Работа большинства специалистов Института физики полупроводников им А.В. Ржанова СО РАН связана с тонкими кристаллическими пленками ― их созданием, диагностикой, постростовыми процедурами. От поверхностных свойств таких объектов зависят параметры перспективной квантовой электроники, область ее применения.

Например, ученые ИФП СО РАН исследуют свойства пироэлектриков – соединений ниобата бария-стронция, перспективных для создания инфракрасных фотоприемников, а также ферромагнетиков, на основе которых можно сделать эффективный детектор спина электронов. Выращивают соединения технологи института методом молекулярно-лучевой эпитаксии.  Исследование полученных материалов проводится, в том числе с помощью атомно-силового микроскопа (отечественного производства), приобретенного в ходе выполнения крупного научного проекта «Квантовые структуры для посткремниевой электроники». Проект поддержан Минобрнауки России. 

О возможностях прибора для быстрой оценки качества атомно-гладких поверхностей, химического состава, исследования крошечных магнитных доменов рассказал заведующий лабораторией ИФП СО РАН доктор физико-математических наук, профессор РАН Олег Евгеньевич Терещенко.

«Многофунциональный атомно-силовой микроскоп позволяет выполнять более сорока разных методик измерений, работать не только с твердыми материалами, но и с мягкими, в жидкой, воздушной среде. Мы планируем использовать прибор для решения технологических и исследовательских задач.

Первый тип деятельности подразумевает быстрый постростовой контроль качества полупроводниковых структур. В ИФП СО РАН работает несколько лабораторий, которые выращивают новые полупроводниковые материалы методом молекулярно-лучевой эпитаксии. После роста важно оценить степень гладкости поверхности для внесения корректировок или, наоборот, сохранения успешных решений технологического процесса. Один из лучших способов проверки на атомном уровне — атомно-силовая микроскопия: разрешение по вертикали составляет один ангстрем, латерально (по площади образца) – до нескольких нанометров. Кроме того, микроскоп позволяет измерять контактную разность потенциалов, по которой можно определить границы разных материалов, их неоднородности, а также электрофизические характеристики.

Другие типы задач, которые можно решить, используя новый микроскоп, ―  научные.  В частности, в лаборатории физики и технологии гетероструктур ИФП СО РАН мы ведем исследования пироэлектрических соединений. На их основе можно сделать неохлаждаемые фотоприемники в инфракрасном диапазоне. Атомно-силовой микроскоп позволяет оценить ключевые характеристики соединений: пироэлектрический и пьезоэлектрический отклик, контактную разность потенциалов, морфологию поверхности», — пояснил ученый.

Пироэлектрики — кристаллические вещества, обладающие спонтанной поляризацией, на поверхности которых возникает электрический заряд при изменении температуры. Поэтому пироэлектрики интересны для создания детекторов теплового излучения, которые могут работать во всем инфракрасном диапазоне и даже в терагерцовом. Детекторы терагерцового излучения могут использоваться для новых систем связи (6G, 7G) для медицинских применений, неразрушающего контроля качества материалов, досмотровых систем безопасности.

У ферромагнетиков, как и у сегнетоэлектриков (пироэлектриков), есть общее свойство, связанное с образованием доменной структуры. Сегнетоэлектрики обладают собственным электрическим полем – так называемой спонтанной поляризацией, а ферромагнетики – спонтанной намагниченностью. Тонкие пленки (нано-мембраны) ферромагнетиков перспективны для создания поляризованных электронов, управления и регистрации спина электронов, а значит, и для разработки спинтронных устройств.

«Мы напыляем на диэлектрик тонкие пленки ферромагнитных материалов – чередующиеся субнанометровые слои кобальта и платины, и с помощью атомно-силового микроскопа исследуем их магнитную структуру. Смотрим, как ориентированы магнитные домены. Для наших применений нужна однородная намагниченность: параллельно или перпендикулярно поверхности ― магнитные домены на всей поверхности образца ориентированы одинаково и в нужном нам направлении.

Кроме того, в этих ферромагнетиках возникают интересные квазичастицы — скирмионы. Скирмионы, упрощенно говоря, ―  топологически устойчивые магнитные вихри нанометрового размера. Они интересуют ученых, как потенциальные кандидаты для создания новых типов компьютерной памяти, кубитов для квантового компьютера. Обнаружить скирмионы можно, измеряя намагниченность, опять же с помощью атомно-силового микроскопа», — добавил Олег Терещенко.

Ученый подчеркнул, что микроскоп будет функционировать в режиме коллективного пользования, участники крупного проекта, сотрудники ИФП СО РАН смогут работать на нем: «Конечно, желающим работать с оборудованием, нужно будет пройти инструктаж, “курс молодого бойца”, так прибор будет полезен максимальному количеству специалистов».

Многофункциональный атомно-силовой микроскоп Ntegra Prima произведен российской компанией ООО «НОВА СПб».

Пресс-служба ИФП СО РАН

Мы уже неоднократно обращались к теме продвижения в нашей стране теплолюбивых культур в более холодные, несвойственные им края. В Советском Союзе – особенно перед войной и чуть позже – этим занимались весьма активно. Как мы отмечали в своем месте, в ту эпоху цели у руководителей страны были амбициозные, и громадье планов никого не смущало. Конкретная научная работа вытекала из стратегических задач партийного руководства, куда в обязательном порядке входила и задача интродукции теплолюбивых растений – что соответствовало так называемому сталинскому плану преобразования природы. Сегодня таких стратегических задач уже не ставится, хотя ученые-селекционеры продолжают заниматься интродукцией, в том числе – в институтах СО РАН (о чем мы также писали). Тем и интересен опыт их предшественников, живших и работавших в ту «героическую» (как принято называть) эпоху.

