся и другие сорбенты, например энтеросгель, овсяная каша, рис. 

Поскольку главный удар этанола принимает на себя печень, то не будет лишним ее разгрузить. Достаточно почаще пить чистую воду, чтобы горячительное покидало организм вместе с мочой. Теплый душ ускорит выведение этанола и ацетальдегида через пот. С той же задачей справится пробежка или активная зарядка, если, конечно, сможете себя заставить их делать. Но тем, у кого имеются проблемы с сердечно-сосудистой системой, от двигательной активности лучше воздержаться. 

Кислота замедлит образование ацетальдегида, а значит, ограничит его накопление в организме. Ее много в цитрусовых. Причем лучше брать необработанные фрукты, поскольку в них больше полезных компонентов. Вместо того чтобы положить в чай дольку лимона, лучше съесть целый апельсин или грейпфрут. 

Одни и кусочка не могут проглотить при похмелье, а у других просыпается зверский аппетит. Разумеется, пить натощак не стоит, поскольку из пищеварительной системы алкоголь попадает в кровь быстро. Плотная закуска этот процесс тормозит в три-четыре раза. Однако следует учесть, что печень и так активно работает, пытаясь расщепить и вывести этанол с ацетальдегидом. Не стоит ее перегружать большим количеством пищи, тем более жирной. Аппетит лучше утолить легкими супами, кашами, белой рыбой, пюре из овощей и другой быстро переваривающейся едой. Так как алкоголь нарушает натриево-калиевый баланс в организме, стоит налегать на богатые калием элементы, например бананы или картофель. 

"Возможно, это удивительно услышать от врача, но справиться с похмельем надежнее всего путем опохмела. Иначе придется ждать, пока все описанные выше процессы завершатся сами. Через 10-12 часов после обильных возлияний можно выпить 50-70 граммов крепкого алкоголя, если пили его, либо эквивалентную дозу другого напитка. Поскольку активность одних ферментов стимулирует другие, повторный прием активирует весь обменный каскад, и токсичный ацетальдегид быстрее окислится до безопасных молекул. Однако этот совет не подходит регулярно употребляющим лицам, тем более алкоголикам — утренняя рюмка у них закономерно приведет к запою", — рассказывает Алексей Буеверов, профессор Первого Московского государственного медицинского университета имени И. М. Сеченова.

Тяжелая артиллерия

Если общая слабость и головная боль не проходят даже после завтрака, сорбентов и душа, следует обратиться к лекарствам. Например, выпить аспирин, причем шипучий подействует быстрее. А вот таблетки, содержащие парацетамол, принимать не стоит — панадол, цитрамон и другие. Сама по себе молекула парацетамола безобидна, этот препарат дают в качестве жаропонижающего даже маленьким детям. Он "мирно" связывается с веществами, повышающими его растворимость в воде, и выводится с мочой. Но при избытке парацетамола запускается процесс его разложения в печени с образованием крайне токсичных веществ. А алкоголь как раз стимулирует ферменты, отвечающие за этот опасный метаболизм. Поэтому главное — помнить, что все хорошо в меру.

Изображение: dmitrimaruta/Фотобанк ru.123rf.com

В целом вопрос распространения микробов или взвешенных частиц в замкнутых пространствах важен не только для космических, но и земных ситуаций. Например, часто возникает необходимость предсказать распространение микрофлоры в самолете или в крупных общественных помещениях, таких как детские сады или кинотеатры. Использованные в проекте подходы можно использовать для выработки регламентов проветривания помещений. Речь может идти даже об изменении конфигурации пространств, с целью уменьшения возможности контакта людей со скоплениями микрофлоры. Подобные сценарии заражения можно заранее просчитать на математической модели, а затем модифицировать при необходимости внутреннюю конфигурацию пространства.

