Оригинал статьи

Наука в Сибири

от 05.02.2018 г.

Сибирская наука — людям

В преддверии Дня российской науки, который отмечается 8 февраля, «Наука в Сибири» вспоминает самые яркие разработки сибирских ученых, направленные на то, чтобы сделать нашу с вами жизнь лучше — методики лечения опасных заболеваний; улучшенные сорта привычных овощей и адаптированные к сибирским условиям экзотические культуры, способные заменить лекарственные препараты; экологически безопасные технологии переработки отходов, способные решить «мусорный вопрос», и многое другое.

Сердце будет биться в такт

Вылечить смертельную аритмию одним уколом? Возможно, что это станет реальным уже через несколько лет, благодаря инновационной фармацевтической разработке сибирских ученых. Специалисты Национального медицинского исследовательского центра им. академика Е.Н. Мешалкина разработали перспективный способ лечения фибрилляции предсердий, а также научились останавливать временную форму этого заболевания с помощью ботокса.

Фибрилляция предсердий возникает, когда две камеры сердца начинают активно и хаотично сокращаться, полностью сбивая ритм желудочков, работающих как насос. Эта разновидность аритмии встречается у двух-трех человек из тысячи. От нее не умирают, но она несет за собой много опасных последствий: инсульты, сердечную недостаточность и так далее, поэтому является социально значимой проблемой, над решением которой медики и ученые бьются уже очень давно.

Специалисты ГМИЦ им. ак. Е.Н. Мешалкина предложили использовать для лечения ботулотоксин, который раньше в кардиологии никто не применял. Было проведено экспериментальное исследование, которое показало, что это работает. Пациентам, ложившимся на шунтирование, делались инъекции ботокса в жировые подушки сердца, после операции людям имплантировали маленькие приборчики, измеряющие сердечный ритм, и наблюдали их в течение года — ни у кого фибрилляции предсердий не возникло, тогда как в группе, принимавшей плацебо, болезнь проявилась у 30 %. Затем был поставлен эксперимент на животных, в котором инъекции ботокса делались уже не на открытом сердце, а с помощью катетера. Потом исследователи смешали ботулотоксин с органической композицией, чтобы он распадался медленней и действовал дольше.

Идея создания сверхэффективного лекарства на основе самого сильного яда в мире принадлежит новосибирским хирургам — в частности, заместителю директора ГМИЦ им. Е.Н. Мешалкина члену-корреспонденту РАН, профессору Евгению Анатольевичу Покушалову, а новый препарат ботулотоксина с органической композицией разработан совместно с лабораторией физиологически активных веществ под руководством доктора химических наук Наримана Фаридовича Салахутдинова (Институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН).

Маленькие ядерные взрывы в организме помогут победить рак

Ученые Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН работают над созданием ускорительного источника нейтронов для бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ) — нового метода борьбы со злокачественными опухолями, в том числе и теми, которые на сегодняшний день считаются неизлечимыми.




Бор-нейтронозахватная терапия позволяет бороться с такими опухолями, которые в настоящее время не поддаются лечению никакими другими методами. БНЗТ осуществляется в два этапа: сначала пациенту вводят препарат, в котором есть стабильный изотоп бора — бор-10. Быстро растущие больные клетки накапливают это вещество гораздо больше, чем рядом расположенные здоровые. В результате оно собирается преимущественно в опухоли. Второй шаг: пациента облучают нейтронами, а те, в свою очередь, хорошо захватываются ядрами бора. Когда это случается, происходит ядерная реакция, в результате которой образованное ядро разделяется на альфа-частицу и ядро лития. Они, разлетаясь в противоположные стороны, имеют большую энергию и быстро тормозятся практически в пределах одной клетки живого организма. В результате, если она раковая, то погибает. Поскольку здоровые клетки накапливают бор в гораздо меньшей концентрации, они остаются жить.

Полученные специалистами результаты говорят о том, что технология уже практически готова для внедрения в медицину, и сейчас у исследователей появилась новая задача — открытие клиники для подготовки к реальным клиническим испытаниям.

Однако реализовывать такие масштабные проекты на базе одного академического института не представляется возможным, и после того как в рамках программы 5-100 был объявлен конкурс прорывных проектов, Институт ядерной физики передал этот проект для воплощения Новосибирскому государственному университету, который в сотрудничестве с российскими и зарубежными научными организациями работает над созданием клиники для лечения глиобластомы мозга и других онкологических заболеваний с помощью метода БНЗТ и ускорительного источника нейтронов ИЯФ.