Показательно, что этим опытом сегодня неожиданно заинтересовались за рубежом – в свете не менее амбициозных планов по переходу к низкоуглеродной экономике. Особый интерес в этой связи вызывает советский опыт продвижения в умеренные широты цитрусовых культур. Традиционно цитрусовые выращивались в умеренном климате Европы и России в больших обогреваемых оранжереях. По большому счету, использование отапливаемых теплиц - дело нехитрое. Но в свете текущих «зеленых» тенденций, когда принято всячески экономить топливные ресурсы (особенно если речь идет об ископаемом топливе), такой подход не считается СОВРЕМЕННЫМ. Актуальность работы советских специалистов по интродукции в том, что они продвигали цитрусовые в более холодные края, совершенно не рассчитывая на теплицы с обогревом. Лимоны, мандарины и апельсины пытались выращивать в непривычных местах в открытом или в защищенном грунте без всякого дополнительного отопления. Сегодня такие подходы актуальны как никогда.

Прежде чем мы придем к подробному описанию использованных приемов, отметим, почему цитрусовым уделялось в нашей стране такое большое внимание. Дело в том, что в России еще до революции цитрусовые (особенно лимоны) пользовались большой популярностью у образованной части общества. Так, чай с лимоном был тогда непременным атрибутом «интеллигентного» застолья. До революции цитрусовые культуры, в основном, поступали из-за рубежа. Главным поставщиком лимонов была в ту пору Сицилия, главным поставщиком апельсинов – Палестина. В то же время предприимчивые россияне пытались обеспечивать себя этими фруктами самостоятельно. Состоятельные люди могли позволить себе оранжереи. А кто-то научился выращивать лимоны прямо в квартире возле хорошо освещенного окна. В относительно теплых краях деревья высаживали в кадки, где держали их до самой зимы. Зимой заносили в помещение, а весной опять выносили на улицу. Приемов было достаточно много. И что самое важное: энтузиазм в этом деле был такой, что спрос на посадочный материал (который везли, в основном, из Китая и Японии) просто зашкаливал.

Возможно, именно этот энтузиазм натолкнул советское руководство - еще в середине 1920-х годов – к принятию мер по «импортозамещению» цитрусовых, что неизбежно предполагало решение задач, связанных с интродукцией. Зон для нормального выращивания таких культур в стране было совсем немного. Прежде всего, речь идет о самой теплой полоске Черноморского побережья, защищенной от холодных ветров Кавказским хребтом. В то же время были обширные пространства, где с избытком хватало тепла в течение лета и осени. Это позволяло нормально вызреть и лимонам, и апельсинам, и мандаринам. Проблему создавала непредсказуемая зима, когда вполне могли случиться критически низкие для таких культур температуры. Скажем, даже в районе Сочи случались понижения до - 15 градусов по Цельсию. Никакие цитрусовые такого не выдерживают.  Для многих из них губительным порогом становится уже нулевая отметка. Мандарины (самый холодостойкий вид в этом списке) способны без проблем выдержать понижение до – 2 градусов. Однако на Черноморском побережье вплоть до Туапсе падение температуры зимой до -8 градусов Цельсия является вполне предсказуемым явлением. Что уж говорить о других, более северных широтах? Схожая картина наблюдается и в Средней Азии. Возьмем, к примеру, Таджикистан. С одной стороны, для нас это – юг с его сильной (очень сильной) жарой. Но с другой стороны, в Таджикистане нередко случаются зимы, когда температура запросто может опуститься до -20 градусов Цельсия.

Перед советскими специалистами стояли как минимум две задачи. Первое, необходимо было вывести относительно зимостойкие сорта. Второе, разработать принципиально новые методы агротехники, подходящие как раз для северных условий. По сути, обе задачи решались параллельно и решались достаточно успешно. Этому способствовала государственная поддержка. Так, еще до войны была создана целая сеть исследовательских учреждений и организовано более 50 испытательных полигонов. И вот результат. К 1940 году площадь возделывания цитрусовых в СССР достигла 17 000 га. Годовое производство составило 40 000 тонн, что ВДВОЕ превышало объемы дореволюционного импорта. А уже к 1950 году площади увеличились до 30 000 га. Из них 56% приходилось на мандариновые деревья, 28% - на лимонные деревья и 16% - на апельсиновые деревья. Годовой объем производства цитрусовых вырос да 200 тысяч тонн.

Первую задачу, связанную с выведением зимостойких сортов, советские селекционеры решали способом так называемой «прогрессивной холодной закалки». В чем ее суть? Данный метод заключался в посадке семян плодовых деревьев чуть дальше к северу от мест их текущего возделывания. Таким путем происходил отбор наиболее выносливых сеянцев, на основе которых создавались новые, более зимостойкие сорта. Когда-то такой прием был успешно «обкатан» на абрикосах. В итоге зона выращивания абрикоса в нашей стране продвинулась на 650 километров к северу – от Ростова-на-Дону до Мичуринска (Тамбовская область).

Тот же самый прием применили и к цитрусовым. Это также позволило расширить зону их возделывания к северу от субтропиков. Вначале были освоены регионы, где зимние температуры опускались до -20 градусов Цельсия (степная часть Краснодарского края, а также Средняя Азия). Потом тот же прием повторили, и в итоге удалось двинуться в еще более суровые края, где возможны экстремальные зимние температуры до -30 градусов Цельсия, а земля может промерзать на полметра (это уже территории, примыкающие с севера к Азовскому морю).

Однако это продвижение стало возможным не только благодаря выведению новых морозостойких сортов, но также благодаря решению второй – агротехнической - задачи. Здесь мы подходим к наиболее важному аспекту деятельности советских специалистов, очень актуальному на сегодняшний день.

В местах традиционного возделывания цитрусовых практически не используют обрезку. Там действуют по принципу: «Держать секаторы подальше от деревьев». Что касается советского опыта возделывания, то здесь обрезка сыграла решающую роль в адаптации плодоносящих растений к суровым условиям произрастания. Прежде всего, селекционеры пытались с помощью обрезки значительно уменьшить их высоту. При традиционном возделывании высота лимонных деревьев доходит до 5 метров, апельсиновых деревьев – до 12 метров. Советские специалисты начали работать с карликовыми и полукарликовыми деревьями, чья высота находилась в интервале от одного до двух метров.