Изображение логотипа с сайта Федерального исследовательского центра КНЦ СО РАН

"При обработке находок, сделанных экспедицией в полевом сезоне 2017 года, были отсортированы две головки - одна, сделанная из стеатита (так называемый "мыльный" камень), напоминает по форме человеческую, другая, из рога - зооморфная, но какое именно животное она изображает, идентифицировать трудно. Головка куклы крупнее, чем похожие вещи, которые встречались нам ранее, ее высота около 5 см. Говорить о том, кем был ее хозяин, сложно, но деталей, которые указывали бы на элитный характер захоронения, нет, поэтому можно предположить, что это был обычный ребенок", - рассказал руководитель Саянской экспедиции ИИМК РАН Андрей Поляков.

Археологи предполагают, что сами игрушки были изготовлены из органических материалов - ткани или кожи, а головки делали из камня, в данном случае, стеатита, или рога.

Саянская экспедиция второй сезон работает в рамках проекта "Тайна древних художников Сибири". Проект финансирует РГО, которое также отвечает за набор волонтеров для экспедиции из разных концов страны от Санкт-Петербурга до Якутии. Объектами работы экспедиции в полевом сезоне 2017 года были два кургана окуневской культуры (XXV-XVIII вв. до н.э.) на могильнике Итколь.

В 2016 году экспедиция сделала ряд интересных находок, среди которых глиняная курильница - сосуд для сжигания трав, украшенная изображениями так называемых "солнцеликих личин", до этого встречавшимися только на скалах. Ученые считают, что эта находка впервые позволит датировать целый пласт древнего изобразительного искусства Окуневской культуры. Было найдено также стилизованное изображение быка, выполненное в редкой манере - эта находка позволила выдвинуть гипотезу о том, что представители Окуневской культуры могли быть выходцами с территории современного Казахстана.

Окуневская культура - археологическая культура раннего бронзового века, распространенная в минусинских степях на Среднем Енисее (XXV-XVIII века до н.э.). Свое название получила по урочищу Окунев улус на юге Хакасии, где в 1928 году был впервые раскопан могильник этой культуры.

Фото предоставлено участниками экспедиции

Волноводы — это достаточно широкий класс объектов, которые используются во многих сферах жизни, от телекоммуникации (оптические волноводы) до медицины (звуковой волновод, или стетоскоп). Принцип работы волновода основан на запирании волны между двумя отражающими стенками. Подобный принцип концентрации излучения в узком пространстве используется для «запирания» нейтронов. 

Рецепт приготовления нейтронного волновода следующий: нужно взять два слоя, хорошо отражающих нейтроны, и поместить между ними третий — прозрачный или почти прозрачный. Эта структура похожа на колодец: с точки зрения нейтрона между двумя отражающими слоями (стенками) образуется провал, куда и попадают нейтроны. Другое название нейтронного волновода, резонатор, связано с тем, что плотность нейтронов в прозрачном слое резонансно усиливается (подобно звуку в помещении с хорошо отражающими стенками). Это резонансное усиление можно применить во многих областях, среди которых как фундаментальные исследования в области ядерной физики, так и экзотичные предложения использовать их в качестве нанореакторов.

Недавно группа исследователей предложила использовать в качестве отражающих стенок не само вещество, а его магнитное поле. Дело в том, что нейтрон так же, как и электрон, имеет свой магнитный момент, называемый спином, который позволяет ему отражаться от магнитного поля, как кванты света отражаются в оптоволокне. Более того, отражающая способность будет зависеть от направления спина нейтрона: для нейтронов со спином вверх она выше, чем для нейтронов со спином вниз. Основываясь на этом эффекте, группа исследователей создала волновод на магнитном отражении. На непроницаемую для нейтронов подложку нанесли три слоя из похожих материалов. Второй слой сверху имеет магнитный момент, что повышает его отражающую способность для нейтронов со спином вверх и понижает ее для нейтронов со спинов вниз. Таким образом, для разных нейтронов хорошо проницаемыми оказываются разные слои: нейтроны со спином вниз запираются в магнитном слое, а со спином вверх — в немагнитном. 

