Международный коллектив, в состав которого вошли исследователи из Сибири, изучил 68 лошадей позднего плейстоцена с помощью методов генетического и изотопного анализа (а также используя знания коренных народов Америки). Ученые обнаружили, что 50—19 тысяч лет назад лошади неоднократно перемещались между исконной Северной Америкой и Азией через Берингию. Однако из-за изменения климата в позднем плейстоцене этот путь был утрачен, что привело к вымиранию лошадей на их родном континенте. Современные североамериканские лошади произошли от евразийских линий, позже завезенных европейцами. Статья об исследовании опубликована в Science.

Лошади появились в Северной Америке около четырех миллионов лет назад. К позднему плейстоцену там одновременно существовало несколько линий лошадей. Одна обитала к югу от ледниковых щитов, другая — по всей Аляске и Юкону, третья — на самой западной окраине Аляски. Именно эта западная группа оказалась генетически связанной с европейскими лошадьми.

Благодаря изменению уровня моря между Чукоткой и Аляской появился Берингийский сухопутный мост, по которому лошади попали в Евразию и после неоднократно мигрировали туда-обратно. Эти перемещения через Берингию продолжались вплоть до последнего ледникового периода. Установлено как минимум пять значительных волн таких миграций. Генетические следы североамериканских лошадей обнаружены в образцах лошадей с Дальнего Востока России, из Северо-Восточного Китая, Анатолии (территория современной Турции), с Пиренейского полуострова. В Северной Америке, в свою очередь, найдены останки лошадей, чья популяция зародилась на Урале.

В период постледникового потепления, около 13 тысяч лет назад, тающие ледяные щиты постепенно затопили Берингийский сухопутный мост, кроме того ландшафт из сухих лугов преобразился в бореальные леса и болота, непригодные для выпаса лошадей и сложные для их передвижения. Американские популяции животных оказались изолированными от евразийских сородичей. В Северной Америке лошади исчезли десять тысяч лет назад (те, что живут там сегодня, — это потомки лошадей, завезенных испанцами в XVI веке).

«Благодаря изотопному анализу было показано, что вымирание североамериканских лошадей в конце позднего плейстоцена, скорее всего, было связано с изменяющимися климатическими условиями: тундростепь исчезала, ее заменили заболоченная тундра, кустарниковые заросли, водно-болотные территории и бореальные леса. Из-за уменьшения территорий, к которым были приспособлены позднеплейстоценовые лошади, и их источников питания многие древние виды лошадей вымерли», — объясняет одна из соавторов статьи научный сотрудник лаборатории цитогенетики животных Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН кандидат биологических наук Мария Александровна Куслий.

Исследование объединило передовые методы анализа древней ДНК и изотопов с традиционными системами научных знаний коренных народов Америки (в нем приняли участие 18 ученых из племен лакота, сиилкс, черноногих, дене и инупиатов).

Анализ митохондриальной ДНК и Y-хромосомы подтвердил, что западные североамериканские лошади ближе к евразийским, чем к южно-американским. Исследование изотопов показало сходство рациона между лошадьми Аляски и Сибири, что указывает на общую среду обитания. О дальних миграциях говорят и археологические находки: обнаруженные в Сибири и Европе останки лошадей с генетическими маркерами, характерными для американской западной линии.

Ученые Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН внесли вклад в изучение миграций уральской линии лошадей позднего плейстоцена.

«Мы исследовали популяцию позднеплейстоценовых лошадей местонахождения Красный Яр Новосибирской области (их обнаружил старший научный сотрудник Института археологии и этнографии СО РАН кандидат биологических наук Сергей Константинович Васильев). В Центре антропобиологии и геномики Тулузы (Франция) мы получили геномные библиотеки, которые затем были высокопроизводительно секвенированы, благодаря чему мы определили ядерные геномные последовательности. Филогенетический анализ, анализ компонентов предковости выявил принадлежность лошадей из Красного Яра к уральской линии позднеплейстоценовых лошадей, что расширило территорию распространения этой линии до Южной Сибири. Было показано, что уральские лошади позднего плейстоцена внесли значительный вклад в формирование генофонда разных популяций лошадей по всей территории Евразии (в Анатолии, Центральной Азии и Европе), и они участвовали в процессе генетического смешения лошадей между Евразийской и Американской Арктикой», — рассказывает Мария Куслий.

В преданиях коренных народов говорится о Тропе Знахаря — жизненно важном коридоре, который соединял Американский и Евразийский континенты на протяжении многих тысяч лет. Эта тропа тянется от Аляски через Сибирь в Монголию, а также через Канаду, через территории племен лакота и майя, ответвляясь повсюду. По ней лошади, как и всё живое, свободно перемещались, смешиваясь и внося вклад в окружающее пространство. Так, конский помет часто содержит семена, из которых вырастают растения, и привлекает насекомых, которые, в свою очередь, привлекают животных. Когда лошадь исчезает с территории, этот процесс останавливается.

«Многие научные системы коренных народов основаны на знании того, что вся жизнь находится в постоянном движении, перемещаясь и адаптируясь по мере изменения климата. Мегафауна (животные более 45 кг) играет ключевую роль в экосистемах, формируя биоразнообразие и сохраняя запасы углерода в почвах и растительности. Сокращение мегафауны может вызвать каскадное воздействие на функционирование экосистем. Наука коренных народов накопила бесценные знания об изменении среды обитания и его влиянии на перемещение людей, мегафауны и других форм жизни», — пишут авторы статьи.

Они отмечают, что современные виды крупных млекопитающих тоже сильно зависят от миграционных коридоров. Исчезновение таких коридоров в условиях изменяющегося климата может привести к необратимой потере генетического разнообразия даже для тех видов, которые когда-то были широко распространены и успешно адаптировались. Исследователи подчеркивают, что необходимо предпринимать отдельные меры по сохранению миграционных коридоров, и это даже важнее, чем защита отдельных изолированных популяций.

Диана Хомякова

В Институте физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН) создали фотокатоды на основе соединения цезий-йод — ключевые элементы для «глаз» нового космического телескопа «Спектр-УФ», планируемого к запуску в 2031 году.

Во время проверки эффективности фотокатоды показали квантовый выход на уровне 40%, что в два раза выше базовых проектных параметров, и является рекордным значением для такого типа фотокатодов. Устройства предназначены для улавливания одной из составляющих космического излучения — вакуумного ультрафиолета, что позволит телескопу получать ранее недоступные данные о Вселенной. В частности, проводить поиск биологических маркеров (признака внеземной жизни) в атмосфере экзопланет.

Разработка имеет большое значение не только для реализации национального отечественного космического проекта «Спектр-УФ», но и для мировой науки в целом. С момента запуска «Спектр-УФ» будет выступать преемником телескопа имени Хаббла, во-первых, закрывая его ультрафиолетовую рабочую нишу. Во-вторых, получая совершенно новую информацию, благодаря современному оборудованию и расположению над поверхностью Земли — в 70 раз выше, чем «Хаббл», на 35 000 км. Как минимум до 2041 года, «Спектр-УФ» будет единственным в мире космическим телескопом, собирающим данные в ультрафиолетовом диапазоне.

Головной организацией проекта «Спектр-УФ» является НПО им. С.А. Лавочкина, за оптические элементы и зеркала телескопа отвечает АО «Лыткаринский завод оптического стекла», за разработку электронных блоков Институт космических исследований РАН, Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики берёт на себя ответственность за комплектацию блока спектрографов и элементов блока камер поля.

Головной научной организацией по проекту «Спектр-УФ» выступает Институт астрономии РАН (ИНАСАН), Институт физики полупроводников изготавливает электронно-оптические преобразователи для блока камер поля — «глаз» телескопа.

Калибровка фотокатодов — ключевой части электронно-оптических преобразователей — была проведена недавно в Институте ядерной физики имени Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН).  

Фотокатод — материал, способный при попадании на него света (фотонов) испускать электроны, а значит, получаемый электрический ток можно измерить, и, таким образом, оценить интенсивность излучения. Объединяя фотокатод, умножитель электронов (микроканальную пластину) и люминофорный экран в вакуумном корпусе, можно не просто измерять ток, а регистрировать изображения в соответствующем диапазоне длин волн.

«Исследование и создание фотокатодов — традиционное направление для нашей лаборатории, но с соединением цезий-йод мы раньше не имели дела. Поэтому, когда возник интерес со стороны коллег из ИНАСАН, мы осваивали технологию на ходу — разработали процесс изготовления фотокатодов, дополнительное оборудование и выяснили, какая конструкция позволит добиться максимальной квантовой эффективности. Такой, чтобы на фоточувствительной поверхности фотокатода выделялось как можно больше электронов в ответ на поглощенные фотоны. Результаты недавней калибровки, проведенной в ИЯФ СО РАН, показали, что квантовая эффективность первых тестовых устройств составляет 40% (упрощенно говоря, 100 фотонов “производят” 40 электронов), что существенно превышает пороговые значения, обязательные для “Спектр-УФ”», — поясняет заведующий лабораторией ИФП СО РАН доктор физико-математических наук, профессор РАН Олег Евгеньевич Терещенко.