В чем здесь выгода? Дело в том, что чем ближе к земле, тем меньше колебания температуры. Кроме того, компактные растения легче защищать от непогоды. С одной стороны, с небольшими деревьями можно намного эффективнее использовать самые теплые и хорошо защищенные участки холмистого рельефа. С другой стороны, можно дополнительно сделать специальные навесы с укрывным материалом (чаще всего использовалась многослойная марля). Навесы, кстати, часто устанавливались для отвода потоков холодного воздуха, идущего с севера. Благодаря таким навесам, эти холодные потоки, спускающиеся с вершин, удавалось отводить в стороны от плантаций.  Дополнительной защитой от холода служила и плотная посадка – 3 000 растений на гектар.

Но этим новая агротехника не исчерпывалась. Наши специалисты пошли еще дальше, экспериментируя со стланцевыми формами, то есть, используя те способы формировки деревьев, которые применялись у нас в Сибири к крупноплодным яблоням. В результате появились плантации цитрусовых культур со стелющимися деревьями. Чтобы создать такую форму, оставлялся прямой стебель на высоте 10-15 сантиметров. От него в стороны - радиально и под прямым углом к стволу - расходились основные ветви, прижатые книзу. Самой земли ветви и плоды не касались, но находились совсем рядом, получая зимой дополнительное тепло от нагретой за лето почвы и не подвергаясь сильным порывам холодного ветра (которые особенно остро ощущаются на высоте более двух метров). При необходимости для защиты от холода такие стланцы легко укрывались каким-либо материалом, например, соломенными матами или многослойной марлей.  Кроме того, стелющиеся деревья имели более высокую урожайность, чем низкорослые деревья-полукарлики (не говоря уже о том, что их плоды вызревали раньше и лучше).

Показательный пример. Зимой 1942-43 годов температура вдоль побережья Черного моря опускалась до – 15 градусов. Стелющиеся лимонные деревья, защищенные двумя слоями марли и ветрозащитными полосами, благополучно перезимовали. Тогда как высокие лимонные деревья, укутанные таким же материалом, промерзли до корней.

Защитные свойства нагретой земли еще лучше проявляются при траншейном выращивании цитрусовых деревьев. Этот способ также широко применялся в СССР, особенно в тех краях, где зимние температуры могли опуститься ниже – 20 градусов Цельсия. Глубина траншей варьировала от 0,8 до двух метров (в зависимости от глубины промерзания почвы и уровня грунтовых вод). Карликовые или стелющиеся деревья располагались там либо в один ряд, либо в два ряда. При однорядном расположении ширина траншеи составляла 2,5 метра внизу и 3 метра – вверху. При двухрядном расположении: 3,5 метра внизу и 4 метра – вверху. То есть траншеи имели трапециевидное сечение, что повышало освещенность кроны деревьев и делало стенки траншей более устойчивыми. Располагались траншеи рядами с востока на запад на расстоянии 3-5 метров друг от друга. Максимальная длина каждой траншеи составляла 50 метров.

В таких траншеях растения были одинаково хорошо защищены как от холода, так и от избыточной жары. Соответственно, с помощью верхнего покрытия можно было защищать деревья и от зимних морозов (а цитрусовые нормально переносят трехмесячное отсутствие света, находясь в состоянии зимнего отдыха), и от избыточного летнего тепла.  Делалось это с применением различных материалов. Например, для защиты от холода траншеи накрывались досками и соломенными циновками. Летом их сверху также немного прикрывали соломенными циновками (которые укладывались на остекленные рамы), чтобы создать рассеянный свет. Траншейный способ позволял добиваться высоких урожаев при хорошем качестве плодов, которые ничем не уступали плодам из традиционных мест возделывания.

Главным минусом в этом деле оказалась высокая трудоемкость процесса. Как справедливо отмечают сегодняшние западные эксперты, такой метод себя оправдывает только в плановой экономике, когда вы добиваетесь независимости от импортных поставок. В условиях же открытого рынка ваша продукция не сможет конкурировать с более дешевым импортом, который запросто заполонит продуктовые прилавки. Конечно, здравое зерно в таких рассуждениях есть. Собственно, именно так всё и произошло. В конечном итоге импорт победил.

Но есть здесь один принципиальный момент, соответствующий актуальным проблемам (я бы сказал – вызовам) нашего дня. Не так давно мы писали о том, как Великобритания столкнулась с дефицитом томатов, львиную долю которых она импортировала из жарких стран, а остальное выращивалось в обогреваемых теплицах. Когда из-за климатического кризиса в жарких странах случился неурожай, а из-за высоких цен на энергоносители тепличные хозяйства начали нести убытки, такой банальный овощ, как томат, сразу же стал для англичан «золотым». То же самое вполне может произойти с лимонами и апельсинами. В настоящее время потрясения на глобальных рынках продовольствия идут рука об руку с умножающимися стихийными бедствиями. Страховкой здесь может стать только местное производство. И как раз в таких условиях опыт советских специалистов, разработавших надежную агротехнику выращивания теплолюбивых культур в суровых условиях, окажется очень даже востребованным. Не будем его сбрасывать со счетов, особенно учитывая тот факт, что Россия когда-то была для Европы крупнейшим экспортером… ананасов!

Николай Нестеров

Ученые Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН совместно с коллегами из Швеции и Москвы научились определять подвижную структуру белка. Они исследовали сериновую протеазу вируса Денге. Знания о структуре помогут создать противовирусные препараты. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications Biology.  

Специалисты изучали сериновую протеазу вируса Денге. Он распространяется из Африки и Азии в страны Европы и передается людям от комаров. В России есть потенциальная угроза возникновения очагов заболевания в южных регионах. При распространении инфекции в организме человека синтезируется длинная полипептидная цепочка. Протеаза разрезает эти цепочки на более короткие фрагменты, которые становятся активными белками вируса, из них формируется структура новых его копий. Если получится нарушить работу протеазы, то вирус перестанет размножаться в организме человека. Кроме того, ингибитор для Денге поможет создать такой же препарат для вируса клещевого энцефалита, ведь обе инфекции относятся к одному семейству.

