Ученые Института гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН (ИГиЛ СО РАН) спроектировали и изготовили компактную взрывную пушку для исследования динамической прочности и характеристик материалов и конструкций в условиях экстремальных нагрузок, в частности для решения задач авиакосмической отрасли и энергетики. Пушка калибром 20 мм способна метать ударники со скоростями до 2 км/с из любых материалов в нагружаемый образец, установленный на источнике синхротронного излучения (СИ).

В условиях быстроразвивающихся технологий и внедрения новых методов производства конструкционных материалов с улучшенными свойствами, появляется необходимость контролировать их динамические свойства при проектировании изделий и конструкций, использующихся в энергетической и авиакосмической отраслях.

«Нас интересуют высокие скорости деформации, которые происходят при взрывных нагружениях, процессе кумуляции и высокоскоростных соударениях. Например, скорость столкновения корпуса спутника с каким-то космическим объектом может достигать 16 км/с. Такой же скорости может достигать кумулятивная струя, воздействующая на преграду. В изучении высокоскоростных процессов недостаточно представлений о статической прочности материалов, полученных на разрывных машинах при медленном нагружении образца или проведения численного моделирования процесса», — рассказывает научный сотрудник ИГиЛ СО РАН Вячеслав Халеменчук.

На сегодняшний день, для воссоздания экстремальных нагрузок используются взрывные устройства или баллистические пушки (пневматические, пороховые, двухступенчатые), которые метают ударник со скоростью до 4 км/с. Но такие установки имеют большие размеры (от 4 до 20 метров), дороги в использовании и сложны в эксплуатации на источнике СИ. Созданная компактная взрывная пушка может стать более дешевой и удобной в использовании альтернативой для проведения динамических экспериментов.

Взрывная пушка представляет собой компактный ствол длиной 40 мм и внешним диаметром 40 мм и ударник калибром 20 мм. Ударник вылетает из ствола под действием взрывчатого вещества. Ударный волновой фронт за доли секунды (на дистанции всего в пять миллиметров) разгоняет ударник до максимальной скорости. Образец, установленный на пучке СИ, разрушается под действием ударной волны от столкновения с ударником, а система диагностики в режиме реального времени анализирует, как материал нагревается, сжимается, разрушается под нагрузкой.

Эксперименты со взрывной пушкой планируется проводить внутри взрывной камеры или пулеулавливателя на станции Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ») 1-3 «Быстропротекающие процессы».

Благодаря универсальному корпусу есть возможность проводить исследования одновременно четырьмя различными способами: методом синхротронного излучения, интерферометрической системой, методом сверхскоростной фоторегистрации, контактными методиками.

Для позиционирования экспериментальной сборки относительно пучка синхротронного излучения внутри взрывной камеры сотрудники ИГиЛ СО РАН разработали и изготовили юстировочное устройство, которое выдерживает подрыв 50 г взрывчатого вещества на расстоянии 100 мм, что можно сравнить со взрывом гранаты. Образцы взрывной пушки и система юстировки прошли испытания на источниках синхротронного излучения комплекса ВЭПП-4 в Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН.

В начале июля в новосибирском Академпарке прошла VIII Международная научная конференция «Генетика, Геномика, Биоинформатика и Биотехнология растений» (PlantGen2025) - крупнейший научный форум Новосибирского научного центра в этой области науки.

Конференция была учреждена сотрудниками Института цитологии и генетики СО РАН в 2010 году и проходила раз в два-три года в разных городах нашей страны и за рубежом: в 2010 (Новосибирск), 2012 (Иркутск), 2015 (Новосибирск), 2017 (Алматы, Казахстан), 2019 (Новосибирск), 2021 (Новосибирск), 2023 (Казань).

Интерес научной общественности к конференции был уже с первого года ее проведения. Так, в 2010 году в работе первой конференции приняло участие около 100 человек – это были представители 11 стран. С годами количество участников и их география только увеличивались. Участниками PlantGen2025 стали 367 человек из 16 стран. На заседаниях конференции было представлено 298 докладов (в. т.ч. 99 устных и 199 постерных). За дни конференции зафиксировано на сайте более тысячи просмотров ее онлайн-трансляции. Издан сборник материалов конференции, включающий 255 тезисов.

Меняются не только статистические показатели, научная повестка конференции также следует за актуальными трендами в области генетики и селекции растений. Прежде всего, это вызовы, которые возникают вследствие климатических изменений.

«Особый интерес вызывают механизмы устойчивости растений к стрессам, вызванным погодными условиями, для получения урожайных сортов надо использовать их потенциал. Вторая, не менее важная задача – это устойчивость к заболеваниям, поскольку повышение температуры, влажности и т.п. ведет к появлению новых рас, штаммов патогенов, вследствие миграции новых либо эволюции местных возбудителей. И задачей ученых становится создание сортов, устойчивых ко всем этим угрозам», - рассказал сопредседатель программного комитета конференции, директор ИЦиГ СО РАН академик РАН Алексей Кочетов.

Поскольку все перечисленные изменения протекают очень быстро, методы классической селекции просто не успевают решать задачи, за те 11-15 лет, которые обычно уходили на создание нового сорта, условия, в которых ему предстоит произрастать, успевают существенно измениться. И тут на помощь приходят современные технологии редактирования генома, которые успешно развиваются в лабораториях ИЦиГ СО РАН.

В частности, благодаря этому удается сократить с шести до двух лет процесс отбора перспективного посевного материала на этапе создания генетических линий, на основе которых и появятся новые сорта. А необходимость в появлении таких сортов сегодня уже очевидна.

«В прошлом году в Новосибирской области лето было дождливое и очень много зерна проросло на корню. И поскольку мы уже занимались изучением этой проблемы, то можем создавать сорта, устойчивые к такой ситуации. Есть и другие запросы со стороны аграриев – на повышение белка в сое, определенные морфотипы зерновых, на пивоваренные сорта ячменя. И когда поступает такой запрос, мы в этом направлении начинаем работать», - отметила сопредседатель программного и организационного комитетов конференции, член-корр. РАН Елена Салина.

В докладах участников конференции говорилось не только о новых задачах, но и о уже полученных результатах по их решению.

Сотрудники ИЦиГ СО РАН смогли более чем в четыре раза ускорить создание улучшенных сортов ячменя с ценными свойствами с помощью нового метода генетического редактирования «молекулярные ножницы». Этот метод позволяет прицельно изменять ДНК животных, растений и микроорганизмов, «разрезая» молекулу ДНК в необходимом месте.