«Необходимое и достаточное значение квантовой эффективности для нас — 20%. Звезды — слабый источник излучения, и мы боремся за каждый процент, поэтому эффективность в 40% — это идеально. Таких параметров достигали ранее только в Японии, в компании “Hamamatsu Photonics”», — подчеркивает директор ИНАСАН доктор физико-математических наук, профессор РАН Михаил Евгеньевич Сачков.

После космической миссии «Хаббл», которая работает на орбите уже 35 лет, «Спектр-УФ» станет единственным орбитальным телескопом, получающим данные о Вселенной в ультрафиолетовом диапазоне. Такая информация нужна для исследования атмосферы экзопланет, в том числе для поиска биологических маркеров (признака внеземной жизни), установления физических процессов звездообразования (молодые звёзды излучают в основном в ультрафиолете). А также для понимания тепловой и химической эволюции Вселенной, поиска темного барионного вещества.

В кооперацию по проекту «Спектр-УФ» входит множество ведущих научных и производственных организаций России, ранее одним из партнеров была испанская компания, которая разрабатывала фотокатоды для «глаз» телескопа. Но сотрудничество прекратилось, и потребовалось отечественное решение, которое предложили специалисты ИФП СО РАН.

«На одной из конференций мы увидели подробную презентацию о работах в лаборатории Олега Евгеньевича Терещенко и были приятно удивлены, что в Институте физики полупроводников есть, по сути, полный цикл производства электронно-оптических преобразователей.  Это именно то, что нам надо, поскольку готового продукта, с требуемыми характеристиками не существует, его нужно разрабатывать, адаптировать для проекта. Кроме того, важно, что происходит взаимодействие двух академических институтов, развитие идет в обе стороны», — добавляет Михаил Сачков.

Вакуумный ультрафиолет (ВУФ) полностью поглощается земной атмосферой, поэтому для работы в этой области приходится создавать специализированные высоковакуумные установки. Единственный в России синхротронный источник, на котором можно проводить работы в ВУФ диапазоне, находится в ИЯФ СО РАН — станция синхротронного излучения «Космос», которая использует излучение из накопителя ВЭПП-4. Большую часть времени, около 75%, ВЭПП-4 работает как коллайдер, а оставшиеся 25% — как источник синхротронного излучения.  На станции «Космос» можно добиться требуемой мощности излучения и провести калибровку устройств, работа которых связана с излучением в ВУФ и мягком рентгеновском диапазонах.

«В процессе калибровки мы соотносим показания прибора с показаниями эталонного детектора. Излучение в вакуумном ультрафиолете очень капризное: оно полностью поглощается в атмосфере, оптика и детекторы в этом диапазоне сильно меняют свои свойства при наличии даже незначительных загрязнений на поверхности. Поэтому приходится соблюдать особые меры предосторожности и все измерения проводить в высоком вакууме.

В данном случае мы измеряли эффективность фотокатодов при их облучении фотонами с определенной длиной волны. Эти фотоны мы выделяем из «белого» пучка синхротронного излучения с помощью монохроматора, в состав которого входят зеркала, дифракционная решетка и фильтры из фторида магния.  Создателей “Спектр-УФ” особенно интересует узкий диапазон вокруг спектральной линии Лайман-альфа (~121,6 нанометров), так как она служит важным диагностическим инструментом для исследования атмосферы планет, активности звёзд. Но и для других длин волн мы оцениваем эффективность фотокатодов. Методика выполнения измерений отлажена, это довольно стандартная процедура. Так сложилось, что большую часть времени наша станция работает в мягком рентгеновском диапазоне, однако перенастроить установку для вакуумного ультрафиолета не слишком сложно», — отмечает старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Антон Дмитриевич Николенко.

Сегодня проект «Спектр-УФ» позиционируется, как российский национальный и находится в степени готовности более 50%.

«После запуска мы планируем работать по базовой программе, закрывающей основные исследовательские направления, первое и самое важное из них — получение информации об атмосфере экзопланет. Кроме того, “Спектр-УФ” будет действовать в режиме обсерватории, когда астрономы (в том числе иностранные) подают заявки, и мы их реализуем. Проект востребован, — если судить по запросам в наблюдениях к телескопу имени Хаббла, — их больше, чем 10 к одному. То есть из десяти заявок реализуется только одна. “Спектр-УФ” полностью импортонезависим, у нас есть всё необходимое», — резюмирует Михаил Сачков.

Пресс-служба ИФП СО РАН

В Центре коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ») запущен бустерный синхротрон и начались эксперименты с электронным пучком. Частицы сделали два полных оборота, а синхротронное излучение, которое они испустили, проходя через поворотные магниты, позволило измерить параметры пучка — его форму, размер, интенсивность.

«Мы успешно прошли очередной этап запуска ускорительно-накопительного комплекса. Бустерный синхротрон — большая установка (периметр почти 159 метров), сотни систем которой должны работать согласованно. Тот факт, что пучок пролетел несколько оборотов, как раз это и означает: все соединения, настройки, калибровки сделаны правильно, мы готовы приступить к получению проектной энергии 3 ГэВ», — сказал директор ЦКП «СКИФ» чл.-корр. РАН Евгений Левичев.

Единственным исполнителем комплекса работ по изготовлению, сборке, поставке и пусконаладке технологически сложного оборудования ускорительного комплекса выступает Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН.

Инжекционный комплекс, состоящий из линейного ускорителя и бустерного синхротрона, является основой СКИФ, поскольку формирует пучок с необходимыми параметрами. В линейном ускорителе электроны рождаются, группируются в пучок, получают первоначальное ускорение и энергию 200 миллионов электронвольт (МэВ). Затем этот пучок поступает в кольцевой бустерный синхротрон, где разгоняется до рабочей энергии — 3 миллиарда электронвольт (ГэВ), и отправляется в основной накопитель. В накопителе электронный пучок, проходя через магнитное поле поворотных магнитов (магнитных диполей) или специализированных многополюсных устройств (вигглеров или ондуляторов), генерирует синхротронное излучение. Синхротронное излучение выводится из накопителя через фронтенды и по каналам транспортировки рентгеновского пучка доставляется на экспериментальные станции, где ученые будут использовать его для проведения исследований.

Обороты пучка в бустерном синхротроне зарегистрированы в том числе с помощью синхротронного излучения, которое испускают электроны, поворачивая в магнитах бустера. И, хотя это излучение не используется для экспериментов (его интенсивность слишком мала), с его помощью можно измерить параметры пучка электронов. «Таким образом можно сказать, что синхротронное излучение впервые наблюдается в ЦКП «СКИФ»», — добавил Евгений Левичев.

Следующий этап работы — ускорение пучка электронов до энергии 3 ГэВ. Достигнуть рабочей энергии специалисты рассчитывают в течение июня.

Параллельно с запуском бустерного синхротрона активно ведутся работы и на других площадках ЦКП «СКИФ». В корпусе стендов и испытаний идет сборка оборудования накопительного кольца и прецизионная юстировка выставки элементов на высокоточных подставках-гирдерах.

В здании накопителя завершился настил крыши. В тоннеле накопительного кольца залит пол, смонтирована специализированная геодезическая сеть, которая позволит организовать пространственную связь всех частей ускорительно-накопительного комплекса, идут работы по созданию инженерных коммуникаций.

Еще несколько лет назад идея заглянуть внутрь клеточного ядра и изучить пространственную архитектуру ДНК без микроскопа казалась научной фантастикой. Однако сегодня, благодаря усилиям ученых, это стало реальностью. Используя передовые методы, исследователи из ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» шаг за шагом изучают, как трехмерная организация генома влияет на здоровье человека, и создают на этом фундаменте новые методы диагностики генетических заболеваний.

Долгое время основным инструментом генетиков было секвенирование – чтение линейной последовательности ДНК. Но вскоре стало понятно, что одного знания букв недостаточно. Геном – это не просто цепочка символов, а сложная трехмерная структура, в которой пространственные контакты между участками ДНК тоже очень важны для регуляции активности генов.

Поворотным моментом стало появление технологии Hi-C. Этот метод позволяет «сфотографировать» взаимодействия внутри ядра клетки, зафиксировав, какие участки ДНК находятся в контакте друг с другом. Комбинируя его с массовым секвенированием, исследователи получают карту, по которой можно судить о топологии генома.