«Обычно, когда создают лекарство, берут пространственную структуру белка и смотрят, как к ней присоединить какую-либо молекулу, которая бы мешала работе активного центра белка и не давала вирусу нормально функционировать. Чаще всего белок имеет довольно стабильную структуру. В нашем же случае она очень подвижна, поэтому возникают проблемы», — рассказал заведующий лабораторией структурной биологии, заместитель директора по научной работе ИХБФМ СО РАН кандидат физико-математических наук Александр Анатольевич Ломзов.

Еще одна сложность заключается в том, что пространственная структура сериновой протеазы вируса Денге может изменяться при переходе от неактивной формы к активной. В результате количество вариантов структур, которые необходимо изучить, становится просто огромным. Поэтому ученые задались вопросом, для какой из структур необходимо искать ингибитор, и начали разрабатывать методику, чтобы найти нужную. Они скомбинировали классические, уже известные подходы и предложили новый метод. К исследованию подключилась и команда Института биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН, которая разрабатывает методы для расчета и определения динамических параметров структур белков.

«Один из подходов (метод ядерного магнитного резонанса) позволяет измерять расстояние между отдельными атомами. Мы получаем набор парных расстояний и на основе этих данных с использованием методов компьютерного моделирования восстанавливаем структуру белка. Однако для таких динамических систем одному и тому же набору парных расстояний соответствуют сразу несколько структур. Какую из них выбрать? Нужно было проверить, действительно ли они удовлетворяют другим критериям, выбрать эти критерии и соотнести с экспериментом, потому что просто по расчетным характеристикам подходят все. Мы разработали методику, чтобы искать набор интересующих нас структур. Получилась такая схема: сначала синтезируем белок, исследуем его методами ЯМР. Дальше на основе этих данных проводим компьютерное моделирование, получаем набор структур. Снова проводим компьютерное моделирование, но более детальное, рассчитываем динамические параметры, смотрим, как двигаются и взаимодействуют отдельные атомы. После все эти данные мы объединяем и анализируем в совокупности, делаем вывод о том, какие структуры могут присутствовать в растворе», — отметил Александр Ломзов.

Структуру белка необходимо исследовать в растворе чтобы быть максимально приближенным к биологическим условиям. Еще одна сложность исследования в том, что этот белок, сериновая протеаза, начинает расщеплять сам себя. Поэтому для его изучения необходимо либо вводить мутации в структуру и делать белок неактивным, либо использовать вещества, которые снижают его активность, либо сразу же после получения исследовать. Поэтому все эксперименты проводят в растворе.

Ученые проанализировали три модельные структуры и показали, что все они могут существовать, подтвердили предположение о том, что белки динамичны и набор конформаций может быть разным.

«Это важно учитывать при поиске терапевтических соединений. Сейчас у нас уже есть модельное соединение, которое предположительно может сработать. Мы исследуем, как оно взаимодействует с белком, где находится, какая структура у этого комплекса. Знания о структуре необходимы, чтобы понять в деталях, как функционирует белок. Дальше их можно использовать для создания и улучшения ингибитора», — сказал Александр Ломзов.

Ученый отметил, что провести такое обширное исследование удалось благодаря работе молодежной лаборатории: «Для нашей молодежной лаборатории мы построили вычислительный комплекс. Если бы его не было, мы бы существенно медленнее двигались к получению результатов».

Полина Щербакова
Изображение предоставлено Александром Ломзовым

Городской Совет Новосибирска принял решение о снятии с академика Александра Леонидовича Асеева звания "Почетный житель Новосибирска". Из 42 депутатов "за" проголосовали 34, 7 не участвовали в голосовании (фракция КПРФ), "против" - один (Ростислав Антонов). Антон Тыртышный (кстати, выпускник НГУ) предложил снять вопрос с голосования.

Это решение прокомментировал член Редакционного совета нашего сайта Александр Люлько:

– Конечно, принятое решение не красит городской совет Новосибирска. Ссылка на то, что Положение о почетных жителях Новосибирска не давало другой возможности для городского совета не состоятельна, так как депутаты могли поменять это Положение накануне голосования. Для сравнения, академик Асеев является почетным гражданином своего родного города Улан-Удэ, но там депутаты даже и не думают ставить такой вопрос на голосование и менять своё решение.

Что касается Новосибирска, то после того, как стали массово присваивать звание Почетного жителя его ценность слишком уменьшилась. Теперь, после случая с академиком Асеевым,  оно стало еще меньше стоить.

В бытность депутатом, я предлагал присвоить звание почетного жителя Новосибирска основателю города Николаю Михайловичу Тихомирову, авиаконструктору Олегу Константиновичу Антонову (который именно в Новосибирске создал свой знаменитый Ан-2), физику и авиаконструктору Роберту Бартини, который ряд лет проработал главным инженером перспективных схем летательных аппаратов в Сибирском НИИ им. С. А. Чаплыгина.

Можно было бы присвоить звание Почетного жителя и знаменитой пианистке Вере Августовне Лотар-Шевченко, которую в свое время пригласил работать в новосибирский Академгородок его основатель академик Лаврентьев. И Императору Николаю II (настоящему, наряду с его отцом Императором Александром III, основателю города, чье имя, Ново-Николаевск, он и носил  при создании). Но куда там. Нынешний состав горсовета предпочитает другие имена, некоторые из которых весьма сомнительные (к примеру, Юрия Кондратюка, о чьем реальном вкладе в космонавтику наш сайт писал не раз).

Конечно, история расставит все на свое место. Академик А.Л. Асеев останется выдающимся ученым и организатором науки. А городской совет если и вспомнят, то и то, думаю, в связи с именем Асеева, которого они лишили звания.

Тревожные вести с российских полей: в нашей стране деградирует чернозем. Об этом не так давно заявил председатель комитета Госдумы по аграрным вопросам Владимир Кашин. Причина деградации – дисбаланс плодородия почв. Говоря по-другому, почвы теряют питательные вещества в процессе эксплуатации: с урожаем выносится примерно 12,5 миллионов тонн питательных веществ, тогда как обратно вносится только 4,5 миллиона тонн.