Продуктовая корзина

Мягкая пшеница — важный сельскохозяйственный злак, урожайности которого уделяется большое внимание, ведь около 20 % потребляемых калорий люди получают именно из пшеницы. В ее генах зачастую происходят различные мутации, в том числе влияющие на число зерен в колосе. Подобные метаморфозы можно обратить в свою пользу, исследованием чего и занимаются ученые из ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН.

Сотрудники Центрального сибирского ботанического сада СО РАН скрещивают дикие и культурные томаты и получают не только гибриды, пригодные как для еды, так и для дальнейшей работы по их улучшению. На счету исследователей уже немало сортов томатов, которые можно купить, посадить, вырастить и радоваться отличному урожаю.



В нашей пище с каждым годом становится всё меньше ценных веществ и микроэлементов, что не лучшим образом сказывается на здоровье. Исследователи ЦСБС СО РАН предлагают решать эту проблему с помощью экзотических овощей, адаптированных для выращивания на сибирской земле.

Стихия под контролем

Берега России, как известно, омываются несколькими морями. Если за северные можно быть спокойными, то восточные и южное Черное способны преподнести неприятные и сверхопасные сюрпризы. Исследователи из Института вычислительных технологий СО РАН и Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН создали карту цунами-опасности в регионах РФ и выяснили: даже «самое синее в мире» время от времени напоминает — оно не только приятное место отдыха, но и непредсказуемая стихия.

«В ходе выполнения нашей работы была проведена полная ревизия исторического каталога цунами для Черного моря, — говорит один из участников исследования заведующий лабораторией изучения цунами ИВМиМГ СО РАН доктор физико-математических наук Вячеслав Константинович Гусяков. — Он практически удвоился (главным образом благодаря историческим и архивным изысканиям, проведенным сотрудником Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН доктором геологических наук Андреем Алексеевичем Никоновым) и сейчас включает около 50 случаев цунами, наблюдавшихся в Черном море на протяжении последних 2 500 лет». Среди выявленных событий обнаружились разрушительные волны с высотами до 4—5 м, иногда до 7—8 м, вызывавшие гибельные последствия для древних городов (Диоскурия, Себастополис, Бизона, Пантикапей) и многих прибрежных поселений.

Кроме того, в сравнении с Дальневосточным регионом механизмы появления цунами на теплых берегах оказались более разнообразны. В частности, некоторые возникли после землетрясений, очаги которых располагались целиком в пределах суши, например на Северо-Анатолийском разломе, проходящем по территории Турции в сотне километров от берега. «Это опять же говорит о важности учета вторичных механизмов генерации, в первую очередь, оползневого, — объясняет Вячеслав Гусяков. — Кроме того, следует учитывать разницу в физико-географических и морфологических характеристиках побережья. На подверженном большим приливам, тайфунам и сильным штормам Курило-Камчатском побережье однометровое цунами может пройти незамеченным. Та же самая волна на переполненных в разгар курортного сезона галечных пляжах Крыма или Сочи способна оказаться очень опасной, а трехметровая — привести к поистине катастрофическим последствиям».

Выводы, полученные в результате работы сибирских ученых по цунами-опасности Черного моря, говорят о необходимости создания там службы предупреждения о цунами. Только строиться такая служба должна на несколько иных принципах, отличных от используемых на Дальневосточном побережье, иначе не избежать многочисленных ложных тревог, ущерб от которых может быть сопоставим с ущербом от самих угрожающих волн.

Рак: как победить и как диагностировать?

Лечение рака зачастую включает в себя методы с опасными последствиями: химио- и лучевую терапию, пересадку костного мозга… Однако с заболеванием можно бороться посредством клеток собственного организма — в том числе, чтобы минимизировать побочные эффекты. Это общемировое направление исследований разрабатывают и ученые из Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН



Концепция химерных антигенных рецепторов (CAR) была предложена израильскими учеными в 1993 году, но активный интерес к CAR-клеткам появился около семи лет назад, когда их применили для лечения пациентов с тяжелейшим заболеванием крови — рецидивирующим острым лимфобластным лейкозом. В итоге, больше половины таких больных полностью поправились. Последние данные показывают, что клетки с антигенными химерными рецепторами хорошо работают и для других вариантов рака крови.