В числе первых в России, кто освоил Hi-C, была группа под руководством ведущего научного сотрудника сектора геномных механизмов онтогенеза ИЦиГ СО РАН, д.б.н. Вениамина Фишмана.

На первом этапе они сосредоточились на изучении нормального трехмерного строения генома. В 2015 году ученые показали, что «петли» в упаковке ДНК — не случайные и не статичные структуры. Они образуют своего рода инфраструктуру, позволяющую регуляторным элементам, например, энхансерам, контактировать с нужными генами.

Сравнивая разные клетки и организмы – от сперматозоидов и яйцеклеток мышей, птиц и даже насекомых – ученые искали общие закономерности. Так, в коллаборации с группой Игоря Шарахова (США) они расшифровали геномы пяти видов комаров рода Anopheles — переносчиков малярии.

«Метод Hi-C, который мы использовали, позволил нам расшифровать последовательности генома пяти видов комаров Anopheles. Это крайне важная информация для тех, кто работает над способами борьбы с переносчиками. Например, теперь можно понять, как в ходе эволюции комары приспосабливаются к использованию человека или крупного рогатого скота в качестве кормовой базы, или как происходит адаптация к существующим инсектицидам или переносу малярийного плазмодия. Это открывает новые методы борьбы с этими насекомыми – в том числе методами редактирования генома, например, при помощи цепной мутагенной реакции. Ведь для того, чтобы воздействовать на какой-то ген комара, надо знать, как геном устроен. Именно на этот вопрос отвечает наше исследование», - рассказал Вениамин Фишман.

Сравнение данных о хромосомных перестройках у разных животных навело ученых на мысль: а что, если схожие подходы можно использовать для поиска скрытых генетических дефектов у человека?

Как вспоминал позже Вениамин Фишман, решающим моментом стала поездка в Томск в 2018 году с целью найти в базе коллег из Томского НИМЦ интересные случаи наследственных заболеваний человека, которые можно дальше исследовать. Открыв базу данных, ученый обратил внимание, что большое число пациентов остаются без молекулярного диагноза – не смотря на использование самых передовых методов молекулярно-генетической диагностики.

«На мой вопрос, почему так получилось – мне ответили, что это общая проблема, достаточно часто, несмотря на все наши возможности, секвенирование генома, другие анализы, ничего не находится. Сразу возникла мысль, что необходимы новые способы диагностики, которые будут решать эту проблему», - продолжил он.

Так родилась идея: использовать Hi-C в медицинской генетике. Ведь классические методы зачастую не выявляют крупные сбалансированные хромосомные перестройки, когда целые блоки ДНК меняются местами, не затрагивая сами гены, но нарушая их работу.

К 2020 году ученые из ИЦиГ разработали диагностическую технологию, позволяющую выявлять как крупные перестройки, так и точечные мутации, при этом сохраняя пространственную информацию о геноме. Принцип метода следующий: сначала ДНК готовится таким образом, чтобы зафиксировать ее трехмерную структуру, а затем проводится глубокое секвенирование. Из образца крови или биопсии эмбриона можно получить максимум информации, заменив этим одним тестом сразу пять разных анализов.

Метод оказался особенно полезен для диагностики причин бесплодия и прерывания беременности. Дело в том, что сбалансированные хромосомные перестройки – одна из самых частых причин этих состояний, но их сложно обнаружить. Новый подход не только находит такие перестройки, но и позволяет отличить здоровый эмбрион от носителя во время процедуры ЭКО.

Исследование, охватившее десятки пациентов при участии медико-генетических центров в Москве и Томске, показало: новый метод не уступает (а иногда и превосходит) существующие по чувствительности и специфичности. При этом он дешевле и проще в применении.

Следующим шагом стало стало сочетание Hi-C с экзомным обогащением – методом, фокусирующим секвенирование на белок-кодирующих участках генома. Такой подход позволяет одновременно определить, какие мутации влияют на структуру белков, и как изменена пространственная архитектура участков, в которых они расположены.

В этом проекте исследователи ИЦиГ сотрудничали почти с десятком медико-генетических центров России, в первую очередь с московским (МГНЦ) и томским (Томский НИМЦ). Благодаря такому масштабному сотрудничеству удалось протестировать разработанный метод на большой когорте пациентов. Были обнаружены новые, ранее не описанные мутации.

Уже сегодня этот подход позволил завершить «диагностическую одиссею» для нескольких пациентов, годами не получавших точного диагноза. Были выявлены ранее неизвестные перестройки, указывающие на причины тяжелых заболеваний. Это не только открывает путь к лечению, но и позволяет точно прогнозировать риски для будущих поколений в семье.

В настоящее время близятся к завершению еще два исследовательских проекта. Первый направлен на адаптацию данной технологии для преимплантационного тестирования при ЭКО. Это позволит точнее подбирать эмбрионы без генетических аномалий и повысит шансы на успешную беременность.

Параллельно ведется работа над применением метода для подбора таргетной терапии в онкологии. Исследователями выявлен список из порядка 50 типов хромосомных перестроек, которые можно обнаружить и учитывать при назначении препаратов. Некоторые из этих мутаций уже «таргетируются» одобренными лекарствами.

Разработка новосибирских ученых – яркий пример того, как фундаментальные знания о строении генома со временем переходят в практическую плоскость, расширяя возможности в диагностике и терапии. То, что вчера казалось невозможным, сегодня становится частью клинической практики, и дает надежду тем, для кого раньше врачи не находили ответов.

Технологическое лидерство лозунгами не завоюешь: хорошая технология, как капризный цветок, требует долгого и тщательного выращивания. И некоторым академическим институтам удалось создать для этого настоящую экосистему. За последние десять лет ученые Института теплофизики Сибирского отделения РАН стали лауреатами трех правительственных премий в области науки и технологий, включая молодежную.

– Премия Правительства РФ 2024 года была присуждена за развитие научных основ тепло­гидравлики реакторных установок нового поколения, - рассказывает директор ИТ СО РАН академик Дмитрий МАРКОВИЧ. - В состав авторского коллектива вошли также представители организаций Росатома и университетов. Эта награда - итог почти 20-летней работы, которой мы гордимся. Есть и другие стратегические партнеры, с которыми нас связывает многолетнее плодотворное сотрудничество. С «Объединенной двигателестроительной корпорацией» достигнуты серьезные результаты по оптимизации процессов в камерах сгорания газотурбинных двигателей, по разработке систем машинного зрения для двигателестроения.

Преодолеть «долину смерти»

Давнее взаимодействие ИТ СО РАН с крупными корпорациями сегодня выходит на новый уровень.
– С удовольствием поделюсь с «Поиском» новостью: вышли поручения Правительства РФ о создании в нашем институте научно-инжинирингового центра, якорные индустриальные партнеры - Рос­атом и ОДК, - продолжает академик Маркович. - Предусмотрено строительство нового корпуса. Мы этот центр рассматриваем в качестве первой очереди большого комплекса аэродинамики и энергетики, давно уже запланированного как часть программы «Академгородок 2.0». В новом здании будет компактная «начинка» - комплекс экспериментальных стендов, направленный на преодоление печально известного интервала в разработках - «долины смерти» (проходит через уровни готов­ности технологий от 4-го до 7-го).

Планируем расширить и мощность нашего вычислительного кластера с 300 терафлопс до петафлопного масштаба. Задачи инжинирингового центра как раз требуют массового суперкомпьютерного моделирования - сегодня это неотъемлемая часть развития новых технологий.

Чтобы начать вложения в инфраструктуру центра уже сейчас, подали заявки на ряд конкурсов Минобрнауки РФ.

С корпорацией «ТВЭЛ» из сис­темы Росатома начинаем проект по анодным материалам для аккумуляторов на основе плазмохимических технологий. Обсуждаем совместные проекты с компанией Huawei, планируются новые работы с АО «Информационные спутниковые системы имени академика М.Ф.Решетнева», другими организациями Росатома, Ростеха, Роскосмоса. Исторически сложилось, что наш институт отличается широтой тематик, это и позволяет браться за задачи мультидисцип­линарного характера. С другой стороны, уже понимаем, что не хватает сил и людей. Поэтому в планах - расширение кадрового состава института.

– Но без фундаментальных основ не вырастить ни одну технологию. Какие задачи ставите в этой области?

– Конечно, фундаментальные исследования - это тот базис, который позволяет поддерживать институту и его сотрудникам высокий мировой уровень. Помимо государственного задания нам удается завоевывать довольно большое количество грантов. Традиционно Институт теплофизики активно участвует в программе мегагрантов. В рамках такого проекта под руководством нашего бывшего соотечественника профессора Сергея Сажина мы выполняем комплекс фундаментальных исследований по изучению структуры многофазных систем, повышению интенсивности процессов переноса, управления потоками. В области горения и детонации координируем работу консорциума ведущих академических и образовательных организаций в рамках крупного научного проекта, при поддержке Российского научного фонда выполняем несколько десятков проектов, в том числе по программе поддержки лабораторий мирового уровня, одна из которых создана совместно с Новосибирским государственным университетом.