Об этой проблеме говорят давно, но до сих пор заметных улучшений не наблюдается. Учитывая опасную тенденцию, три года назад был принят федеральный закон, предусматривающий действия по обеспечению плодородия. Согласно этому закону, аграрии обязаны принимать меры по восстановлению плодородия почв, проводя регулярный анализ их состояния. Помимо этого, в России существуют совершенно заброшенные пашни совокупной площадью не менее 13 миллионов га! В связи с этим была принята государственная программа «Земля», направленная на вовлечение в оборот заброшенных сельхозугодий. В прошлом году на эти цели из федерального бюджета было выделено свыше 25 млрд рублей. В нынешнем году выделено более 38 млрд рублей. Параллельно на системной основе начата работа по предотвращению деградации почв, о чем было заявлено главой российского правительства Михаилом Мишустиным.

Показательным моментом является законодательное утверждение такого вида мелиорации земель, как фитомелиорация. Государственная Дума уже приняла в первом чтении законопроект, который предусматривает данный тип мероприятий. В существующем федеральном законе о мелиорации выделены четыре типа: 1) гидромелиорация (улучшение заболоченных или засушливых земель); 2) агролесомелиорация (использование защитных свойств лесов); культуртехническая мелиорация (связанная с расчисткой и раскорчевкой деревьев и кустарников); химическая мелиорация (связанная с корректировкой химического состава почв путем внесения соответствующих веществ, например, извести).

Теперь на очереди, как видим, пятый тип мелиорации – фитомелиорация. В данном случае речь идет о методах улучшения качества почвы путем высаживания определенных растений. Конкретно в законопроекте говорится о «мелиоративно-кормовых насаждениях». В качестве мероприятий упоминаются: насаждения многолетних трав ленточным посевом, создание противодефляционных кулис с применением регенеративных кормовых насаждений, закрепление песков аэропосевом, облесение очагов дефляции.

Судя по содержанию законопроекта, на государственном уровне сильно обеспокоены процессами опустынивания (о чем наши ученые, кстати, предупреждают не первый год). Проблема, действительно, стоит очень серьезно. Не сегодняшний день на территории нашей страны опустыниванием и деградацией охвачена территория, превышающая 100 млн. га. Всего в этом списке фигурирует 35 регионов, где проживает почти половина населения страны и производится порядка 70% сельскохозяйственной продукции. Если учесть, что Россия претендует на роль «мировой житницы», осуществляя масштабные поставки зерновых культур, восстановление плодородия почв и борьба с деградацией имеют для нее стратегическое значение, особенно в условиях геополитической напряженности. В этой связи включение фитомелиорации в список законодательно утвержденных мероприятий красноречиво свидетельствует о том, что уже на самом верху озаботились негативными последствиями хищнической эксплуатации плодородных земель (что, как правило, напрямую связано с практиками интенсивного монокультурного выращивания).

С некоторыми натяжками это можно назвать первой ласточкой в деле переосмысления наших подходов к использованию земельных ресурсов. Понятно, что если дело ограничится полумерами, то дальнейшего опустынивания и деградации не избежать. И тогда знаменитые русские черноземы, дающие пока что возможность вести экспортно ориентированное сельское хозяйство, быстро окажутся под угрозой, что чревато не только потерей глобального зернового рынка, но и ухудшением продовольственной безопасности внутри страны.

Вопрос: куда, в таком случае, двигаться нашему земледелию, чтобы избежать печальных последствий? В свое время мы уже неоднократно писали о новаторских предложениях дореволюционного русского агронома Ивана Овсинского, разработавшего целую систему так называемого бесплужного, или почвозащитного земледелия, где высокая урожайность сочеталась с одновременным поддержанием плодородия. Его идеи не оказались широко востребованными как у нас в стране, так и за рубежом, хотя имели своих последователей. И только в наши дни (о чем мы неоднократно писали) у нас и за рубежом стали проявлять сильный интерес к такому опыту в связи с угрожающей экологической обстановкой и угрозой глобального потепления.

Как мы знаем, в развитых странах (особенно в странах ЕС) пытаются пересмотреть подходы к земледелию, делая акцент на «органических», «природоподобынх» и «регенеративных» принципах. Все это в совокупности обозначается как «устойчивое» сельское хозяйство. Причем, на Западе с ним уже ассоциируют наступление новой эпохи. Последуют ли в России этому примеру? Сразу скажем, что в нашей стране есть сторонники органического земледелия, уверенные в том, что естественное плодородие почв можно регулярно поддерживать (и даже повышать) без использования химических удобрений. В нашей стране есть даже Союз органического земледелия, представляющий довольно крупное объединение профессионалов в сфере сельского хозяйства. Мало того, есть информация, что специалисты Новосибирского аграрного университета в течение тридцати лет проверяли на практике почвозащитные методы Овсинского и подтвердили реальные достоинства его системы. Интересно, что в начале «нулевых» на заводе «Сибсельмаш» были испытаны новые конструкции сеялок как раз под эту систему.

Но смогут ли такие наработки кардинально повлиять на ситуацию? Иначе говоря, получит ли в нашей стране этот «органический» тренд силу и развитие? Как ни странно, тему органического земледелия сильно дискредитируют неуклюжие попытки «прогрессивных» руководителей некоторых стран бежать впереди паровоза. Прежде всего, мы говорим о недавних социальных волнениях в Шри-Ланке, где необдуманные действия правительства привели к ущемлению прав фермеров – со всеми вытекающими отсюда последствиями. Напомним, что Шри-Ланка стала первой страной, где директивно навязали «органическое» земледелие на территории всего острова. Действуя из лучших (формально) побуждений, руководство страны погрузило ее в пучину хаоса.

Цели правительства, как заявлял бывший премьер-министр Шри-Ланки на саммите ООН, были прямо направлены на создание «устойчивого» сельского хозяйства. В силу использования постоянно растущего количества пестицидов и химических удобрений  создавались условия, крайне неблагоприятные для окружающей среды – так заявлялось с высоких трибун. Данные инструменты, по словам бывшего главы правительства, несовместимы-де с устойчивым сельским хозяйством. А раз так, то было принято решение их… запретить! Правительство Шри-Ланки нацелилось решить проблему стремительным кавалерийским наскоком, пообещав в течение десяти лет сделать всё сельское хозяйство острова «органическим». И чтобы не откладывать дело в долгий ящик, с весны 2021 года импорт агрохимикатов в страну был полностью запрещен. Фермеры, таким образом, лишились и удобрений, и пестицидов.