«Мы испытали чистый детский восторг от того, что нам удалось отсортировать и запереть нейтроны с разным спином. Кроме того, мы планируем использовать данный эффект для вполне конкретных исследований в области спинтроники, включая такие ее новые направления, как оксидная и сверхпроводящая», — рассказал научный сотрудник НИИ ядерной физики имени Д.В. Скобельцына МГУ имени М.В. Ломоносова, кандидат физико-математических наук Юрий Хайдуков.

Пучки для подобного рода исследований получают на исследовательских реакторах и ускорителях. В России такой реактор есть в г. Дубна Московской области. Также в 2019 году планируется пуск нового мощного реактора ПИК в Гатчине, Ленинградская область. Пучки нейтронов для данного исследования получены на Мюнхенском исследовательском реакторе.

Исследования проводились совместно с коллегами из Института физики твердого тела имени Макса Планка, исследователями из филиала Общества Макса Планка в Центре Хайнца Майера-Лейбница, Института радиотехники и электроники имени К.А. Котельникова РАН и сотрудниками кафедры микротехнологии и нанонауки Технического университета Чалмерса.

«Для сибирской пихты мутационные «ведьмины метлы» – большая редкость, хотя у других хвойных, например у сосны или лиственницы, они встречаются чаще, – рассказывает старший научный сотрудник СибБС ТГУ Михаил Ямбуров. – Как правило, в природе у сибирской пихты проявление такого феномена, как «ведьмины метлы», является следствием заболевания, вызванного особым грибом-паразитом. Лишь дважды за всю жизнь мне удалось обнаружить «ведьмины метлы» другой, мутационной, природы у этого вида хвойных». 

По словам ученого, в селекции использовался материал от экземпляра, найденного во время экспедиции в горы Кузнецкого Алатау. Привезенные черенки с генетическими особенностями были привиты на молодые пихты в ботаническом саду. Это позволило вырастить маточные растения с пышной кроной, с которых потом будут браться черенки для массового размножения.

Более того, в ходе исследований было установлено, что площадь смоляных каналов в мутантной хвое значительно больше. Возможно, именно этим объясняется усиленный смолянистый аромат нового сорта. В дальнейшем ученые планируют проанализировать состав пихтового масла; не исключено, что он тоже отличается от продукта, получаемого из обычной пихты.

Новый сорт, выведенный в СибБС ТГУ, пока еще официально не зарегистрирован и получил рабочее название «Богиня Алатау» в честь того места, где был обнаружен ее прародитель. Пока неизвестно, какой высоты может достичь взрослое дерево, но уже сейчас ветвистость и аромат «Богини Алатау» в разы больше, чем у сибирских пихт, растущих по соседству.

В дальнейшем данный сорт может стать популярным новогодним деревом, поскольку использование для селекции мутационных «ведьминых метел» позволяет получать сорта не только с более пышной кроной, но и улучшать другие внешние признаки – яркость окраски хвои, урожайность и форму шишек. Зарубежные и отечественные селекционеры уже вывели достаточное количество мутантных сортов для разных видов хвойных, но для пихты сибирской пока получено всего несколько.

Добавим, что с 2010 года СибБС ТГУ ведет работу по созданию питомника декоративных хвойных растений на основе природных мутантов. Основа архива уже сформирована, сейчас в нем насчитывается несколько десятков перспективных клонов. 

Изображение логотипа с сайта ТГУ

Учёные исследовали влияние гормона ангиотензина II на стволовые клетки — клетки, которые не имеют конкретной специализации и могут превращаться в клетки любых тканей, в частности в жировые клетки — адипоциты. Исследователи провели ряд экспериментов по изучению процесса превращения стволовых клеток в адипоциты (адипоцитарная дифференцировка) под действием гормона.

В ходе работы учёные обнаружили особую группу (субпопуляцию) стволовых клеток, которые реагировали на ангиотензин II особенно интенсивным образованием жировой ткани.