Финансовое состояние стабильное - уже более пяти лет оборот института превышает миллиард рублей. Ожидаем, что в 2025 году он существенно возрастет.

– Проект научно-инжинирингового центра предусматривает увеличение персонала на 100 человек. Как планируете привлекать молодежь?

– Увеличение не мгновенное, а в перспективе - до 2030 года. Держим связь с нашими базовыми кафедрами. Так, кафедра Института теплофизики в НГУ лидирует по популярности среди студентов, но ежегодный набор - всего13 человек. Поэтому мы активно работаем и с другими университетами: НГТУ, СФУ, ТПУ. Стараемся стимулировать молодых ученых. Есть льготные условия «внутриинститутского налогообложения»: все накладные расходы по молодежным грантам возвращаем Совету молодых ученых для обеспечения участия в научных конференциях, субсидий на аренду жилья.

Молодежь должна видеть карьерную траекторию, поэтому в 70 лет у нас завлабы покидают свой пост, и сейчас больше половины руководителей подразделений моложе 45 лет. В рамках нацпроекта созданы 5 молодежных лабораторий. Конечно, вопрос удержания молодых ученых, особенно в условиях Сибири, не решить силами одного института. Нужны программы по организации преимуществ для тех, кто хочет себя реализовать в наших суровых условиях. Как это было при создании Сибирского отделения Академии наук в 1950-1960-е годы.

С ориентацией на практику

Реально способствуют достижению технологического лидерства крупные научные проекты. Они охватывают широкий спектр междисциплинарных проблем - от методов управления реагирующими многофазными потоками в малоэмиссионных и детонационных камерах сгорания газотурбинных установок и двигателей до создания новых эффективных и безопасных технологий с использованием низкоуглеродных видов топлива и горючих отходов. ИТ СО РАН выступает головной организацией для 13 академических институтов и университетов, а координирует работу 20 научных групп заместитель директора института доктор физико-математических наук Олег ШАРЫПОВ:

– По результатам реализации проекта издана монография «Процессы горения и детонации в перспективных энерготехнологиях» под нашей с Д.Марковичем редакцией. Ориентация сформированного научного задела на решение практических задач предприятий, участвующих в реализации нацпроектов «Промышленное обес­печение транспортной мобильности», «Новые атомные и энергетические технологии» (ОДК, ЦИАМ, РФЯЦ - ВНИИТФ, ВНИИПО МЧС России и др.), позволила получить грант Миннауки на развитие этих работ в 2024-2026 годах.

Наша лаборатория изучает управление сжиганием жидких углеводородов, включая отходы, с помощью сверхзвукового потока перегретого водяного пара для интенсификации смесеобразования и паровой газификации топлива. Применение струи пара для распыления горючего исключает коксование форсунок. На горелочных устройствах, обеспечивающих максимальное сгорание, достигнуты экологические показатели, превосходящие лучшие зарубежные образцы. Получены патенты. Наши разработки могут использоваться для сжигания обводненной нефти на скважинах или для переработки собранных с поверхности воды нефтепродуктов прямо на борту судна.

Среди исследователей - мои ученики, недавние дипломники и аспиранты, получившие ученые степени и в 2021 году удостоенные молодежной премии Правительства РФ. В фокусе внимания - исследования на огневых стендах до 5 МВт в условиях, приближенных к реальным, и разработка методов управления энергетическим оборудованием на основе искусственного интеллекта.

Энергия кипения

Вклад в теплофизику всемирно известной научной школы Самсона Кутателадзе, имя которого носит институт, - гидродинамическая теория кризисов кипения. Заведующий лабораторией низкотемпературной теплофизики член-корреспондент РАН Александр ПАВЛЕНКО приумножил достижения своего учителя. За разработку высокоэффективных методов интенсификации тепломассообмена при испарении, кипении и дистилляции для энергетики и химического машиностроения авторский коллектив под его руководством был удостоен международной премии им. академика А.В.Лыкова.

– В наши дни наблюдается своеобразный «ренессанс» в исследованиях теплообмена, переходных процессов и кризисных явлений при кипении и испарении, - считает А.Павленко. - Миниатюризация электронных устройств требует нестандартных способов охлаждения. Чтобы устройство работало быстро, на плате нужно расположить как можно больше элементов и как можно ближе друг к другу, при этом тепловые нагрузки сильно возрастают. Но температура чипов не должна превышать 85⁰С.

Мы проводим целый комплекс исследований по интенсификации теплообмена в режимах высокоэффективного кипения и сверхинтенсивного испарения с использованием новейших методов микро/наномодифицирования теплоотдающих поверхностей в сочетании с активными способами управления потоками диэлектрической жидкости - при спрейном/струйном орошениях, при пленочных течениях и в тонких слоях жидкостей - для чего разработали новый экспериментальный стенд. В итоге научились отводить от поверхности рекордные потоки тепла. Ведем ряд проектов с российскими и зарубежными партнерами по созданию высокоэффективных и энергетически выгодных систем охлаждения и термостабилизации оборудования различного назначения.

Другая задача - поиск способов интенсификации теплообмена при фазовых переходах с испарением охлаждающей жидкости для создания крайне востребованной в мире технологии ожижения природного газа в спиральных теплообменниках. В подобных установках - километры труб, внутри которых течет природный газ. Учитывая масштаб установок, любая интенсификация теплообмена позволит значительно снизить затраты.

Участвуем мы и в создании современной космической техники - в рамках гранта Минобрнауки РФ «Исследование процессов испарения жидкостей в топливных баках ракет-носителей для повышения экологической безопасности и экономической эффективности ракет-носителей с жидкостными ракетными двигателями» (с ­ОмГТУ). При реализации крупного научного проекта «Разработка фундаментальных основ расчета и принципов построения энергетических систем, основанных на эффекте сверхпроводимости» (с МАИ) необходимо было разработать системы охлаждения для оборудования с использованием высокотемпературных сверхпроводников. И мы с этим также успешно справились.

Нюансы пламени

Камеры сгорания двигателей и энергетических установок - наиболее сложные для численного моделирования узлы, поскольку в них протекают различные физические и химические процессы, включающие распыл, испарение и горение топлива. Причем все это, как правило, происходит в закрученных турбулентных потоках под влиянием крупномасштабных вихревых структур.

– Наша лаборатория специализируется на физическом и математическом моделировании потоков жидкости и газа в энергетическом оборудовании. Сюда входят и оптическая диагностика процессов, и трехмерное численное моделирование с акцентом на управлении потоками, - поясняет заведующий лабораторией физических основ энергетических технологий профессор РАН Владимир ДУЛИН. - Всегда возникает вопрос: насколько полученные в лабораторном масштабе результаты соотносятся с процессами, имеющими место в реальных энергетических устройствах? Новизна наших работ заключается в применении современных активных методов диагностики, в том числе панорамных. Мы разрабатываем такие методы диагностики, верифицируем их в лабораторных условиях, а затем применяем на установках, где моделируются основные процессы в условиях, приближенных к реальным.

Оптические методы исследования многофазных реагирующих потоков стали визитной карточкой ИТ СО РАН. Достаточно упомянуть метод цифровой трассерной визуализации (Particle Image Velocimetry, PIV) для бесконтактного измерения скорости в потоках, за который получена премия Правительства РФ 2014 года.

Среди приоритетных прикладных направлений лаборатории в настоящее время - научное сопровождение опытно-конструкторских работ по авиадвигателям семейства ПД и другим перспективным изделиям, энергетическим аппаратам.

Сейчас для гражданской авиации крайне актуальной является задача снижения эмиссионных характеристик двигателей по выбросам оксидов азота и сажи. Один из путей решения - реализация камеры сгорания т. н. бедного типа с избытком воздуха в основной зоне, но при этом, как правило, горение пламени подвержено влиянию термоакустической неустойчивости, могут возникать режимы вибрационного горения. С применением оптической панорамной диагностики мы детально разобрались в том, как можно управлять данными процессами в модельных горелочных устройствах. На основе измерений поля температуры с временным разрешением в сотни наносекунд обнаружили немало нюансов и выработали конкретные предложения для прототипов фронтовых устройств разрабатываемых авиационных двигателей. Надо сказать, что весьма активно в исследованиях принимают участие студенты и аспиранты, которым такие подходы очень интересны. А это крайне важно.