Чтобы был понятен размах социальной проблемы, напомним, что в этой стране – два миллиона фермеров (из 22-х миллионного населения). На этот сектор приходится 27% задействованной рабочей силы. Сразу же обнаружилось, что органических удобрений на всех не хватит, а правительство не побеспокоилась о нормальной реализации альтернативных вариантов агротехники. В итоге урожай риса (основного продукта питания островитян) упал на 30 процентов. И если до этого часть риса шла на экспорт, то теперь его пришлось импортировать. Вдобавок производство чая упало на 18%, что сократило валютные поступления в страну. Дальше начались массовые протесты фермеров, вылившиеся в настоящую революцию.

Какие уроки необходимо извлечь из этого примера? Проблема, конечно же, не в органическом земледелии, а в его грубой профанации, замешанной на популизме политиков. Опрос фермеров Шри-Ланки показал, что только 23% из них имели необходимые знания в этой области, другие же весьма смутно представляли (или не представляли вообще), как можно вести хозяйство без химических удобрений. О чем это говорит? О том, что переход на органическое земледелие невозможен без соответствующего набора компетенций, а значит – без четко выстроенной системы образования, где идет обучение принципиально иным методам ведения сельского хозяйства. Здесь имеет место достаточно сложный комплекс знаний и навыков, и потому осуществить такой переход простыми запретами агрохимии невозможно в принципе.

В свете сказанного многократно возрастает значение научного наследия Ивана Овсинского, не утратившего своей актуальности. Ведь внимательное изучение таких книг дает четкое представление о базовых принципах органического (или «устойчивого», если хотите) земледелия. И как раз знакомство с такими трудами в состоянии достаточно хорошо просветить, в том числе, и наших законодателей, и руководителей, чтобы те не нарубили дров так, как это умудрились сделать правители Шри-Ланки.

Николай Нестеров

Когда сегодня говорят про искусственный интеллект, обычно подразумевают его наиболее динамично развивающееся направление – глубокие нейронные сети (DNN – Deep neural network). В современном здравоохранении есть несколько блоков задач, оптимальное решение которых требует использования подобных технологий. Один из них связан с обработкой изображений, полученных с помощью разных методов исследований организма – рентгенографии и рентгеновской томографии (РКТ), ультразвукового исследования (УЗИ), магнитно-резонансной томографии (МРТ) и др.

Сегодня уже есть и вполне успешно применяются электронные устройства и программные средства, способные решать относительно простые задачи такого рода. Например, удалять ненужные элементы на томографических снимках – волосы пациента, повязки, сделанные ему ранее и т.п.

Аналогичные системы применяются и для удаления технических артефактов, которые неизбежно возникают во время съемки. Как известно, съемка стандартной технологии МРТ занимает около трех минут, а в ряде случаев пакет томографических технологий может занимать до часа. Естественно, на протяжении этого времени пациент дышит, и при дыхании его координаты смещаются на несколько миллиметров, что неизбежно отражается на снимках, которые делает томограф и которые потом объединяются в один пакет. И такие изменения координат значительно затрудняют последующий анализ изображения. Система с искусственным интеллектом осуществляет выравнивание всех срезов (снимков) в пакете по анатомическим координатам и выстраивает адекватную 3D-модель.

Технологии не стоят на месте и, по мере их развития, вместе с ними расширяется и круг задач, в решении которых может помочь нейросеть.

Ведутся подобные исследования и в Новосибирском государственном университете. В лаборатории аналитики потоковых данных и машинного обучения Механико-математического факультета НГУ сосредоточились на использовании машинного зрения для обработки снимков, полученных с помощью МРТ. Эта работа проводится в рамках программы «Приоритет – 2030».

Это гораздо более сложная задача, чем обработка снимков, сделанных методами классической рентгенографии или РКТ, поскольку их сложнее стандартизировать. Разные модели томографов отличаются по уровню индукции магнитного поля, типу исходного сигнала и еще ряду технологических параметров. И все это выливается в отличия на итоговом изображении, глаз врача относительно легко подстраивается под особенности конкретного аппарата, а вот научить этому нейросеть гораздо сложнее. Но по мере распространения технологии МРТ в здравоохранении растет и потребность в системах, которые могли бы взять на себя первичный анализ таких изображений, выступая помощником лечащего врача.

К примеру, магнитно-резонансная томография сегодня наиболее распространенный метод первичной неинвазивной диагностики опухолей головного мозга и контроля за динамикой заболевания. Сотрудники лаборатории работают над созданием системы искусственного интеллекта для дифференциальной диагностики новообразований головного мозга на МРТ-изображениях.

«Наш программный модуль не заменит врача, ставить диагнозы и назначать лечение должен только человек, но искусственный интеллект станет для него полезным помощником, предоставит информацию, сделает необходимые акценты, выделит значимые моменты», ─ рассказал заведующий лабораторией потоковых данных и машинного обучения Механико-математического факультета НГУ Евгений Павловский.

Модуль встроили в свободно распространяемое программное обеспечение, которое известно среди радиологов как удобный инструмент для изучения трехмерных МРТ-изображений. Разработка новосибирских ученых выступает как его клиентская часть: отсылает на сервер МРТ-снимки и получает в качестве ответа результат сегментации и классификации опухоли. В результате, удается с высокой точностью обнаруживать и распознавать четыре типа новообразований (менингиома, невринома, глиобластома и астроцитома), а также выделять их компоненты и размеры.

Как известно, нейросети с машинным зрением используют в работе принцип подобия и обучаются на основе ранее описанных изображений, чем точнее и детальнее на них представлен диагноз, чем больше параметров для сравнения можно использовать, тем выше вероятность, что система правильно распознает его на снимках других пациентов. Свой модуль ученые НГУ обучали на сформированном в лаборатории совместно с Федеральным центром нейрохирургии (г. Новосибирск) наборе данных, где содержится информация о более тысячи пациентах нейрохирургического профиля с постоперационными диагнозами, достоверно подтвержденными классическими методами (гистология и др.).