Однако его использование для генетического редактирования коммерческих, а не только лабораторных сортов ячменя, затруднено, поскольку такие признаки, как способность к трансформации и регенерации культуры in vitro (в пробирке) зависят от определенного набора генов каждого конкретного сорта. Поэтому исследователи его усовершенствовали, за счет добавления комплекса генов, полученных от пшеницы и регулирующих скорость роста и развитие растения в целом.

«В результате были получены линии голозерного ячменя с повышенным содержанием белка и аминокислот. Такой ячмень перспективен для производства круп, комбикормов, поскольку дает меньше отходов и обладает высокой питательной ценностью», – сообщила научный сотрудник лаборатории молекулярной генетики и цитогенетики растений ИЦиГ СО РАН Екатерина Тимонова.

По-прежнему большое значение придается международному научному сотрудничеству. В работе конференции PlantGen2025 активно участвовали представители Белоруссии, Казахстана, Китая и среднеазиатских государств. Ученые этих стран успешно сотрудничают в области геномной селекции, цифровой феномики и др.

Характерной чертой для конференций, организатором которых выступает ИЦиГ СО РАН, является постоянный поиск новых подходов и технологий в формате и организации их проведения. Напомним, первой большой международной конференцией в Академгородке после начала пандемии в 2020 году была проведена XII Международная мультиконференция «Биоинформатика и системная биология» (BGRS/SB-2020). Это удалось сделать благодаря широкому использованию онлайн-технологий, которые за последующие годы стали уже привычным инструментом для разных научных форумов.

На прошлой PlantGen, в 2023 году в Казани в программу конференции добавили формат флеш-докладов, когда участнику дается две минуты, чтобы кратко изложить суть своей работы и пригласить к более подробному общению в рамках постерной секции.

«Такой формат позволяет в разы расширить число докладчиков и при этом не растягивать конференцию на недели или огромное число параллельных секций. И это нравится всем. С одной стороны, больше ученых, особенно молодых, получает возможность выступить на крупной международной конференции и получить обратную связь по своей работе, что очень важно. А с другой, каждый участник успевает ознакомиться со всей научной программой, выбрать наиболее интересное для себя, не рискуя пропустить что-то важное, как это бывает, когда несколько секций идут одновременно в разных помещениях», - подчеркнула сопредседатель оргкомитета конференции, руководитель сектора организационного сопровождения проектов ИЦиГ СО РАН Светлана Зубова.

Она также отметила, что на этой конференции больше времени выделили мастер-классам компаний, производящих оборудование и реактивы для научной и селекционной работы. Это позволило ученым более детально ознакомиться с возможностями предлагаемых им продуктов и одновременно повысило интерес к участию в PlantGen2025 со стороны бизнеса.

Спонсорами конференции в этом году выступили ООО «ФЕНОМИКА» (генеральный спонсор), ООО «Пластилин», ООО «Компания “АЗИМУТ ФОТОНИКС”», ООО «ИНТЕРГЕН», ООО «ФАРМА», ООО «НПФ СИНТОЛ», ООО «ТД «ХИММЕД», ООО «ДИАЭМ», ООО «СкайДжин», Официальный дистрибьютор Cegat GmbH – ООО «Альгавитапро», ООО «БХБ», ООО «БИОЛАБМИКС», ЗАО «ЕВРОГЕН», WIGGENS (ВИГГЕНС), ООО «СЕСАНА».

Российская академия наук расширяет своё влияние и полномочия — от экспертизы национальных проектов до написания школьных учебников. О том, как меняется роль академии в стране, рассказал её президент Геннадий Красников на встрече с Владимиром Путиным 15 июля. Ставка делается на науку как на инструмент реальных решений, а не формальных заключений.

Одним из главных достижений Красников назвал рост экспертной деятельности РАН: за три года число экспертиз удвоилось, превысив 87 тысяч. Академия выносит заключения по национальным проектам, региональным стратегиям, учебникам, инфраструктурным стройкам и даже экологическим ЧП — например, по ситуации с разливом мазута в Керченском проливе. Причём теперь каждое заключение имеет вес: «Экспертизы стали руководством к действию», — отметил Красников. Это повлияло и на строгость: количество отрицательных заключений выросло более чем в десять раз.

 «Эта система позволяет точно оценить, какой институт передовой, где не хватает финансирования, какие институты проблемные», – подчеркнул Геннадий Красников в своем докладе.

С 2025 года РАН сама формирует госзадания для подведомственных институтов, исходя из востребованности исследований. Это позволяет точнее направлять ресурсы и выявлять слабые места в системе. Академия также готовит обновление школьной науки: к 1 сентября 2027 года планируется выпуск единых учебников по ключевым предметам — от математики до биологии — написанных при участии РАН и Минпросвещения.

Активна и региональная политика: РАН участвует в решении проблем Байкала, наводнений на Дальнем Востоке, взаимодействует с фондами научного финансирования, а также играет ведущую роль в работе Научно-технического совета при Комиссии по НТР. Международное сотрудничество тоже продолжается: от съезда БРИКС до крупнейшего Менделеевского конгресса в «Сириусе».

Сегодня Академия наук превращается в системного координатора научного пространства России — с правом влиять, отбирать и направлять.

Сотрудники Центра компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) по направлению «Моделирование и разработка новых функциональных материалов с заданными свойствами» на базе НГУ разработали инновационный метод восстановления поврежденных лопаток турбин двигателей для авиации и энергетики (газотурбинные установки). Технология разрабатывалась при финансовой поддержке Фонда НТИ, успешно запатентована и уже начинает внедряться на практике.

Ведущий научный сотрудник Центра НТИ Новосибирского государственного университета, заведующий лабораторией лазерной технологии Института теоретической и прикладной механики СО РАН, д.т.н. Александр Маликов подробно рассказал о сути разработки и перспективах её внедрения: «Наш новый метод позволяет восстановить сильно изношенные участки рабочих лопаток газовых турбин, полностью сохранив изначальные эксплуатационные характеристики изделия. Для этого мы применяем особый режим лазерного импульсно-периодического воздействия, позволяющий формировать на поверхности прочные защитные слои металла или керамических композитов».

По словам Александра Маликова, задача заключалась в восстановлении тонких кромок лопаток, подверженных интенсивному воздействию высоких температур и давления в процессе эксплуатации двигателей. Преимущество предложенной технологии заключается в том, что использование традиционного способа наплавки приводило бы к перегреву и разрушению чувствительных зон деталей.

«Мы предложили оригинальное решение проблемы путем предварительного формирования специальных защитных слоев перед основным этапом наплавки. Этот подход позволил сохранить исходную геометрическую форму лопатки и обеспечить надежное сцепление восстановленного слоя с основной конструкцией», – пояснил ученый.