Ольга Колесова

Часть Первая: Союз энергетиков и аграриев - за будущее планеты здесь

Часть Вторая: Почва для диалога власти и науки

– Насколько сами энергетики готовы к участию в реализации климатической повестки и такой перестройке?

– Скорее нужно говорить не о перестройке, а о восстановлении того порядка, когда энергетика работала в едином народно-хозяйственном комплексе страны. Простой пример из прошлого. Повсеместно рядом с ТЭЦ располагались тепличные хозяйства. До 70% в себестоимости продукции теплиц занимают расходы на энергетику. В то же самое время - по законам физики - при выработке электроэнергии на тепловой электростанции обязательно нужно выбрасывать тепло в окружающую среду. Это делается или с помощью градирен или прудов-охладителей.

Раньше это сбросное тепло от электростанции использовалось в тепличном хозяйстве. Покажите мне сейчас хоть одну теплицу рядом с ТЭЦ. Как говорят менеджеры от энергетики, это непрофильный актив. Сейчас повсеместно строят теплицы, которые отапливаются за счёт собственных котельных. Получается, что одни тепло выбрасывают (электростанции), а рядом другие (в теплицах) тепло производят, сжигая топливо и выбрасывая в атмосферу СО₂. Более того, энергетики стараются переложить ответственность за углеродный след на конечных потребителей. Покупая тепловую энергию, потребитель тепла - мы с вами - приобрели и углеродный след этого тепла, и поэтому - это теперь уже НАШ углеродный след. То есть вопрос стоит так, что если будут брать углеродный налог, то его будут брать именно с нас! Каждый продукт имеет углеродный след. Если вы купили продукт, то вместе с ним вы купили и его углеродный след.

Стало быть, покупая его, вы должны быть готовы компенсировать эти углеродные выбросы из своего кармана. Поэтому чисто формально у энергетиков углеродного следа нет. Он переходит потребителям их продукции. Для нас это выразится в том, что мы за эту продукцию станем платить больше. Совсем простой пример. При авиационных перелётах над территорией Европы будет взиматься налог за выбросы парниковых газов. Разумеется, эта плата войдёт потом в стоимость авиабилетов.

Такая постановка вопроса, в конечном итоге, не влечет никаких перемен, кроме удорожания товаров и услуг. В этой связи я бы поставил вопрос перед энергетиками так: друзья, вначале вы должны повысить энергоэффективность, свести к минимуму тепловые потери и так далее. Поскольку всё это отражается на углеродном следе. Чем ниже энергоэффективность, чем выше тепловые потери, тем выше и углеродный след. Бороться за снижение углеродного следа энергетики и потребители тепловой энергии должны согласованно и вместе. Такую позицию высказывал бывший генеральный директор Сибирской генерирующей компании Степан Солженицын.

С одной стороны, у энергетиков, это повышение энергоэффективности, с другой – диверсификация бизнеса путем восстановления тепличных хозяйств при ТЭС.

Поэтому еще раз подчеркну, что речь не идет об обременениях для производителей. Речь идет о создании экономики устойчивого развития, когда производства сосредотачиваются там, где планомерно и грамотно достигается снижение углеродного следа конечной продукции.

Это касается и глобальной конкуренции. Если Россия сумеет, идя таким путем, максимально снизить углеродный след своей продукции, то эта продукция на мировом рынке должна получить явные конкурентные преимущества. Как раз решения этой задачи мы и должны добиться. И у нас такие возможности есть.

Отмечу, что у нашей промышленности – огромный потенциал снижения углеродного следа. О повышении энергоэффективности мы уже говорили. Сюда входит не только повышение КПД энергетических объектов, но также и утилизация сбросного тепла, что ведет к уменьшению объемов сжигания ископаемого топлива. А если вместо того, чтобы сжигать уголь до золы, мы начнем производить из него и тепловую энергию, и углеродные материалы (сорбент, полукокс и т.д.) это станет дополнительным шагом в сторону декарбонизации. Сегодня мы выбрасываем в атмосферу примерно полтора миллиарда тонн СО₂. В случае воплощения той идеи, о которой я говорю, эта цифра значительно уменьшится.

– Валентин Владимирович, у нас в стране принята Стратегия низкоуглеродного развития до 2050 года, принята Климатическая доктрина. Наконец, недавно был утвержден новый вариант Энергетической стратегии. Я внимательно изучал эти документы, но, к сожалению, не обнаружил там озвученных Вами идей по поводу декарбонизации. Складывается впечатление, что наверху еще не очень внимательно прислушиваются к нашему научному сообществу. Как вы это прокомментируете?

– Я думаю, плодотворное взаимодействие науки, власти и бизнеса по проблеме декарбонизации - это вопрос времени.  Самый важный пункт, который я обнаружил в Климатической доктрине, касается вопроса: а кто отвечает в стране за ее решение? Кто является субъектом ее реализации? В Климатической доктрине четко прописано, что реализация возложена на Федеральные органы исполнительной власти, а также на руководящие структуры российских регионов. Последний момент для нас особенно важен. В 2023 году в стране появился единственный лидер в этом вопросе – Республика Татарстан, в которой не только разработана и утверждена Стратегия социально-экономического развития республики с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 года (СНУР-2050 РТ), но и разработан план мероприятий по её реализации.

В середине апреля этого года в Академгородке прошли дни науки и культуры Республики Татарстан, было подписано соглашение о сотрудничестве между Правительством Республики Татарстан и Сибирским отделением Российской академии наук. Одним из разделов сотрудничества, я надеюсь, станет кооперация по климатической проблеме.

В преамбуле СНУР-2050 Татарстана зафиксированы вполне конкретные цели. Например, к 2030 году они намерены сократить выбросы парниковых газов на 8 миллионов тонн СО₂ экв, а к 2050 году – на 20 миллионов тонн СО₂ экв.

– Сибирскому Отделению есть что предложить на этот счет?

– Конечно есть. В 2018 году под председательством академика РАН В.Н. Пармона был создан Экспертный совет президиума СО РАН по проблематике Парижского соглашения по климату. За время работы Экспертного совета был рассмотрен целый ряд конкретных предложений по снижению углеродного следа экономики - как для Новосибирской области, так и регионов, входящих в состав Сибирского федерального округа. Многие из этих предложений вполне могут быть реализованы и в Республике Татарстан.

Беседу вел Олег Носков

Представляем новое интервью с главным научным сотрудником Института археологии и этнографии СО РАН, доктором исторических наук, профессором  Андреем Павловичем Бородовским. В этот раз темой для разговора стало археологическое наследие Новосибирского Приобья, которое впервые было описано еще в XVIII веке.

– Расскажите, пожалуйста, о чем идет речь в Вашей новой статье?

– В путевых дневниках одного из родоначальников российской археологии Д.Г. Мессершмидта, а также его более позднего коллеги И.Г. Гмелина, посещавших в первой половине XVIII века территорию будущей Новосибирской области, содержится немало информации о разных объектах археологического наследия – курганах, городищах, и отдельных артефактах и т.д. Дело в том, что это были комплексные экспедиции, организованные молодой Российской Академией наук по поручению власти и их целью был сбор самой разнообразной информации о сибирских землях – здешней географии и топонимике, биологии и, конечно, истории. И данные об археологических памятниках, собранные ими тогда актуальны и сегодня – в рамках идентификации и сопоставления с современными археологическими данными.

Это достаточно сложная задача, решение которой может занимать долгое время. Ярким примером является «Уеньское городище», описанное И.Г. Гмелиным в 1741 г. и опубликованном в Германии 1752 году. Попытки идентифицировать его реальный археологический прототип современными сибирскими археологами предпринимались с тех пор неоднократно, но сделать это удалось только в начале нашего века, то есть почти 250 лет спустя с момента его первого научного открытия.

– А почему это было так сложно? И.Г. Гмелин не указал точного местоположения памятника?

– И.Г. Гмелину его показали местные жители, когда он проезжал по тракту и он его описал достаточно примерно, во многом со слов этих самых местных жителей. Но впоследствии в этой местности д. и. н. Татьяной Николаевной Троицкой в 70-е годы прошлого века было найдено четыре городища и надо было понять, о каком из них идет речь в записках И.Г. Гмелина (или это вообще был собирательный образ нескольких памятников). Долгое время точного ответа на этот вопрос получить не удавалось. Да и того зимовья, которое было указано в качестве ориентира уже давно не существует.

И лишь несколько лет назад мы, вместе со моим учеником к.и.н. С. В. Гороховым, просчитали по дневнику Гмелина все расстояния, сравнили с планами, и выяснилось, что одно городище –Дубровинский Борок-6 - напоминает то рисунок, который был у И.Г. Гмелина.

– И много таких объектов описано в дневниках ученых XVIII века?