«Затем на этой базе мы обучили алгоритмы искусственного интеллекта и добились высокой степени подтверждаемости результатов обработки снимков с их помощью. Обучение системы продолжается и надеемся, в будущем она сможет заменить человека в выполнении рутинных процессов при определении контуров и типов опухолей головного мозга на МРТ-изображениях», — продолжил Евгений Павловский.

Параллельно с совершенствованием навыков нейросети в обработке снимков опухолей, сотрудники лаборатории занимаются расширением круга задач, которые можно решать с помощью искусственного интеллекта. Речь идет уже о создании алгоритмов компьютерного зрения для диагностики инфекционных заболеваний (детектирование, сегментация, классификация и трекинг: в пространстве и времени) по данным комплекса методик компьютерной томографии и рентгенографии.

Партнерами университета в этой работе стали несколько институтов и исследовательских учреждений: Новосибирский научно-исследовательский институт туберкулеза, Федеральный центр нейрохирургии, научно-исследовательский институт клинической и экспериментальной лимфологии СО РАМН, Институт медицины и психологии В. Зельмана, а также производители рентгеновских аппаратов и МРТ-комплексов.

«Проблема заболеваемости туберкулезом остро стоит в Сибири и на Дальнем Востоке. Не меньшую актуальность имеют и другие серьезные патологии легких. Наш проект стартовал в июле этого года и пока находится на начальной стадии реализации. Сейчас мы работаем в сотрудничестве с Новосибирским научно-исследовательским институтом туберкулеза, помогаем его специалистам подготовить данные для обучения алгоритмов, вместе с ними создаем необходимую для этого базу данных», — объяснил заведующий лабораторией.

В чем-то эта задача даже проще, чем обработка снимков МРТ. Как известно, рентгеновское излучение имеет достаточно узкий спектр и мощность сигнала в этом спектре достаточно несложно оцифровать. Также медицина располагает набором количественных показателей рентгеновской плотности (радиоденсивности) различных материалов и биологических объектов — шкалой Хаунсфильда. Причем, она является одинаковой для всех типов оборудования, используемого в рентгенографии и РКТ. Поэтому, используя ее, система без труда и достаточно точно определит, где на снимке находится кость, где — жидкость, где – мягкие ткани и т.д.

Но по ходу работы, пришлось решать ряд других непростых задач. Сначала рассматривался вариант о создании программного модуля, интегрированного в оборудование, но сейчас исследователи нацелились на создание программного обеспечения, которое могло бы применяться в любом лечебном и диагностическом медицинском учреждении при использовании уже имеющихся у них томографов. Это будет способствовать более массовому применению их системы, считают ученые.

Как и в случае с опухолями, ученые хотят интегрировать все эти задачи в комплексное решение, чтобы искусственный интеллект выполнял рутинные задачи – отличал здоровые легкие от пораженных болезнью, находил локализацию патологических образований, очерчивал контуры очагов заболевания и определял их расположение относительно ребер и позвонков, «подсвечивал» области особого внимания и «предлагал» возможный диагноз на основании опыта многих врачей, на котором его и обучают.

Параллельно идет дальнейшее совершенствование комплекса, обрабатывающего результаты МРТ-диагностики, теперь его обучают распознавать и локализовать не только опухоли головного мозга, но и очаги нейродегенеративных заболеваний на примере рассеянного склероза. Эта часть исследований финансируется уже грантом Российского научного фонда.

«В ближайшее время мы хотим собрать наши решения по МРТ в единый программный комплекс и вместе с системой по диагностике туберкулеза опробовать их в лечебных учреждениях Москвы, Новосибирска и Санкт-Петербурга. Предварительные договоренности об этом уже достигнуты», ─ подытожил Евгений Павловский.

Надо понимать, что пока речь идет только об испытаниях программного комплекса и предстоит еще немало сделать перед тем, как разработка новосибирских ученых войдет в клиническую практику, став частью традиционных диагностических методов здравоохранения.

Вместе с испытаниями уже созданных программных комплексов, в лаборатории продолжают вести дальнейшие исследования в области использования компьютерного зрения для решения задач медицинской диагностики. Сотрудники лаборатории надеются, что их возможности расширятся вместе с введением в строй объектов университетского кампуса мирового уровня, который строится на средства нацпроекта «Наука университеты». Как известно, к ним относятся научно-исследовательский корпус и учебно-научный центр Института медицины и психологии, выступающего одним из партнеров лаборатории в этой работе.

15 декабря состоялась конференция проекта «Школьники – волонтёры науки». На ней наставники, учителя школ, и их подопечные представили промежуточные результаты своей работы в рамках исследования экологической устойчивости почвы. Всего в проекте принимают участие 50 наставников и 500 школьников. 

Очное мероприятие прошло в центре коллективной работы «Точка кипения – Новосибирск». Участники представили промежуточные результаты работы и обсудили дальнейшие планы по развитию проектов с экспертами, научными сотрудниками Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, Института почвоведения и агрохимии СО РАН. А ещё школьники под руководством наставников приняли участие в постерной сессии. Сложность заключалась в том, что любой желающий мог подойти и задать вопросы по информации, представленной на стенде, его авторы доступным языком должны были рассказать о своих научных изысканиях. 

На конференции научные эксперты и новоиспеченные научные волонтёры смогли пообщаться и на равных и обсудить промежуточные результаты проделанной работы.
Майя Гичгелдиева, руководитель проекта Фонда «Образование»: 

«Очные конференции и форумы важная часть любого проекта, который мы организуем. На таких мероприятиях ребята представляют перед друг другом и взрослым научным сообществом свои проекты и получают обратную связь, которая даёт основу для дальнейшего развития их научных изысканий. Мы считаем, что это важно, когда школьники начинают говорить на одном языке со взрослыми.

На опыте мы убедились, что подготовка наставников – самый эффективный формат, направленный на вовлечение школьников в научную деятельность. Наши проекты построены в формате научного волонтёрства, когда задачу и экспертную поддержку осуществляют учёные, а ребята на практике пробуют себя в разных областях науки. Таким образом, ребята как научные волонтёры помогают большой науке, а учёные не только популяризируют свою деятельность, но и взращивают себе будущих коллег».