Новая методика значительно снижает стоимость ремонта, обеспечивая высокую прочность и долговечность восстановленных элементов газотурбинных установок.

Разработанная технология крайне востребована российским рынком энергогенерации и авиастроения. Современные газотурбинные двигатели применяются повсеместно — от гражданской авиации до электроэнергетики и транспортировки природного газа.

Александр Маликов отметил важность этого направления исследований: «Производство высококачественных лопаток является одной из десяти ключевых технологий современного мира. Их производство требует сложных решений ввиду экстремальных условий эксплуатации. Всего четыре страны в мире обладают необходимыми компетенциями: США, Великобритания, Франция и Россия».

Ранее энергетический сегмент российского рынка сильно зависел от зарубежных поставщиков запасных частей и услуг по восстановлению деталей. С уходом западных компаний с российского рынка, возникла необходимость развивать собственные технологии и сервисы, способные заменить зарубежные аналоги. Новая технология, созданная новосибирскими учеными, способна существенно повысить надежность и экономичность обслуживания крупных промышленных предприятий и объектов, использующих газотурбинные установки.

В ближайшее время планируется внедрение технологии в серийное производство, интерес к ней проявил ряд российских компаний. Тем временем исследователи продолжают разработку технологий восстановления лопаток разного типа и других элементов промышленного оборудования.

«Для решения задач такого типа нам необходимо предварительно тщательно изучить на атомарном уровне свойства материала, из которого изготовлено изделие. В своей работе мы применяем синхротронное излучение, которое дает большие возможности для излучения фазового состава на очень высоком разрешающем уровне, а если мы знаем точно фазовые состояния материала, структурные фазы, то мы можем им управлять», — объяснил Александр Маликов.

Еще больше возможностей у ученых появится с запуском Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ), на одной из рабочих станций которого уже запланирован ряд исследований в этой области.

Пресс-служба Новосибирского государственного университета

Окончание. Начало - здесь

Часть вторая: Союз леса и поля

Агролесоводство – одно направлений в рамках «органического» земледелия, которому защитники природы прочат большое будущее. В свое время мы уже уделяли внимание этому направлению, очень интересному и весьма необычному с точки зрения индустриальных подходов. В привычной практике земледелия лесные посадки уничтожаются под корень для выделения новых пашен. Так происходило и происходит во многих странах, что, в конечном итоге, и приводит к тем проблемам, что были описаны нами выше. Нынешние прогрессивные ученые пытаются переломить этот тренд, апеллируя к новым (как принято считать) подходам, где деревья и кустарники весьма хорошо уживаются с сельскохозяйственными культурами и даже домашним скотом.

В наши дни европейские ученые пропагандируют подобные методики для третьих стран, особенно для засушливых районов Африки, делясь с нами фотографиями счастливых темнокожих фермеров, освоивших приемы агролесоводства. Полагаем, что это весьма полезный опыт, хотя у кого-то может возникнуть впечатление, будто указанные «органические» приемы подходят как раз бедным странам, где из-за слабого финансирования сельского хозяйства не хватает средств на создание дорогой инфраструктуры вроде оросительных систем, а также для закупки сложной сельхозтехники и тому подобного. Вот поэтому, мол, и рекомендуют бедным фермерам для спасения растений от засухи использовать посадки деревьев, создавая тем самым тень и удерживая влагу. Эти методы, ввиду отсутствия здесь дорогого «железа», кажутся невероятно примитивными. Однако это большое заблуждение, вызванное нашей переоценкой индустриализма.

Как мы уже говорили выше, именно индустриализм привел к тем проблемам в сельском хозяйстве, с которыми сегодня призывают бороться даже политики, включая правительственных чиновников. Однако в нашей стране, еще раз напомним, этот вопрос поднимался еще до революции, когда была поставлена задача улучшить климат (именно так) южнорусских степей. По сути, крестьяне, проживавшие в тех краях, столкнулись с той же проблемой, которая в наше время обрекает на голодную смерть жителей Центральной Африки. Как мы понимаем, речь идет о засухе. Русские ученые в конце XIX века указали путь решения проблемы, полностью оправдавший себя на практике уже в советское время, во время реализации «Сталинского плана преобразования природы».

Нынешние европейские ученые, решившие спасать сельское хозяйство африканских стран от дефицита воды и иссушающего зноя, идут, в принципе, тем же путем. То есть схожая проблема решается схожими методами. Иначе говоря, в XXI веке пришлось обращаться к тем подходам, которые кажутся «примитивными» лишь по незнанию и недоразумению. На самом деле весь комплекс таких «примитивных» мероприятий имеет в своей основе глубокую научную проработку. При этом возможность ведения «разностороннего хозяйства» учитывалась с самого начала, что вполне соответствует принципам современного агролесоводства.

Так, в соответствии со «Сталинским планом» лесные насаждения активно использовались для закрепления песков. Площади облесения были разбиты на отдельные зоны с учетом природно-климатических факторов. Для каждой зоны был составлен конкретный список рекомендованных древесных пород. Но в некоторых южных районах в целях быстрейшего удержания подвижных песков предлагалось широко применять посевы сорго-гумаевого гибрида, пустынного житняка и других трав. По замыслу, благодаря таким посадкам территории, занятые песками, со временем должны были превратиться в пастбища и сенокосные угодья. Вот вам конкретный пример возможностей разностороннего хозяйствования.

Интересно, что задача по облесению песков возлагалась на Министерство лесного хозяйства (что свидетельствует о комплексном подходе к реализации этого грандиозного плана). По тогдашним подсчетам, на территории европейской части страны площадь песков составляла порядка 10 миллионов га. По мнению ученых, эта проблема была напрямую связана с неправильным использованием легких песчаных почв под выращивание зерновых или бахчевых культур, а также с нерегулируемой пастьбой скота. Параллельно происходила вырубка лесов на топливо и другие хозяйственные нужды, что дополнительно ухудшило ситуацию. Проблему остро ощущали задолго до революции. Уже тогда пески засыпали целые поселения, водоемы и дороги, что вынудило царское правительство начать борьбу с этой напастью. Мероприятия по облесению песков стартовали где-то с 1830-х годов. Делалось это путем разведения таких растений, как шелюга (разновидность ивы), сосна, дуб и ясень. Затем в этих местах начинали выращивать виноград и плодовые деревья вроде абрикоса и черешни.