– Достаточно много. Но не всегда это на самом деле археологические объекты. Д.Г. Мессершмидт описал, в частности, городище, так называемое Юрт-Оры. Ему его показали, как легендарный объект, якобы это как-то связанный с Кучумом. Но археологические обследования уже в наше время выявили, что это никакой не археологический памятник, а просто геологический объект, какие-то дюнные возвышения, которые в древности почему-то воспринимались как рвы и валы. Но в целом, Д.Г. Мессершмидт описал десятки памятников на территории Урала и Западной Сибири. И.Г. Гмелин тоже, по возможности, описывал памятники, которые ему встречались во время его экспедиции. Так что можно сказать, период с 1721 по 1743 год – это то время, когда, по сути дела, и формировалась современная отечественная археология в том виде, в котором она существует сейчас.

– На сегодня все описанные ими памятники идентифицированы или эта работа еще продолжается?

– Существует еще ряд объектов, которые ждут своей идентификации. И есть вот какой нюанс, некоторые объекты, которые описывали Д.Г. Мессершмидт, И.Г. Гмелин, П.С. Паллас (руководитель еще одной академической экспедиции по изучению Сибири в том же столетии), они стали археологическими памятниками позднее, ближе к нашему времени. Я говорю сейчас про знаменитые сибирские остроги – Умревинский, Чаусский и другие. Сегодня они тоже являются полноценными объектами археологических исследований, а в то время – это были действующие оборонительные сооружения, административно-политические центры русской экспансии в Сибирь и в материалах экспедиций сохранились записи о них, как они выглядели в то время, как функционировали.

– Есть какие-то объекты, которые Д.Г. Мессершмидт или И.Г. Гмелин описали, а современные археологи даже не знают, где они, их только предстоит заново найти?

– Такие памятники есть, в нашей области они расположены где-то в Барабинской лесостепи. Есть объекты на территории Кемеровской области, Томской области, Красноярского края, которые требуют своего дальнейшего поиска. Здесь пригодится та методика, которую мы применяли для идентификации «Уеньского городища».

Есть и задачи, которые, возможно, не удастся решить. Так, Д.Г. Мессершмидт в своих записях указывает, что многие «языческие могилы» по берегам Оби уже разграблены и нужно обладать особенным счастьем, чтобы случайно найти еще что-то ценное. И надо понимать, что и в последующие годы памятники могли подвергаться случайному или целенаправленному разграблению, да и просто быть уничтоженными в результате хозяйственной деятельности.

Иногда бывало, что потенциально ценные артефакты тоже исчезали из поля зрения ученых. Например, при посещении Чаусского острога Мессершмидт упоминает о несостоявшемся приобретении золотых сережек. Судя по описанию, речь шла о «петельчатых серьгах» эпохи раннего железа. К сожалению, локализовать этот артефакт сегодня не является возможным.

Но даже, если речь идет об артефактах или других объектах, местонахождение которых сегодня не установлено, сама информация о них может быть интересна и полезна для ученых. Хорошим примером является история с идолом в форме козла.

– Расскажите подробнее, пожалуйста.

– Во время посещения того же Чаусского острога, Д.Г. Мессершмидту сообщили, что у дворянина Вишневецкого из Томска, ныне пребывающего в остроге, есть медный идол в виде козла, на которого прыгает лев. Но дворянин отказался продать свою находку «для науки» и заявил, что он сам готов отвезти его в Кунсткамеру Его Царского Величества.

Сделка не состоялась, но информация об артефакте дошла до нас, и мы можем ее интерпретировать. Очевидно, что описана бляха, выполненная в скифо-сибирском зверином стиле. Сам сюжет - нападение кошачьего хищника на копытное животное – характерен для аналогичных предметов на юге Западной Сибири в ту эпоху. Также интересно, что указ о приобретении таких находок государством (через Берг- и Мануфактур-коллегии) вышел в том же 1721 году, что и произошла попытка приобрести бляху в остроге. И это говорит о достаточно высокой скорости распространения информации о государственной политике по отношению к предметам древности в петровскую эпоху. Ведь, в том же году, житель острога на окраине империи уже знал, что власть заинтересована в подобных артефактах. Ну а то, что похожую бляху случайно обнаружили уже в нашем веке в районе Бердска, позволяет предположить, что и бляха Вишневецкого происходила из Новосибирского Приобья. Хотя саму ее мы изучить не можем и ее дальнейшая судьба науке не известна. Но, как видите, даже в этом случае изучение записок Д.Г. Мессершмидта приносит пользу.

Работа подготовлена по теме Госзадания НИР ИАЭТ СО РАН «Формирование оригинальных черт российской цивилизации и становление империи на материалах исследований памятников Сибири XVI - XX веков (FWZG-2025-0013)»

Сергей Исаев

Исследователи из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН предложили комбинировать химиотерапию и терапию онколитическими вирусами при лечении глиом. Метод уже показал эффективность на клеточных культурах и модельных животных. Статья ученых опубликована в международном журнале International Journal of Molecular Sciences. 

Глиома — это агрессивный тип трудноизлечимой опухоли центральной нервной системы. Золотой стандарт ее лечения включает удаление новообразования хирургами с последующей химиотерапией темозоломидом и радиотерапией. Однако глиомы устойчивы к разным методам лечения, поэтому терапия часто оказывается малоэффективной. Например, опухолевые клетки глиом способны исправлять нарушения ДНК, вызванные химиотерапевтическими препаратами, и таким образом остаются устойчивыми к лечению. Для решения этой проблемы исследователи предложили дополнить противоопухолевое действие химиопрепарата онколитическим вирусом. 

«Для использования этих вирусов в терапии предпочтение отдается либо вирусам, непатогенным для человека (то есть вирусам животных, птиц и так далее), либо ослабленным штаммам вирусов человека. Наш вирус создан на основе штамма вируса осповакцины L-IVP, который использовался до 1980-х годов для создания противооспенной вакцины: он уже показал, что действительно безопасен и хорошо переносится людьми. Дополнительно наши коллеги из Государственного научного центра вирусологии и биотехнологии «Вектор» ослабили данный штамм в отношении здоровых клеток и нацелили на опухолевые», — рассказывает младший научный сотрудник лаборатории биотехнологии ИХБФМ СО РАН Алиса Борисовна Агеенко.

Для нацеливания вирусного препарата на злокачественные клетки ученые из ГНЦ ВБ «Вектор» удалили из вирусного генома фрагменты генов вирусной тимидинкиназы (фермент, который участвует в синтезе ДНК) и ростового фактора (белок, который стимулирует рост неинфицированных клеток, способствуя вирусной инфекции). На их места были встроены гены человеческого ГМ-КСФ — фактора, который участвует в созревании подмножеств иммунных клеток, стимулируя тем самым местный противоопухолевый иммунный ответ, и онкотоксического белка лактаптина, который вызывает гибель опухолевых клеток. 

Глиомы способны изменять иммунную систему так, чтобы она игнорировала опухолевые клетки: они становятся невидимыми для нее. Онколитические вирусы помогают сделать новообразование снова видимыми для иммунитета: вирусы распознают опухолевую клетку, размножаются в ней, что приводит к разрушению клетки. При этом из нее высвобождаются опухоль-специфические антигены, которые помогают организму формировать иммунный ответ против злокачественных клеток. Антигены привлекают иммунные клетки в опухоль и таким образом «подсвечивают» глиомы, словно прожектор. 

Для начала ученые подобрали необходимые концентрации темозоломида и онколитического вируса, а также их комбинации на клеточных культурах глиом человека. Специалисты выяснили, что наиболее эффективно опухолевые клетки уничтожала комбинация, где сначала применялся онколитический вирус, потом, через 60 часов, — темозоломид. Дальнейшие исследования на модельных животных — мышах — показали большую эффективность нового метода в сравнении с традиционным лечением темозоломидом. Введение животным только темозоломида вызывает торможение роста трансплантированных опухолей всего на 33 %, а совместное применение с онколитическим вирусом позволило достичь уменьшения размеров опухолей до 96 % в сравнении с контрольной группой животных, не получавших терапию. Проведя гистологический анализ трансплантированных опухолей после проведенной терапии, ученые выяснили, что разрушение опухолевой ткани более выражено при применении сначала онколитического вируса, а затем — темозоломида, что согласуется с выводами, полученными в экспериментах с культурами клеток.

Для применения в клинической практике наиболее действенный подход — обработка вирусным препаратом места нахождения опухоли сразу после ее удаления. Через восемь-девять дней ученые рекомендуют химиотерапию темозоломидом. Этот подход позволит воздействовать на оставшиеся после операции опухолевые клетки и снизить при лечении дозу темозоломида, что уменьшает токсические побочные эффекты терапии.

Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда № 22-64-00041.