«Анализ влияния ангиотензина II на стволовые клетки может быть рекомендован для выявления субпопуляции клеток с высокой предрасположенностью к адипоцитарной дифференцировке, которые могут становится источником нарушения формирования жировой ткани», — рассказала Наталья Калинина, один из авторов исследования, доцент кафедры биохимии и молекулярной медицины факультета фундаментальной медицины МГУ.

В современной медицине трансплантацию стволовых клеток используют для восстановления повреждённых тканей. Стволовые клетки жировой ткани считаются наиболее перспективным материалом для регенеративной медицины. Наличие группы клеток с повышенным потенциалом формирования жировых клеток может стать источником образования жировой ткани в местах трансплантации стволовых клеток.

«Полученные данные имеют значение как для фундаментальной науки, так и для прикладных биомедицинских исследований. Этот анализ может быть востребован при разработке протоколов клеточной терапии с применением стволовых клеток жировой ткани», — добавила Наталья Калинина.

Изображение: andreypopov/Фотобанк ru.123rf.com

Персональная схема

Кумейко отметил, что в одном из самых перспективных на сегодня проектов участвуют несколько лабораторий, которые объединены в Центр геномной и регенеративной медицины. Его возглавляет ученый из Великобритании Александр Каганский, который является сильным специалистом в области молекулярной биологии и отдельного ее раздела – эпигенетики.

"Под его руководством запущено несколько научных проектов. Один из них связан с созданием персонифицированных подходов для лечения рака. Мы сфокусированы на разработке технологий диагностики и лечения злокачественных опухолей мозга. У нас в университете есть собственный передовой Медицинский центр ДВФУ, и одна из его гордостей — нейрохирургическое отделение. Здесь лечат больных с опухолями мозга, проводят очень сложные операции, и, имея университетскую клинику и Школу биомедицины с ее лабораториями в одном здании, мы можем соединить ресурсы клиницистов и ученых из лаборатории", — говорит ученый.

После удаления опухоли у пациента исследователи берут ее клетки, помещают в условия лабораторной культуры и анализируют их. Ученые делают полное молекулярное профилирование, пытаясь понять причины этого заболевания: какие есть мутации, эпигенетические модификации, какой обмен веществ и набор клеток в составе опухоли. Сегодня опухоли мозга – одни из самых трудно поддающихся лечению. Для них фактически не разработаны эффективные лекарства, к тому же они многообразны.

"С одной стороны, мы пытаемся разобраться с причинами этих подвидов злокачественных новообразований. А с другой стороны, мы имеем возможность понять к каким препаратам клетки опухоли наиболее чувствительны. Мы изучаем механизмы, которые заставили клетки стать опухолевыми, и разрабатываем подходы, чтобы в перспективе для каждого больного можно было порекомендовать персональную схему лечения", — рассказывает Кумейко.

От синтеза — обратно к природе

По его словам, культивируемые в лабораториях опухолевые клетки позволяют искать принципиально новых кандидатов в лекарства от рака, используя экстракты из огромного количества представителей местной биоты. Ученые проводят высокоэффективный скрининг химических соединений из морских и наземных обитателей региона.

В этом отношении природа Дальнего Востока, говорит Кумейко, – настоящий подарок: здесь в одном месте собрана южная, северная и умеренная флора и фауна.

"Еще не так давно стратегия фармкомпаний была в том, чтобы синтезировать искусственным путем соединения, выбирая из этой "библиотеки" те, которые действуют на раковые клетки. Парадокс состоял в том, что за последние годы все попытки фармкомпаний и университетов найти в этих искусственно синтезированных библиотеках соединений обилие реально действующих препаратов потерпели неудачу. Видимо, природа за долгие годы эволюции смогла сделать большее разнообразие химических соединений, среди которых можно что-то найти", — говорит Кумейко.

Сегодня ученые по всему миру практикуют повторное обращение к объектам природы как к источникам потенциальных высокоэффективных лекарств, в том числе против рака. И специалисты ДВФУ уже нашли несколько перспективных кандидатов — веществ, полученных из морских организмов.