Правда, до революции организация таких работ осуществлялась без единого плана. В основном она носила случайный, местный характер и охватывала незначительные площади. После революции Академия наук СССР совместно с Академией сельскохозяйственных наук организовали ряд экспедиций в целях изучения природы песков и выявления возможностей их мелиорации и освоения. На песках в разных регионах СССР была развернута широкая сеть опытных станций и экспериментальных полей. Таким путем были разработаны комплексные приемы мелиорации песков и выявлены широкие возможности их разностороннего хозяйственного использования. Помимо лесоводства, в этих местах параллельно осуществлялось разведение плодовых, бахчевых, технических и кормовых культур. Введение травопольной системы земледелия в лесостепных и степных районах страны открыло широкие возможности для ускоренной ликвидации вредоносных песков и превращения их в территории, полезные для сельского хозяйства. Так, пески и песчаные почвы полупустынных районов стали основной территорией для разведения лесов в виде куртин, колок и полос. Здесь же выделялись места для разбивки садов, огородов и пастбищ.

Интересно, что в советские годы велись опыты по выращиванию культурных растений в полупустынях Казахстана. Эти работы были начаты еще до войны, когда на этих засушливых территориях разместились опытные станции. После войны работа продолжилась. Как следовало ожидать, здесь также была применена система травопольного земледелия. В результате за период с 1936 по 1951 год урожайность различных культур на опытных участках увеличилась в два-три раза. Например, урожай пшеницы достиг 25–30 центнеров с га, урожай проса – 30–40 центнеров с га, урожай картофеля – 350-400 центнеров с га, сена люцерны – 100-120 центнеров с гектара. Оригинальным агротехническим приемом стало здесь использование траншей, выкопанных до уровня грунтовых вод и присыпанных по дну плодородным верхним слоем. Таким путем внутри траншей создавался своеобразный микроклимат, где в меньшей степени ощущались сила ветра и суточные перепады температур. В результате урожайность картофеля поднималась до 789 центнеров с гектара. Кроме того, здесь удавалось получать высокие урожаи овощных культур: по 1870 центнеров с га томатов, 450 центнеров с га капусты и 800 центнеров с га огурцов. Помимо овощей, в таких траншеях успешно выращивались плодово-ягодные культуры и древесные породы.

И как нетрудно догадаться, большое значение для растениеводства в полупустынях имело облесение песков и создание лесозащитных полос. Эти работы начались примерно за пару лет до войны. Для высадки саженцев деревьев также устраивались траншеи. Как показывал опыт, на ровной поверхности деревья приживались с большим трудом и часто погибали, чего не наблюдалось при траншейном методе. Кстати, в лесопосадках дополнительно использовались и кустарники, в том числе – плодовые (смородина и жимолость). То есть такие лесополосы частично оказывались «продуктовыми». Причем, сами экспериментаторы рассматривали лесные посадки как некую «прелюдию» к будущим садам и виноградникам, которые (по их мысли) должны здесь процветать как раз благодаря улучшению агроклиматических условий.

В каком-то смысле советские экспериментаторы в своих попытках превратить полупустыни в цветущие сады предвосхитили идею так называемого «продуктового леса» (Food Forest) – одной интересной функциональной композиции из разных растений, пропагандируемой ныне в рамках системы пермакультурного дизайна.

Итак, как мы убедились, в СССР был богатый опыт по части организации продуктивного и «устойчивого» сельского хозяйства в условиях жарких и засушливых территорий. Этот как раз тот опыт, к которому стоило бы обратиться нынешним апологетам «органического» земледелия, а равно и сельским труженикам бедных жарких стран. То же пожелание хотелось бы высказать и работникам нынешнего министерства сельского хозяйства РФ, объявивших о своем намерении спасти нынешние сельхозугодия от засухи и опустынивания. Знакомы ли они с опытом своих предшественников, сказать не беремся. Но смеем надеяться, что он будет ими тщательно изучен.

Впрочем, мы здесь не ставим своей целью идеализировать советский опыт по части преобразования природы. Мы сосредоточились лишь на научной основе этого плана, поскольку его актуальность не только не утрачена, но возрастает с каждым годом. Учтем, что для реализации этого плана потребовались не только научные знания, но еще и так называемая политическая воля. А когда в дело включается политика, то зачастую случается так, что научные знания постепенно начинают уступать место политическим амбициям. В итоге оглашаются головокружительные планы по прямому управлению природными системами. Именно так в СССР и произошло. «Простых» агротехнических методов партийным руководителям оказалось недостаточно. В ход пошла тяжелая техника, прорывающая каналы между великими русскими реками. За Природу советское руководство однажды взялось всерьез, вполне в духе индустриальной эпохи. Наверное, именно по этой причине «органические» принципы, на которых выстраивалась травопольная система, оказались у нас недооцененными.  И как ни странно, именно в наши дни мы можем открыть их для себя заново и оценить по достоинству.

Пожалуй, как раз в системе пермакультурного дизайна эти принципы обрели адекватный масштаб. Эта система уже не апеллирует к грандиозным государственным задачам, обращаясь к обычным труженикам – от простых фермеров до владельцев небольших личных подсобных хозяйств (куда можно смело отнести и всех российских дачников). Как мы уже говорили выше, пермакультуру иногда воспринимают как некое модное поветрие с Запада. На самом же деле, в чем мы успели убедиться, это Запад начал открывать для себя то, над чем еще с дореволюционных времен трудилась плеяда выдающихся русских ученых-почвоведов и аграриев. И в этой связи нельзя исключать, что через увлечение пермакультурой наши соотечественники откроют для себя достижения нашей научной мысли, адресованной сельскому труженику.

Николай Нестеров

Часть первая: Грани взаимодействия с Природой

Не так давно в Минсельхозе РФ был поставлен вопрос о восстановлении плодородия запущенных сельхозугодий. С этой целью Министр сельского хозяйства Оксана Лут провела совещание с представителями российских регионов, где обсуждались меры по «оживлению» почвы и внедрению современных технологий. В настоящее время в России имеется более девяти миллионов га мелиорированных земель, и все же значительная часть из них нуждается в получении влаги. Для исправления ситуации с 2022 года была запущена государственная программа, под которую выделено более 230 миллиардов рублей.

Согласно официальным данным, в нашей стране процессам опустынивания подвержено примерно 84 миллиона га земель. По этой причине Минсельхоз вместе с учеными разрабатывает план по защите и восстановлению почв. В соответствии с этим планом к 2030 году в оборот должно быть введено примерно 13 миллионов га новых земель и улучшиться состояние как минимум еще семи миллионов га. Для продовольственной безопасности нашей страны данный шаг является крайне важным, считают в Минсельхозе.