Сейчас ученые ИМКБ СО РАН пытаются модифицировать CAR-клетки таким образом, чтобы они не только несли химерные антигенные рецепторы, но и воздействовали на болезнь другими способами. Их можно заставить секретировать вещества, стимулирующие другие иммунные клетки, например, макрофаги в опухоли — чтобы атаковать ее прямым и непрямым способом.

Лучшим способом борьбы с онкологией, конечно же, является своевременная диагностика. Специалисты Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН предложили новый метод ранней диагностики рака предстательной железы (одного из самых распространенных онкологических заболеваний в России) — анализ микроРНК-маркеров заболевания в моче при помощи микрочипов. Метод заключается в выделении из мочи экзосом и микровезикул и анализе их биохимического состава.

Укус клеща без последствий
«Энцемаб» — так называется препарат, созданный на основе гуманизированного антитела против вируса клещевого энцефалита. Исследователи Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, разработавшие эту лекарственную субстанцию, провели доклинические испытания и показали: эффективность у «Энцемаба» выше, чем у сыворотки человеческого иммуноглобулина, причем он безопасен и совершенно нетоксичен.

Антитело против вируса КЭ — химерное, оно сформировано из частей белковых молекул, взятых от двух разных организмов, например, мыши и человека. «На стадии испытания противовирусной активности выяснилось: с одной стороны созданное химерное антитело может работать как препарат для экстренной профилактики, а с другой — как терапевтический», — комментирует заведующая лабораторией молекулярной микробиологии ИХБФМ СО РАН доктор биологических наук Нина Викторовна Тикунова. Кроме того, «Энцемаб» не оказывает антителозависимого усиления инфекции.



Сравнивая полученный сибирскими учеными препарат с иммуноглобулином человека, можно сказать: в первом случае нужна гораздо меньшая доза. Во-вторых, «Энцемаб» содержит лишь одно специфическое антитело, в то время как иммуноглобулин — весь спектр антител из плазмы крови доноров. Кроме того, у «Энцемаба» выше специфическая активность, и для его производства не нужна кровь — ни человека, ни животного.

Заглянуть под землю

Приборный комплекс «СКАЛА», разработанный в Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН не только помогает ученым в исследованиях, но и позволяет заниматься поисками водных горизонтов. Так, несколько лет назад сотрудники ИНГГ поспособствовали тому, что в Александро-Невском Покровском женском монастыре в Колывани теперь есть собственный источник воды.

Для этого ученые использовали метод электротомографии: несколько электродов, соединенных последовательно, располагаются в земле, а между ними пропускается электрический ток. Удельное электрическое сопротивление у разных пород разное — у обводненных участков проводимость лучше, соответственно, и удельное электрическое сопротивление ниже. Показатели фиксируются с помощью регистрирующего устройства, а затем на компьютере идет анализ данных, в итоге получается визуальная модель. Опираясь на нее, специалист может сделать вывод: есть ли на изучаемой местности водоносные пласты и, самое главное, на какой глубине они находятся. Все это позволяет сильно сэкономить на бурении.

Кроме того, с помощью метода электротомографии и комплекса «СКАЛА» можно выяснить уровень минерализации грунтовых вод, выделить области с разной степенью этой минерализации, посмотреть, есть ли загрязнения воды или протечки в трубах, помочь строителям выбрать самые удобные точки для забивки свай или оптимальное место под фундамент. В частности, «СКАЛА» использовалась при строительстве Бугринского моста — ученые ИНГГ СО РАН рекомендовали сместить мост, так как выяснилось, что по изначальном проекту одна из опор может оказаться неустойчивой.

Сохранить, изучая

Ученые Института филологии СО РАН получили грант на выполнение проекта по изучению, сохранению и возрождению национальных языков, особенно находящихся на грани исчезновения. Исследователи будут заниматься культурами семи коренных этносов Сибири и Дальнего Востока (алтайцев, чалканцев, хакасов, тувинцев, тоджинцев, коряков, алюторцев) и двух переселенческих (мордвы-эрзи и мордвы-мокши). Надо отметить, что языки некоторых из этих народов существуют только в устной форме, а у других письменность появилась сравнительно недавно.

Филологи СО РАН намерены собрать, систематизировать и изучить как самые ранние, так и современные тексты на национальных языках, основываясь на архивных и полевых материалах.