"Но надо понимать, что путь лекарственного средства довольно долгий, потому что требует хорошей проверки. Не следует ожидать, что внезапно появится много новых лекарств. Но несколько перспективных соединений уже выявлено, мы их изучаем и тестируем вместе с партнерами из ряда зарубежных центров", — добавил Кумейко.

Также ученые Школы биомедицины занимаются исследованием опухолей пищеварительной системы. Кроме того, есть еще один проект, уже под руководством ученого Владимира Катанаева, который в последние годы работал в Швейцарии. Он предложил коллегам из ДВФУ открыть "зеркальную" лабораторию – такую же, как у него в университете Лозанны.

"И такую лабораторию мы открыли, ее главное направление нацелено на поиск лекарств против опухолей молочной железы. Часть их довольно эффективно поддается лечению, но существует трижды негативная форма рака молочной железы, на которую не действуют препараты, которые помогают при других типах опухоли. Команда профессора Катанаева ищет из колоссального природного биоразнообразия вещества, которые были бы эффективны против этой формы рака. И, по данным лаборатории, у них тоже есть несколько кандидатов", — говорит ученый.

Сигнальная хромосома

Также в ДВФУ группа ученых создает новые подходы к поиску противораковых препаратов. В лаборатории биомедицинских клеточных технологий такой проект ведется совместно с Национальным институтом рака (США). Проект посвящен созданию и использованию клеточных линий, в которых встроена дополнительная хромосома — искусственная хромосома человека.

"В хромосоме есть ген флуоресцентного белка, и эти клетки флуоресцируют зеленым сигналом. Если клетки нормально делятся, пропорционально разделяя свой генетический материал между дочерними клетками, то они остаются зелеными. Но если происходит нарушение расхождения хромосом — а это наблюдается у многих раковых клеток — и есть высокий уровень хромосомной нестабильности, то действие лекарства, которое еще сильнее увеличивает ее, приводит к гибели раковых клеток. Таким образом такие клеточные линии с искусственной хромосомой помогают искать новые лекарственные кандидаты", — говорит Кумейко.

На этом принципе – нестабильности хромосом в клетках — основаны некоторые противоопухолевые препараты, которые как раз дестабилизируют расхождение хромосом.

Мигрирующие стволовые клетки

Другой противораковый проект возглавляет заведующий лабораторией молекулярной и клеточной нейробиологии Школы биомедицины Игорь Брюховецкий. Он и его команда применяют иной подход, используя природное свойство стволовых клеток мигрировать к очагу опухоли.

"Лаборатория Брюховецкого пытается разработать систему, с помощью которой можно эффективно доставлять лекарственные препараты в опухолевый очаг, используя в качестве носителей стволовые клетки. Также эта команда занимается изучением фундаментальных механизмов опухолевого роста, с особым интересом к злокачественным опухолям мозга", — рассказывает Кумейко.

Энтузиасты среди фармкомпаний

Таким образом, говорит ученый, в ДВФУ сложилась команда из нескольких лабораторий, которые имеют пограничные интересы и помогают друг другу.

"Хотелось бы, чтоб результат работ дошел до реального клинического применения. И поскольку в ДВФУ есть собственная клиника, то нам кажется, что мы имеем возможность сократить путь новых технологий от лаборатории к медицинской практике. Вскоре мы планируем получить разрешения на проведение клинических испытаний на добровольцах", — говорит ученый.

По его словам, путь выхода лекарств на рынок долгий и занимает не редко более 10 лет – это общемировая практика. Но кроме создания лекарств ученые ДВФУ разрабатывают технологии диагностики рака. "Разбираясь с молекулярными видами и механизмами разных форм рака, пытаемся создать диагностическую панель, чтобы проводить эффективную диагностику отдельных форм рака. Это вполне может быть доведено до потребителя в течение 3 лет", — говорит собеседник.