Напомним, что о восстановлении почв и борьбе с опустыниванием сегодня говорят во всем мире, включая и западные страны. Так, в странах ЕС (о чем мы неоднократно писали) давно уже принимаются меры по стимулированию «органических» методов земледелия, включая и внедрение технологий, способствующих восстановлению почв. Возможно, российское правительство также решило двинуться «европейским» путем, подняв тему восстановления плодородия сельхозугодий.

Если мы имеем здесь дело с обычной кампанией, то ничем внушительным она не закончится. Действовать в целях подражания развитым странам – далеко не самая лучшая стратегия. Тем самым мы только ставим себя в позицию догоняющих. А ведь по большому счету, у нас в делах борьбы с опустыниванием и деградацией почв есть опыт, на котором мы могли бы научить те же западные страны. По сути, когда-то у нас уже реализовывались задачи по части придания земледелию «устойчивого» характера (о чем сейчас на Западе буквально помешаны). Для этого нам достаточно оглянуться назад и внимательно изучить тот комплекс мероприятий, который известен как «Сталинский план преобразования природы».

В данном случае нас больше всего интересует научная основа этого плана. Дело в том, что она в значительной мере предвосхищает ряд очень важных направлений в сельском хозяйстве, ставших «мейнстримными» как раз в наши дни, когда угроза опустынивания территорий и утраты плодородия почв стали очевидными для всех вменяемых людей. Пафосная борьба с природой, воспеваемая со времен индустриализации, постепенно сменяется поисками компромиссов и способов гармоничного сосуществования. Наиболее яркое воплощение «органические» принципы земледелия воплотились в системе пермакультурного дизайна, разработанной на рубеже 1970-1980-х годов австралийскими учеными-практиками Биллом Моллисоном и Дэвидом Холмгреном.

Главная задача пермакультуры – создание устойчивого сельского хозяйства, исключающего именно те вредные последствия, которые приводят к опустыниванию и деградации почв. По большому счету, это есть целая доктрина, призванная поменять наше отношение к природе. Она исключает целенаправленную борьбу с природой, выдвигая на первый план принцип сотрудничества и взаимодействия. В рамках этой системы земледелец организует свое хозяйство таким образом, чтобы огороды, поля и сады функционировали в соответствии с теми законами, которыми управляется любая естественная экосистема. Именно таким путем удается поддерживать плодородие почв, смягчить последствие экстремальных погодных условий (включая засуху), а также поддерживать и увеличивать биоразнообразие.

На волне интереса к органическому земледелию пермакультура начала получать известность во многих странах, включая и Россию. Кто-то считает это просто модным поветрием, но кто-то усматривает в такой системе прообраз земледелия будущего. В принципе, выбора у нас уже нет, поскольку индустриальные практики земледелия как раз приводят к тем негативным последствиям, о которых теперь вынуждены говорить даже в российском Минсельхозе. Если еще полвека назад индустриальные методы в сельском хозяйстве казались безальтернативными, то теперь они начинают вызывать вопросы. И как видим, вопросы появляются и у политиков. По этой причине может сложиться так, что увлечение пермакультурой – это не дань моде, а поиск здоровой альтернативы, без чего можно вообще поставить крест на нашем будущем.

Отметим, что создатели системы пермакультурного дизайна вполне осознанно отходили от индустриальных подходов и нещадно критиковали сложившиеся практики ввиду их неизбежных пагубных последствий. Полвека назад такая критика еще не воспринималась столь остро, как сейчас. По этой причине может показаться, будто «органические» методы земледелия стали актуальными только в наше время. На самом же деле схожая проблема как раз породила те принципы, которые после войны воплотились в упомянутом «Сталинском плане преобразования природы».

Напомним еще раз, что этот план имел строгую научную основу, начало которой положили выдающиеся дореволюционные ученые. В их числе главное место занимает создатель научного почвоведения Василий Докучаев. В своем знаменитом труде 1891 года «Наши степи прежде и теперь» он обращает внимание на то, как изменились почвы и климат степей юга России в результате безграмотного и хищнического хозяйствования. Бессистемная распашка степей и беспорядочные посевы хлебов привели к тому, что черноземные почвы утратили свой естественный густой травянистый покров, задерживавший массу снега и воды и прикрывавший почву от морозов и ветров. Пытаясь «выжать» из черноземов максимальный урожай, тогдашние хлеборобы разрушили их естественную зернистую структуру. В результате вода от тающего снега и дождей стала стекать по поверхности, смывая плодородный слой и образуя овраги и балки. Параллельно бездумно вырубались окрестные леса, что также способствовало усилению засушливости климата. По мнению Докучаева, общим неизбежным следствием этого явились суровые зимы и знойные, засушливые летние месяцы.

Схожего мнения придерживался другой русский ученый-почвовед – Александр Измаильский. Он изучал водный режим на участках под лесом, целиной (с естественной растительностью) и на вспаханных землях. Вывод был однозначен: водный режим пашен ухудшался из-за того, что почва теряла здесь свою естественную зернистую структуру.

Отсюда уже тогда перед учеными стояла именно та задача, актуальность которой начинают осознавать нынешние политики: каким путем восстановить почвы, разрушенные безграмотной хищнической агротехникой? На этот вопрос еще до революции ответ дал академик Павел Костычев. Он установил, что структура почвы восстанавливается под влиянием природной многолетней травянистой растительности (при оставлении участков под залежь). Поэтому, чтобы ускорить восстановление структуры почвы, Костычев и его коллеги-единомышленники рекомендовали высевать культурные многолетние травы.

В целом посев многолетних трав являлся одним из элементов той регенеративной системы, что была разработана упомянутыми учеными. Сюда входили такие меры, как регулирование водного стока, облесение оврагов и балок, посадка лесозащитных полос и лесных массивов, строительство прудов и запруд, улучшение обработки почвы, подбор устойчивых сортов и т.д. После революции на этой научной основе академик Василий Вильямс разработал травопольную систему земледелия, включавшую в себя указанные агрономические мероприятия. Ее особенностью стало использование полевых и кормовых севооборотов. Периодический посев многолетних трав чередовался здесь с посевами однолетних культур (рожь, пшеница, ячмень, подсолнечник, сахарная свекла, кукуруза и другие) и с чистым паром. Одновременно растения снабжались водой, пищей, светом, теплом, что создавало возможность получения очень высоких урожаев при одновременном восстановлении плодородия почв. Этому как раз способствовал посев различных многолетних трав, которые не только улучшали структуру почвы, но также извлекали из глубоких слоев необходимые для плодородия элементы (например, калий), при этом корни некоторых трав еще и обогащали почву азотом.