Подготовили студенты отделения журналистики Гуманитарного института НГУ Анастасия Толстова и Злата Шагарова для спецпроекта «Мастерская “Науки в Сибири”»

Фото авторов

Часть Первая: Союз энергетиков и аграриев - за будущее планеты

- Валентин Владимирович, как Вы оцениваете европейский опыт реализации климатической повестки? Подходят ли нашей стране такие методы?

Знаете, когда я изучаю европейские подходы к снижению выбросов парниковых газов, у меня возникает такая аналогия. Вот смотрите, каждый из нас, когда дышит, вдыхает кислород и выдыхает углекислый газ. То есть у нас внутри происходит своего рода реакция горения. А теперь представьте, что кто-то заявляет: давайте не будем дышать, чтобы не загрязнять атмосферу парниковым газом! Так вот, Европа поступила примерно таким же образом. Кто там выбрасывает парниковые газы? В основном – тепловые электростанции, которые сжигают ископаемое топливо, содержащее углерод. И в Европе вдруг решили: а давайте не будем сжигать ископаемое топливо. По сути, это равнозначно призыву «А давайте не будем дышать!».

И что получили в итоге? Во-первых, произошло удорожание электроэнергии. А помимо этого, система энергоснабжения потеряла устойчивость, стала менее надежной. То есть принятие простых решений не дало нужного результата. А запрет на ископаемое топливо как раз является путем простых решений. Такой путь вряд ли можно считать приемлемым для России.

- В чем тогда суть здравого подхода к решению проблемы парниковых газов?

Дело в том, что углекислый газ в природе поглощается растениями. Поэтому выбросы СО₂ можно компенсировать через увеличение посадок соответствующих культур, способных накапливать массу и эффективно поглощать «лишние» выбросы СО₂ экономикой. То есть необходимо посадить такое количество растений, которые будут связывать за период роста определенное расчетное количество CO₂. В этом случае ничего закрывать не надо. Энергетика продолжит нормально «дышать», и в экономике всё будет нормально. Баланс по парниковым газом не нарушается, и вы спокойно «выдыхаете».

- Как реализовать этот подход на глобальном уровне?

Смотрите, вот есть пустыня Сахара. Когда-то там были растения, были цветущие экосистемы. Почему бы там не восстановить растительность? Вложите в это дело деньги! Это мой призыв к европейским политикам. Кстати, египтяне собираются озеленить Синайскую пустыню, об этом сообщается в Интернете. Для России наибольший интерес представляют технические растения вроде льна, конопли, мискантуса, на основе которых можно получать полезные продукты, причем – востребованные на рынке. То есть не просто что-то там посадить в землю и отчитаться, понеся при этом расходы. Нет. Речь идет о создании соответствующих производств, способствующих снижению углеродного следа и вместе с тем дающих нормальный доход.  Вот вам конкретный путь к связыванию CO₂. Даже если мы будем сжигать эти растения в топках, то не нарушим углеродного баланса, поскольку в атмосферу попадет тот углерод, который был взят из атмосферы во время роста растений. Если такое топливо идет взамен ископаемому топливу, то в этом случае выбросы углекислого газа снижаются. Правильность такого подхода к борьбе с ростом концентрации парниковых газов в атмосфере для меня совершенно очевидна.

Единственно, на что здесь необходимо обратить серьезное внимание: реализация такой стратегии должна быть выстроена так, чтобы она была окупаемой. Это надо прорабатывать конкретно. В первую очередь я обращаю внимание именно на технические культуры, которые позволят вытеснить «синтетику» с её углеродным следом на примере тканей.

- Это универсальный путь для всех стран?

Понимаете, в атмосфере Земли свободно распространяются и перемешиваются молекулы CO₂, произведенные в любой стране. Скажем, у нас в Сибири в воздухе есть молекулы CO₂, залетевшие к нам из США и Европы. Наши выбросы СО₂ распространяются по всему Земному шару. Поэтому не принципиально, в каком конкретно географическом месте происходит связывание CO₂посредством растений: либо в том месте, где он непосредственно выбрасывается, либо на совершенно другой территории. Например, в Европе нет свободных земель. Поэтому европейцы вполне могут заняться связыванием СО₂ не на своей территории, а где-нибудь в Африке. С той же целью можно культивировать морские растения, которые тоже очень хорошо связывают углекислый газ. В море, кстати, производительность таких растений на порядки выше, чем на земной поверхности. Вот вам хороший повод для организации плантаций морских водорослей. Вопрос в том, что как эти расходы окупятся. Например, плантации морской капусты.  

Так что, на мой взгляд, европейцам – если они действительно переживают по поводу изменений климата – нужно было отправляться в ту же Африку и содействовать там процессам озеленения пустынных территорий. Вот на это и надо было тратить деньги, а не строить ветряки и солнечные электростанции.

- А почему они сделали ставку на ВИЭ?  

Давайте говорить откровенно. У них там, в Европе, действует своя, условно говоря, «мафия», которая занималась и занимается продвижением солнечных панелей и ветряков. Отсюда такие однобокие подходы к вопросам декарбонизации. Обратите внимание вот на что. Например, в Китае тоже развивают возобновляемую энергетику (ВИЭ). Там в больших количествах строятся и солнечные электростанции, и ветряки. Но при этом они не исключают энергетику на ископаемом топливе.

Так, они закрывают старые угольные ТЭС с низким КПД и заменяют их новыми ТЭС – с высоким КПД! Это тоже один из способов снижения удельных выбросов CO₂. Но при этом, обратите внимание, Китай не ставит задачи полного закрытия угольных электростанций, как это происходит в Европе. То есть в этом плане китайское руководство проявляет мудрость. Они развивают и солнечные панели, и ветряки, но при этом не создают для себя лишних проблем.

- Какие возможности России в плане декарбонизации?

У нас в стране (особенно в Сибири) много залежных (пустующих пахотных) земель. Полагаю, что нам по плечу реализовать такой вот масштабный агроклиматический проект – засеять 40 миллионов гектаров техническими культурами. В нашей истории подобный прецедент уже был – легендарное освоение целины. В свое время под эту целинную программу была выстроена целая инфраструктура. Она до сих пор сохранилась, и теперь ее вполне можно задействовать. Давайте выращивать лен, коноплю, мискантус. В наше время есть точные расчеты относительно того, сколько CO₂ вы можете связать с одного га, выращивая ту или иную культуру. В случае с коноплей и мискантусом речь идет о десятках тонн CO₂ в год! Это – с одного гектара!

У таких проектов есть еще одно очевидное преимущество – они не являются затратными. Их нужно рассматривать в контексте конкретных бизнес-планов. По сути, речь идет о диверсификации бизнеса. Здесь рентабельность может оказаться даже выше, чем в случае с добычей угля.

Беседовал Олег Носков

Окончание следует

В Центре коллективного пользования «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ» впервые провели анализ содержания биоуглерода в образцах устойчивого авиационного топлива (SAF). В ходе лабораторного исследования были проанализированы 4 образца различного происхождения. Полученные результаты показали, что метод ускорительной масс-спектрометрии может стать рутинным методом анализа биоуглерода в авиационном топливе SAF.

— К нам обратились специалисты РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина (РГУНГ, Москва) для проведения анализа содержания биоуглерода в образцах керосина методом ускорительной масс-спектрометрии. Этот анализ необходим для сертификации разрабатываемого ими авиационного топлива и его дальнейшего применения в рамках современных требований. Данная разработка имеет особую актуальность, которая со временем только возрастет: для снижения углеродного следа Международная организация гражданской авиации (ICAO) в 2016 году запустила программу CORSIA, обязывающую авиакомпании компенсировать рост выбросов. Целью данной программы является предотвращение роста выбросов углекислого газа относительно уровня 2020 года. Россия также планирует принимать участие в этой международной программе. С 2025 года рейсы из ЕС должны использовать 2% SAF (Sustainable Aviation Fuel) — топлива с биогенным компонентом. К 2050 году эта доля достигнет 63%, — рассказала директор ЦКП УМС НГУ-ННЦ Екатерина Пархомчук.

SAF (Sustainable Aviation Fuel) — «устойчивое авиационное топливо» —это продукт переработки биомассы, представляющей собой растительные масла, животный жир, лигноцеллюлозные отходы деревообработки, микроводоросли. Переработка, в зависимости от типа сырья, может включать процессы каталитического гидрирования, гидрокрекинга, гидродеоксигенации, изомеризации, газификации и процесс Фишера-Тропша. Полученный продукт переработки затем добавляется в керосин, полученный из ископаемых источников углеводородов.