«Мы хотим исследовать тексты максимально полно, — рассказывает научный сотрудник ИФЛ СО РАН кандидат филологических наук и руководитель проекта Наталья Никитовна Федина. — Например, задача лингвистов — проследить, какие морфологические и фонетические изменения происходят в языках (нужно учитывать, что исследуются и бесписьменные языки, изменения в которых идут на всех уровнях гораздо быстрее, чем в письменных, то есть нормированных языках). Фольклористы планируют собрать и систематизировать произведения, проследить, как меняются темы и сюжеты, определить жанры и тематики произведений. Объектами исследования могут быть практически любые тексты: фольклорные, бытовые или мемуарные».

Специалисты ИФЛ СО РАН отмечают, что объединяющая концепция проекта — бережное отношение к наследию этнических культур. Ту же самую идею транслируют этнографы Института археологии и этнографии СО РАН, которые выпустили книгу «Новосибирская область: народы, культуры, религии. Этноконфессиональный атлас», — первый в истории области и региональной науки справочник обобщающего характера по этнической проблематике.

В своем издании ученые ориентируются как на специалистов, так и на широкий круг читателей. Первый раздел книги посвящен истории заселения современной Новосибирской области и формирования ее административно-территориального устройства. Основная часть атласа — это развернутая характеристика и описание населения НСО в целом, а также одиннадцати численно преобладающих здесь народов.

Заведующая отделом этнографии ИАЭТ СО РАН доктор исторических наук Ирина Вячеславовна Октябрьская комментирует: «Мы ездили по селам, работали в музеях, в редакциях газет, разговаривали, снимали. И постепенно карту области заполняли истории людей и народов: многочисленные группы русских старожилов и переселенцев — кержаки, чалдоны, «курские», «вятские», «русины», «расейские», чатские и барабинские татары — коренные жители Новосибирской области; казахи, заселившие Кулунду в XVIII в.; украинцы, освоившие степи Приобья в конце XIX в.; белорусы и эстонцы, расселившиеся по границам лесной зоны, сибирские немцы, меннониты осевшие в нынешнем Татарском районе и в начале ХХ в. образовавшие село Неудачино, поволжские немцы, депортированные в начале войны, а также армяне, азербайджанцы, киргизы, узбеки, корейцы и многие другие».

Мусор — в переработку!

Исследователи Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН предлагают открыть в поселке Коченево экотехнопарк, который занялся бы крайне актуальным для Новосибирский области вопросом переработки мусора.

«Такая структура способна одновременно решать вопросы экологии и апробировать инновационные технологии институтов СО РАН. Особое внимание предполагается уделять способам переработки отходов, — комментирует председатель Объединенного ученого совета СО РАН по энергетике, машиностроению, механике и процессам управления академик Сергей Владимирович Алексеенко.

Спроектировать и напечатать

Ученые Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН развивают технологии цифровой печати двух- и трехмерных объектов. Сложные элементы создаются последовательно, слой за слоем, основываясь на компьютерной модели — причем, это касается также микро- и нанообластей



«Уже сегодня некоторые компании в мире производят с помощью таких технологий, например, детали для самолетов. Ученым же 3D-печать дает возможность быстрого прототипирования: до мелочей проработать нужный объект и посмотреть, как он будет выглядеть в реальности. Для этого можно использовать самые разные материалы, — металл, керамику, диэлектрики, полимеры, — притом производство будет безотходным», — комментирует заведующий лабораторией физики и технологии трехмерных наноструктур ИФП СО РАН доктор физико-математических наук, профессор Виктор Яковлевич Принц.

По словам исследователя, у этой лаборатории практически нет конкурентов в стране: в ИФП СО РАН разрабатываются новые методы, которые позволили бы с помощью технологии 2D и 3D-печати массово делать уникальные структуры, материалы, приборы для нанофотоники, микрооптики, микронаноэлектроники, метаматериалы — искусственные материалы, свойства которых (акустические, электромагнитные, механические, сейсмические и другие) специально конструируются на микро- и наноуровне.

В качестве примера приложения этих технологий печати можно назвать созданную в ИФП технологию сворачивания, которая позволяет формировать нанотрубки — основу наношприцев. Благодаря атомноострым стенкам и тонким краям такой шприц проникает в клетку, не разрушая ее — это может быть полезно для разных медицинских и медикобиологических задач.


«Наука в Сибири»


Фото: Юлии Поздняковой (1, 5), Екатерины Пустоляковой (2, 3), предоставлено Институтом филологии СО РАН (4), из открытых источников (анонс)