Чем особо примечательна такая система применительно к нашему дню? Как нетрудно понять, в ней мы видим ряд элементов модного ныне «органического» земледелия. И что самое интересное, основные агрономические мероприятия, используемые в данной системе, прямо перекликаются с важнейшими элементами упомянутого выше пермакультурного дизайна. И там, и там с помощью схожих агрономических мероприятий вроде посадки деревьев, многолетних трав, устройства прудов и запруд обеспечивается улучшение микроклимата и восстановление плодородия. Изучая советскую травопольную систему и сравнивая ее с системой пермакультуры, невольно возникает впечатление, что создатели последней внимательно изучали труды наших ученых или же практику «Сталинского преобразования природы». Скажем, обогащение почвы азотом через высев бобовых культур практиковалось в рамках советской травопольной системы. Но то же самое предписывает – слово в слово -  упоминавшийся выше Билл Моллисон в своих трудах по пермакультурному дизайну. Посадка бобовых улучшала структуру почвы, обогащая ее азотом, а сами растения шли на корм скоту. Такой корм, содержащий много белка, очень хорошо сказывался на качестве мяса. Фактически получалась тройная польза. 

Здесь важно подчеркнуть еще один показательный момент, сближающий травопольную систему с системой пермакультуры, - это возможность развития разностороннего хозяйства «с правильным соотношением полеводства, животноводства и других отраслей». В данном случае мы взяли прямую цитату из постановления Совета Министров и ЦК ВКП (б) от 20 января 1948 года, где приводится официальная характеристика травопольной системы и истолковывается ее назначение. Данный документ выглядит настолько современно, как будто он отвечает тем проблемам, которые мы обозначили в самом начале: борьба с засухой, борьба с деградацией почв, восстановление плодородия, обеспечение высоких и устойчивых урожаев.

Упомянутый тезис о «разностороннем хозяйстве» вполне соответствует основным принципам «органического» земледелия и всесторонне разобран как раз в системе пермакультурного дизайна. Этот момент мы рассмотрим в следующей части.

Николай Нестеров

Окончание следует

Программное обеспечение, написанное студентом Новосибирского государственного университета Владиславом Родякиным, стало важной частью системы управления одного из самых масштабных научных проектов России — Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ). Сегодня этот софт уже используется в работе уникального ускорительного комплекса, строящегося в наукограде Кольцово.

Как известно, СКИФ — это мегасайенс-установка, ставшая первым в России и самым мощным в мире источником синхротронного излучения четвёртого поколения. Этот комплекс открывает широчайшие возможности для исследований в самых разных областях — от материаловедения до медицины. Благодаря высокой яркости и когерентности излучения, СКИФ позволяет буквально «заглядывать внутрь» вещества, получать сверхточные данные о его структуре и поведении. Реализация таких проектов существенно укрепляет позиции России в международной научной кооперации и создает технологическую базу для прорывных разработок в наукоёмких отраслях.

Программа, которую создал Владислав, представляет собой конфигурационную базу данных. Она хранит информацию об устройствах ускорителя и позволяет автоматически передавать её в управляющие системы.

«По сути, это описание ряда параметров устройств СКИФа, которое потом передаётся в управляющее программное обеспечение. То есть моя программа обеспечивает другие программы актуальными данными для работы с «железом» ускорителя», — рассказал Владислав Родякин, выпускник бакалавриата физического факультета НГУ.

Работа над программой стала для Владислава выпускной квалификационной работой. Её он выполнял, входя в состав команды сотрудников Института ядерной физики СО РАН, которая отвечает за автоматизацию процессов в проекте СКИФ и других российских ускорителях. Программное обеспечение разрабатывалось с октября по май и заняло около 20 часов в неделю в течение нескольких месяцев. Сейчас Владислав продолжает поддерживать и дорабатывать свою систему на основе запросов, поступающих в ходе эксплуатации.

«Мне особенно понравилось, что работа в ИЯФ давала реальную самостоятельность. Я прошёл весь цикл — от проектирования базы данных до создания интерфейса, веб-приложения и интеграции в систему управления. Это уникальный опыт: в бизнес-индустрии начинающие программисты часто получают рутинные задачи, а здесь я работал как человек-оркестр», — отметил Владислав.

Тесное сотрудничество научных институтов Сибирского отделения РАН и Новосибирского государственного университета продолжается на протяжении всей истории вуза. Такой подход позволяет студентам включаться в реальные исследовательские и инженерные проекты уже на этапе обучения. И проект, выполненный Владиславом, — яркое тому подтверждение.

«Наше направление на физфаке НГУ специально готовит студентов к работе с научными установками и к написанию программного обеспечения для них. На третьем году обучения я прошёл курс, преподаватель которого как раз занимался ПО для СКИФа — он и пригласил меня в команду. Так я оказался в большом научном проекте», — пояснил Владислав.

Сегодня Владислав Родякин продолжает учёбу в магистратуре и работу в Институте ядерной физики. Его опыт показывает: университет может быть не только местом учёбы, но и стартовой площадкой для участия в передовых проектах национального и международного масштаба.

Сергей Исаев

Сотрудники Института лазерной физики СО РАН создали 3D-модель верхней атмосферы самой горячей экзопланеты нашей галактики — KELT-9 b звездной системы KELT-9. В систему входят два небесных тела — горячий белый карлик и красный карлик, который относится к классу горячих юпитеров. В результате исследований сибирские ученые смогли описать механизм взаимодействия двух космических объектов и создать модель, уточняющую параметры верхней атмосферы планеты KELT-9 b. Статья об этом опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics.

Система KELT-9 находится в созвездии Лебедя на расстоянии примерно 667 световых лет от Солнца. Планета KELT-9 b сегодня считается самой горячей из всех обнаруженных экзопланет: средняя температура ее атмосферы — около 4  000 °С, а максимальная достигает 10 000 °С. Изначально ученые выдвигали различные предположения о том, стоит ли считать KELT-9 b планетой из-за ее высокой температуры, однако отсутствие термоядерных процессов внутри нее позволило определить этот космический объект как планету. На одной стороне KELT-9 b всегда день, на другой — ночь, это характерная особенность для большинства экзопланет, так как они, как правило, очень близко расположены к своим главным звездам. По причине малого расстояния от звезды, KELT-9 b находится в приливном захвате — оба тела вращаются синхронно, по примеру Земли и Луны, и в результате этого экзопланета всегда обращена к своему солнцу одной стороной.