Кумейко с оптимизмом оценивает будущее российских разработок в области борьбы с раком: если раньше, по его словам, у наших ученых были меньшие финансовые возможности, была утечка кадров в 1990-е годы, то сейчас в России уже наблюдаются положительные тренды, и, безусловно, стоит задача еще больше обратить внимание на науку и увеличить финансирование.

"Это закладывает позитивные тенденции. Разработки такие есть, но они находятся в начале пути. В РФ фармацевтическая промышленность не достаточно сильно развита, и значительная часть предприятий производит в основном дженерики. Но есть ряд передовых предприятий, которые озаботились собственными разработками и сотрудничают с лабораториями университетов, помогают выводить препараты на рынок. И мы пытаемся наладить взаимодействие с фармкомпаниями, которые хотят не просто копировать и делать дженерики, но и поддерживать создание и внедрение новых препаратов", — отмечает ученый.

Изображение логотипа с сайта ДВФУ

"Увеличивать быстродействие компьютеров невозможно без эффективного охлаждения. Для этого можно использовать компактные устройства, похожие по принципам работы на обычный бытовой холодильник. Если сделать их из пептидных нанотрубок, мы сможем заметно уменьшить их размеры. Наша задача – как можно лучше изучить свойства нанотрубок и научиться эффективно их использовать", —  заявил Александр Целев из Университета ИТМО в Санкт-Петербурге, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

С момента открытия углеродных нанотрубок в 1991 году ученые считали, что их ожидает большое будущее в современной промышленности. У них есть множество полезных свойств – они хорошо проводят тепло и ток, отличаются высокой прочностью и механической устойчивостью. Но первые же опыты показали, что нанотрубки очень сложно использовать на практике из-за их малых размеров и сложностей в их соединении и сплетении в единые волокна.

Большие проблемы, как отмечают ученые, создает и то, что характеристики нанотрубок резким образом меняются при увеличении их диаметра или повышении числа слоев внутри них. По этой причине большая часть наноматериалов изготавливаются из нанотрубок конкретной толщины и длины, и ошибки при их выращивании сделают подобную продукцию бесполезной.

Измерение диаметра и других свойств нанотрубок, как отмечают Целев и его коллеги, затруднено тем, что самый удобный инструмент для проведения подобных замеров, атомно-силовой микроскоп, разрушает их при попытке "заглянуть" внутрь этих структур и измерить их свойства.

С одной стороны, это не мешает изучению нанотрубок в лаборатории, но с другой стороны, это не позволяет использовать микроскопы для проверки свойств этих структур при их промышленном производстве, когда необходимо, чтобы "подопытные" материалы пережили контакт с иглой микроскопа.

Российские и португальские ученые решили эту проблему очень простым и неортодоксальным способом, заметив, что нанотрубки не деформируются и не разрушаются в тот момент, когда игла микроскопа в первый раз касается их. Все проблемы возникают позже, когда она начинает двигаться вдоль изучаемого материала.

"После каждого измерения иголка отводится от поверхности, образец немного смещается, и иголка опускается уже к новой точке. Мы не царапаем поверхность, а аккуратно прощупываем сверху, и мелкие незафиксированные объекты остаются целыми. Для этого, кроме алгоритмов измерения, мы разработали высокоскоростную электронику, которая постоянно в реальном времени обрабатывает сигнал взаимодействия иглы с поверхностью", — объясняет Арсений Калинин, ведущий автор статьи.

Используя эту методику, российские и португальские физики измерили свойства нанотрубок, изготовленных из коротких белковых молекул. Благодаря этой методике, ученые впервые смогли напрямую измерить то, как сильно меняются размеры этих нанотрубок под действием электрических полей.

"Пьезоэлектрический эффект позволяет преобразовать электрический сигнал в механический и наоборот. По такому принципу работают, например, микрофоны, аппараты УЗИ и миниатюрные моторы в объективах камер. Обычно пьезоэлектрические свойства и упругость измеряют по отдельности. Новым методом мы можем измерить их одновременно и при этом не разрушать объекты изучения", — заключает физик.

Фото © РИА Новости / Владимир Астапкович