Россия является одним из крупнейших производителей авиакеросина — в 2021 году было произведено 12,8 млн тонн данного вида топлива, — а также имеет огромный сырьевой потенциал для производства SAF. В 2020 году выработка растительных масел составила 7,3 млн т. Для производства «устойчивого авиационного топлива» требуется сертификация и контроль за выполнением требований на минимальное содержание доли «биоуглерода», поэтому необходим рутинный метод его анализа. Данный анализ можно выполнить, измеряя концентрацию радиоуглерода, например, опосредованно по радиоактивности материала, или прямым методом ускорительной масс-спектрометрии (УМС). В России развиты оба метода определения радиоуглерода, однако ускорительная масс-спектрометрия представлена только в новосибирском ЦКП УМС НГУ-ННЦ.

Поиск биогенного углерода

— «Биогенный» углерод от ископаемого отличается изотопным составом — прежде всего, концентрацией радиоактивного изотопа С-14 (радиоуглерода) относительно основного стабильного изотопа С-12. В современных биологических объектах доля радиоуглерода хоть и крайне мала — около 10 в минус десятой степени %, — но все еще на детектируемом современной техникой уровне, однако из-за бета-распада ядра С-14 с течением времени в ископаемом сырье радиоуглерода становится на порядки меньше и количественное определение оказывается невозможным.

Ускорительная масс-спектрометрия предоставляет возможность достоверного измерения концентрации радиоуглерода в любых образцах на уровне выше 10 в -14 степени %, что составляет 0,01% от современного уровня в биосфере. Поэтому, проводя УМС-анализ любых материалов, в том числе керосинов, пищевых добавок, лекарственных препаратов и т.д., можно с высокой точностью определить долю углерода современного биологического происхождения, — объяснила Екатерина Пархомчук. 

В ЦКП УМС НГУ-ННЦ в качестве ознакомительных или тестовых экспериментов из РГУНГ поступили 4 образца, из них два реперных (стандартных), представляющих собой керосин, полученный исключительно из биологического сырья, и керосин из ископаемой нефти, а также два образца керосина, полученных смешением первых двух в неизвестных новосибирским ученым пропорциях. При анализе образцов применялась инновационная пробоподготовка, направленная на преодоление «серного барьера». Как пояснила Екатерина Пархомчук, сложность анализа топлив состоит в высоком содержании серы и азота, вызывающих быструю коррозию измерительных приборов. В Новосибирском государственном университете разработан уникальный графитизатор, позволяющий работать даже с высокосернистыми нефтями. Это дает России технологическое преимущество перед зарубежными аналогами.

— Для УМС-анализа требуется изготовление графитового катода из исследуемого материала. Для этого используется метод сжигания пробы, выделения целевого углекислого газа из образующейся сложной газовой смеси и каталитического зауглероживания его в элементарный графит. Сложность анализа большинства углеводородных топлив заключается в том, что материал может содержать примесные элементы, такие как сера и азот, которые быстро выводят из строя традиционно используемые «графитизаторы», например предлагаемые швейцарской компанией Ionplus. В НГУ несколько лет назад был разработан и собран стенд графитизации, позволяющий с достаточной чистотой готовить графитизированные пробы для УМС-катодов даже из высокосернистых нефтей, что выгодно отличает его от иностранных аналогов. Он-то и был использован для описываемой работы, — рассказала Екатерина Пархомчук. 

Исследования проводились в особых условиях с соблюдением всех стандартизованных требований, предъявляемых к лабораториям, которые проводят радиоуглеродные исследования не только древних образцов, но и содержащих избыточную долю радиоуглерода. Данные меры призваны обеспечить радиационную и биологическую безопасность, а также предотвратить перекрестное загрязнение образцов и ложные результаты анализов. Пробоподготовка биологических и меченных С-14 образцов проводится в разных лабораториях. Персонал, работающий в одной лаборатории, не имеет доступа в другую. Сотрудники обеих лабораторий соблюдают изоляцию друг от друга, не пересекаются в офисах, обеденных комнатах и зонах отдыха. Также в обеих лабораториях используются отдельные химикаты, материалы и посуда.

— Из каждого образца было изготовлено по три графитовых катода и проведен УМС-анализ всех проб. Оказалось, что один реперный образец не содержит С-14, то есть относится к ископаемому сырью (наиболее вероятно нефтяному), а концентрация радиоуглерода во втором реперном образце немного превышает современный уровень С-14. Это свидетельствует о том, что время происхождения растительного сырья, из которого было получено биогенное топливо, соответствует периоду 2000-2010 годам, когда концентрация радиоуглерода в атмосфере была все еще выше обычной в результате проводимых в 50-70-е годы прошлого века ядерных испытаний.  Иными словами, действительно оба образца относились к двум разным источникам производства — ископаемому (нефть, газ или уголь) и современному (биомасса). А два других образца показали отличные от первых двух результаты — один содержал около 6% биогенного углерода, а второй — около 13%. Наши экспериментальные результаты совпали с расчетными соотношениями, по которым специалисты РГУНГ приготовили смесевые образцы, что подтверждает правомерность применения метода УМС для определения биоуглерода, — подытожила Екатерина Пархомчук.

Перспективная технология

Технология совместной переработки лигноцеллюлозного сырья PCH-SAF, разработанная в РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, основана на процессах быстрого пиролиза, замедленного коксования и гидрокрекинга традиционного нефтяного и растительного сырья. В качестве исходной биомассы используются отходы — опилки хвойных и лиственных пород, подсолнечная лузга и прочее.

— Данная технология заключается именно в совместной переработке растительного и нефтяного сырья. Существует три стадии получения компонента: быстрый пиролиз биомассы, коксование и гидрокрекинг. Путем быстрого пиролиза мы сжижаем исходную биомассу и получаем на выходе так называемую бионефть. На стадии коксования происходит со-переработка нефтяных остатков, например, гудрона, с бионефтью. На стадии гидрокрекинга сырьем является смесь вакуумного газойля с газойлевой фракцией процесса коксования, содержащей компоненты бионефти, — пояснил профессор кафедры технологии переработки нефти Михаил Ершов.

Одно из преимуществ разработанной в РГУНГ технологии — использование уже имеющейся инфраструктуры нефтеперерабатывающих заводов. Предполагается, что при ее реализации в промышленных масштабах не потребуется замены катализатора на установке гидрокрекинга, а в случае необходимости может понадобиться только корректировка условий процесса. Сейчас процесс находится на лабораторной стадии, наработан лабораторный образец и проходят его испытания. Данная работа проводится в рамках гранта РНФ №22-79-10280 «Исследование новых способов получения возобновляемого авиационного топлива из лигноцеллюлозной биомассы с помощью комплекса термических и термокаталитических процессов».

Перспективы сотрудничества

Михаил Ершов уточнил, что керосин, получаемый по технологии PCH-SAF, должен соответствовать требованиям ГОСТ 10227, предъявляемым к топливам для реактивных двигателей, и ничем не отличаться от нефтяных керосинов.

— В условиях глобального перехода к возобновляемым источникам энергии, к зеленому топливу и снижению углеродного следа мы должны следовать этим трендам. Соблюдение требований ICAO по выбросам будут способствовать росту импорта возобновляемых компонентов, а значит, и зависимости от стран-поставщиков (Китай, Индия). Предложенная нами технология PCH-SAF за счет уже имеющейся инфраструктуры позволит в короткий срок совершить переход на выработку авиационного биотоплива со сниженным углеродным следом без значительных капиталовложений. В случае успешных испытаний и подтверждения снижения углеродного следа, необходимо провести допуск такого топлива при участии ведущих организаций ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России», ФАУ «ЦИАМ им. П.И. Баранова», ФГУП ГосНИИ ГА для применения в воздушных судах гражданской и военной авиации, —  сказал он.

Михаил Ершов отметил, что в настоящее время отечественная методика измерения биогенных компонентов в нефтепродуктах, в частности, авиационном топливе, отсутствует. Однако с увеличением доли вовлечения биогенного сырья возникнет потребность в подтверждении биогенности топлив. Поэтому специалисты РГУНГ планируют совместно с учеными НГУ разработать стандартную методику определения биоуглерода с помощью УМС.

Екатерина Пархомчук считает, что УМС-метод подтвердил свою точность, чувствительность и надежность, и может стать ключевым инструментом для перехода авиации на «зеленые» рельсы. А внедрение технологии, разработанной специалистами РГУНГ, в промышленность откроет России путь к лидерству в производстве устойчивого авиатоплива.

— В настоящее время в разных странах разработаны стандартные методики анализа материалов на биогенное происхождение и радиоуглеродный анализ относится к «золотому стандарту» среди всех возможных методов. Уникальный по чувствительности, точности и производительности метод ускорительной масс-спектрометрии и разработанные нами методики пробоподготовки мы считаем весьма перспективными для данного нового направления хозяйственной деятельности, — резюмировала Екатерина Пархомчук.