«В нашей солнечной системе самая близкая к Солнцу планета — Меркурий, расстояние между этими объектами составляет примерно половину астрономической единицы — дистанции между Землей и Солнцем. Подавляющая часть обнаруженных планет в Млечном Пути находятся еще ближе к своим звездам, чем Меркурий, в несколько раз. Дистанция между звездой KELT-9 и планетой KELT-9 b — около 0,03 астрономической единицы, то есть исследуемая планета в тридцать раз ближе к звезде, чем Земля к Солнцу. В этом плане экзопланеты интересны для изучения, потому что в нашей солнечной системе нет подобных объектов. Главный научный интерес — понять, как подобные космические тела вообще могли появиться. Существует две гипотезы. В первом случае предполагается, что планета формируется из газопылевого облака во время образования звезды, однако моделирование показывает — это невозможно, так как звезда, имея превосходящую массу, перетянет на себя космическое вещество. Вторая гипотеза допускает, что экзопланеты могут появляться в разных местах в космосе, а потом в результате каких-либо условий или обстоятельств мигрируют ближе к звездам. Сегодня этот вопрос остается открытым», — рассказал младший научный сотрудник лаборатории энергетики мощных лазеров ИЛФ СО РАН Станислав Сергеевич Шарипов.

Из-за того, что KELT-9 b находится на малом расстоянии от звезды, она имеет расширенную или раздутую атмосферу, превышающую радиус планеты в три раза и достигающую 300 тысяч километров. Это характерная особенность газовых гигантов, у которых отсутствует твердая поверхность. Сибирские физики исследуют экзопланеты, используя наблюдения в разных спектральных диапазонах. В телескопы можно увидеть, как планета проплывает по диску звезды, а ее атмосфера выступает в роли светового фильтра, который пропускает только определенные излучения. Такие наблюдения позволяют примерно понять состав атмосферы и ее радиус. Для получения более конкретных данных о составе атмосферы и количестве молекул в ней ученые применяют численное моделирование, с помощью которого удалось определить температуру и компонентный состав.

«KELT-9 b изучена в нескольких спектральных линиях. В ее атмосфере содержатся водород, гелий, углерод, а также кислород, что считается редким для такого типа планет. Помимо этого, обнаружены более тяжелые элементы: кремний, стронций, титан и другие. Изначально было непонятно, почему планета разогрелась до такой температуры, учитывая, что ее звезда не имеет высоких показателей радиации. За нагрев атмосферы любых планет отвечает коротковолновое излучение звезды — XUV-диапазон. В системе KELT-9 большую часть излучения звезды составляет мягкое вакуумное ультрафиолетовое излучение в VUV-диапазоне. Появилось предположение, что именно оно отвечает за нагрев атмосферы планет, но не был понятен механизм действия. Мы смоделировали квантовые процессы, происходящие с атомами в атмосфере — ионизацию и возбуждение под воздействием VUV-излучения. При рассмотрении мягкого излучения мы выяснили, что оно фотоионизует уже возбужденные атомы, что дает дополнительный канал нагрева атмосферы. В случае KELT-9 b мягкое VUV-излучение в большей степени отвечает за нагрев атмосферы, чем XUV-излучение, в этой особенности заключается новый и главный механизм», — отметил исследователь.

По мнению ученых, существует множество экзопланет с подобным механизмом нагрева атмосферы, которые еще не исследованы. Новый междисциплинарный подход в изучении планет и моделировании их атмосферы, предполагающий решение задач гидродинамики, газодинамики и других областей, позволяет конкретизировать данные, полученные с помощью телескопов и узнать больше о космических объектах.

Исследование проводится при поддержке РНФ (проект №23-12-00134).
Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.

Кирилл Сергеевич

Защита растений от вредителей и болезней – важная задача сельского хозяйства, от которой напрямую зависит продовольственная безопасность. На протяжении десятилетий фермеры по всему миру использовали химические пестициды для борьбы с патогенными организмами. Однако сегодня всё больше внимания привлекают биопестициды – средства защиты растений, основанные на природных механизмах. Исследования, которые сотрудники Института цитологии и генетики СО РАН ведут в этой области стали темой очередного материала в цикле, посвященном 10-летию образования ФИЦ ИЦиГ СО РАН.

Интерес к биопестицидам растет во всем мире по очевидным причинам. Их химические аналоги, наряду с объектом- мишенью, могут уничтожать нецелевые организмы, нарушать экологический баланс, загрязнять окружающую среду и накапливаться в ней, угрожая здоровью человека. В то же время часть их мишеней сумела к ним адаптироваться, снизив эффективность этого инструмента защиты растений.

Биопестициды же создаются на основе живых организмов или их продуктов. Они действуют избирательно: поражают только определённые виды вредителей, не нанося вреда полезным насекомым, животным, человеку и окружающей среде. При этом быстрее разлагаются в природе и не накапливаются в почве, воде или растениях.

Формированию тренда на популярность биопестицидов поспособствовали также развитие биотехнологий, а также изменения в общественном сознании: потребители всё больше выбирают экологически чистые продукты, что создаёт спрос на «зелёные» технологии защиты растений.

Одним из наиболее известных примеров биопестицидов является хитозан – модификация хитина, входящего в состав клеточных стенок ракообразных, насекомых и грибов. Он достаточно хорошо справляется с защитой от патогенов и одновременно стимулирует рост и продуктивность растений. Конечно, есть у хитозана и свои слабые стороны. Это, прежде всего, его плохая растворимость в воде, низкая стабильность и адгезия к тканям растений, что значительно усложняет технологию обработки посевов.

Недавно учеными Новосибирского института органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН, совместно с европейскими коллегами, было создано и запатентовано производное хитозана – новохизоль. За счет изменения линейной формы молекулы хитозана в глобулярную форму новохизоля они не только повысили его растворимость в воде, стабильность и адгезию, но и обеспечили возможность поглощения новохизолем других активных биологических соединений.

 «А значит, на его основе можно делать комплексные биопестициды, которые будут еще более эффективными в решении тех или иных конкретных задач защиты растений», – рассказал ведущий научный сотрудник ИЦиГ СО РАН, д.б.н. Андрей Щербань.

Тем не менее, до настоящего времени новохизоль изучался преимущественно с позиций применения в медицине, а его возможности в области борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений практически не исследовались. Заполнить этот пробел и стало целью нового научного проекта ученых ИЦиГ СО РАН.

Перед его участниками встали две больших задачи. Во-первых, в лабораторных условиях изучить и описать молекулярный механизм действия новохизоля, реакцию генома растения на обработку.  А во-вторых, испытать в полевых условиях: как обработка модельного растения (в этой роли выступает мягкая пшеница) новохизолем на разных стадиях развития сказывается на его продуктивности и устойчивости к разным заболеваниям. И тем самым, подтвердить перспективы использования данного соединения именно в качестве биопестицида.

Причем, в этих экспериментах используют как чистый новохизоль, так и его комплексы с другими биологически активными веществами – экстрактами лиственницы, коры сосны сибирской и другие, которые также обладают защитными свойствами, но при этом сами по себе плохо растворяются в воде, нестабильны, что мешает их использованию.

В рамках проекта уже получены первые результаты. В рамках лабораторных исследований ученые, прежде всего, обратили внимание на антиоксидантную систему, являющуюся универсальным маркером стресса. Известно, что под влиянием разных видов стресса в клетках растений происходит накопление активных форм кислорода, которые разрушают белки, и, в качестве защиты, растения увеличивает активность ферментов, осуществляющих детоксикацию, удаление этих лишних активных форм кислорода.

«В ходе экспериментов, мы увидели, что обработка снизила активность таких ферментов в тканях растения, в частности, основных ферментов, которые разрушают пероксид водорода. Хотя, казалось бы, должно быть наоборот увеличение их активности. Но есть один важный нюанс. Пероксид водорода накапливается в очагах инфекции сжигая гриб. Да, одновременно эта перекись наносит урон и клеткам самого растения, но это можно сравнить с побочным эффектом от сильнодействующего лекарства. Первичной для растения является задача уничтожения очага инфекции, пероксид водорода с этим справляется, а новохизоль тормозит разрушение перекиси. Вот такая довольно сложная, но эффективная система», - объяснил Андрей Щербань.

Ученые доказали, что этот механизм работает в ряде экспериментов, результаты опубликованы в научных статьях. Кроме того, оказалось, что новохизоль вовлечен и в другие механизмы защитной системы растения. В частности, обработка этим препаратом повышает накопление особых рецепторов на поверхности клеток растений, реагирующих на элиситор: хитин в оболочке гриба, или же хитозан (новохизоль), вызывающий иммунную реакцию. Чем больше рецепторов, тем с большей вероятностью вовремя включится защитная система. Одновременно обработка новохизолем запускает повышение выработки растительных хитиназ – ферментов, которые разрушают хитин гриба.

«Таким образом, мы видим, что новохизоль явно активизирует работу защитных механизмов растения для борьбы с патогеном», - подчеркнул Андрей Щербань.

Полевые исследования препарата тоже принесли интересные результаты, было показано, что использование новохизоля в комплексе с другими средствами дает синергетический эффект. Задачей ученых было выбрать наиболее оптимальные сочетания по ряду параметров – эффективность применения в сочетании с низкой себестоимостью и простотой в изготовлении.

В итоге, было отобрано несколько комбинаций, каждая из которых имеет свои преимущества. Одна из комбинаций – сочетание новохизоля с серой. Сера – достаточно дешевый продукт, производство которого хорошо освоено и есть опыт применения ее в качестве химического пестицида. Но соединения с серой плохо растворимы в воде, легко смываются с поверхности, что вынуждает применять их в большом количестве, а эти вещества вредят не только патогенам, но и самим растениям, а также человеку. В комплексе же с новохизолем они лучше прилипают к поверхности, что позволяет в разы снизить концентрацию серы и, соответственно, негативные побочные эффекты от ее применения.

Хорошую эффективность показало соединение новохизоля с усниновой кислотой (получаемой из экстракта лишайника), которая не столь токсична как сера или медь.

В целом, исследователи считают, что новохизоль может стать основой для создания целой линейки биопестицидов (как в чистом виде, так и в комплексах), которые можно будет варьировать в зависимости от условий задачи. К тому же, его можно применять не только для защиты урожаев пшеницы. От грибных заболеваний страдают многие культурные растения, например, тот же картофель поражается грибом- фитофторой, хорошо знакомой не только аграриям, но и дачникам.

Специалисты из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН разработали эффективный способ получения большого количества поли(А)-полимеразы из кишечной палочки. Этот фермент необходим для исследования работы генов в клетках и создания мРНК-вакцин. Исследование опубликовано в журнале Biology.

Вакцины на основе мРНК — гибкий инструмент в борьбе с вирусами и бактериями (например, COVID-19), также они рассматриваются как средство терапии онкологических заболеваний, аллергий и иных патологий. Преимущества мРНК-вакцин — относительно высокая скорость и простота разработки по сравнению с классическими подходами. В фундаментальных исследованиях для анализа работы генов часто используются полиаденильные хвосты на одном из концов молекул мРНК. Эти хвосты повышают стабильность молекул мРНК в клетках и необходимы для эффективной работы мРНК-вакцин. Синтезируются полиаденильные хвосты специальным ферментом — поли(А)-полимеразой, который получают с помощью кишечной палочки (E. coli) в виде рекомбинантного белка. Однако рекомбинантная поли(А)-полимераза токсична для самих клеток E. coli, а также нарабатывается в кишечной палочке в нерастворимом виде, тогда как для использования необходима растворимая поли(А)-полимераза.

Исследователи сравнили продукцию поли(А)-полимеразы в семи штаммах кишечной палочки, варьируя температуру наработки рекомбинантного фермента. Было установлено, что штамм BL21 (DE3) pLysS показал наилучший баланс между плотностью культуры (показатель количества клеток), количеством, растворимостью и специфической активностью наработанной поли(А)-полимеразы. Оптимизация условий наработки поли(А)-полимеразы облегчит как проведение фундаментальных исследований, так и производство мРНК-вакцин.

Штамм BL21 (DE3) pLysS широко распространен и активно используется для наработки рекомбинантных белков. «В силу известных ограничений, связанных с экспортно-импортными операциями, получать штаммы E. coli из-за рубежа сейчас сложно, при их перевозке необходима непрерывная холодовая цепь с температурой минус 70 от момента упаковки производителем до момента распаковки в месте использования, поэтому работать с редкими коммерческими штаммами не всегда бывает удобно. В этом контексте то, что важный фермент хорошо нарабатывается в широко используемом штамме, является очень удачной находкой», — рассказал сотрудник лаборатории фармакогеномики ИХБФМ СО РАН кандидат биологических наук Игорь Петрович Оскорбин.

В дальнейшем ученые планируют исследовать особенности функционирования поли(А)-полимераз бактерий. На сегодняшний день известно, что они задействованы в важных физиологических процессах внутри клеток, однако детали работы поли(А)-полимераз остаются неизученными.
Исследования проводятся в рамках гранта РНФ № 24-24-00389.

Подготовили студенты отделения журналистики Гуманитарного института НГУ Алиса Новохатская и Ольга Кириленко для спецпроекта «Мастерская “Науки в Сибири”»