Проект «Школьники — Волонтеры науки» направлен на изучение экологической устойчивости почвы. Это очень важный показатель, от которого зависят плодородные свойства почвы, а также — насколько быстро она будет разрушать и перерабатывать такие вредоносные для человека вещества, как пестициды. Один из фокусов работы — оценка влияние различных факторов на экологическую устойчивость почв в Новосибирской области. Общая тема проекта была задана экспертами, но все команды выдвинули собственные гипотезы по улучшению показателей плодородия для этих почв.

Сергей Седых, руководитель проекта «Школьники — волонтёры науки» Фонда  «Образование»: 

«На данный момент участники выдвинули гипотезы, и сейчас они будут подтверждать их или опровергать на практике. Для этого школьные команды получили набор реактивов для выполнения четырёх разных экспериментов, каждый из которых поможет оценить различные активности бактерий в почве. По совокупности этих экспериментов участники определят биологическую устойчивость конкретного образца почвы.

Очень важно, что перед таким важным этапом юные исследователи получили возможность лично пообщаться с экспертами, которые помогли выбрать более четко сформулировать направление дальнейшей работы. Желаем удачи и с нетерпением ждём весеннюю конференцию, когда можно будет обсуждать уже реальные результаты экспериментов. Возможно, впереди нас ждут научные открытия».

Регистрация и внедрение в медицинскую практику первого в мире препарата от тяжелого наследственного заболевания - серповидноклеточной анемии на основе редактирования генома, разработанного в США, стимулирует как развитие исследований в области редактирования ДНК, так и выделение финансирования на эти работы. Таким мнением поделился с ТАСС ведущий научный сотрудник лаборатории эпигенетики развития Института цитологии и генетики (ИЦиГ) СО РАН Сергей Медведев.

В начале декабря Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) одобрило препарат Casgevy - терапию серповидноклеточной анемии на основе редактирования генов по технологии CRISPR, совместно разработанную американскими компаниями CRISPR Therapeutics и Vertex Pharmaceuticals, следует из статьи, опубликованной в международном журнале Gen. Genetic Engineering and Biotechnology News. Ранее британское Агентство по контролю за лекарственными средствами и изделиями медицинского назначения сообщило о том, что Великобритания первой в мире одобрила к применению методику лечения двух наследственных заболеваний с помощью генной терапии на основе технологии редактирования генома CRISPR.

"Это лекарство прошло все стадии испытаний - это важнейшая вещь - все тесты, которые необходимы - на клеточных моделях, на животных моделях, на добровольцах - все это было сделано, все материалы собраны, и теперь есть лекарство Casgevy. Это совершенно другой этап в развитии медицины. Регистрация подстегнет исследования и в плане научного интереса, и финансирования, фармкомпании тоже возьмутся, потому что болезней таких много, а когда есть удачный кейс, есть понимание, что можно сделать препарат от других болезней", - сказал Медведев.

Ученый рассказал, что в мире существует множество неизлечимых наследственных заболеваний. Метод редактирования ДНК CRISPR/Сas позволяет исправить мутацию в гене, которая приводит к наследственному заболеванию. "У нас есть огромный геном - 3 млрд пар нуклеотидов, есть инструмент, который позволяет на уровне генома менять отдельные "буквы" в нем, "выключать" и "включать" гены. Большинство "опечаток" в геноме ни на что не влияют, а есть "опечатки", которые вызывают болезнь. Наследственных болезней очень много и чаще всего они не лечатся. Одна из таких болезней - это серповидноклеточная анемия", - рассказал Медведев.

По его словам, от первых фундаментальных работ, показавших, что редактирование генома принципиально возможно, до первого зарегистрированного лекарства прошло всего около 10 лет. Срок между фундаментальными исследованиями и конечным продуктом сокращается, благодаря появлению новых технологий. Пока это лекарство очень дорогое - лечение с применением этого препарата стоит более 200 млн рублей. Лечение заключается в том, что из костного мозга пациента выделяются клетки, редактируются и возвращаются назад, из отредактированных клеток образуются клетки крови без мутации.

На сегодняшний день больные серповидноклеточной анемией обречены на регулярные переливания донорской крови, что сказывается на качестве жизни пациентов и имеет отсроченные тяжелое последствия для организма.
Об исследованиях репарации ДНК в ИЦиГ СО РАН

В лаборатории эпигенетики развития ИЦиГ СО РАН ведутся научные работы в области редактирования геномов таких заболеваний как кардиомиопатия, болезнь Паркинсона и болезнь Гентингтона.

В частности, исследователи перепрограммируют клетки пациента в стволовые и моделируют заболевание на клеточной культуре. Это дает возможность проводить генетические эксперименты на клетках - исправлять мутации в генах или, наоборот, добавлять их в геном здорового человека для оценки влияния на организм.

Так ученые выявили вариант гена, ответственный за развитие кардиомиопатии. "Наши ученые отредактировали геном здорового человека в клетках, внесли туда этот вариант, и посмотрели, что, действительно, начинаются признаки кардиомиопатии. Это называется функциональный анализ полиморфизмов. На живой модели мы можем путем редактирования проверить", - рассказал Медведев.

Ученым совместно с врачами новосибирского Федерального центра нейрохирургии удалось выявить патологические мутации разных генов у пациентов с болезнью Паркинсона, эта работа продолжается, так как к этому заболеванию могут приводить множество разных генетических мутаций, рассказал Медведев.

По данным Всемирной организации здравоохранения около 5% населения земного шара являются носителями генов, связанных с нарушением производства гемоглобина. При наличии гена у обоих родителей ребенка существует 25-процентный шанс, что у него возникнет заболевание. Около 300 тыс. детей ежегодно рождаются с тяжелыми формами талассемии и серповидноклеточной анемией. Больше всего таких случаев отмечается в Африке и в странах Карибского бассейна.

CRISPR - новый метод редактирования генов, получивший название генетических или молекулярных ножниц, так как позволяет вырезать нежелательные фрагменты из молекулы ДНК. За разработку прорывной технологии американка Дженнифер Дудна и француженка Эмманюэль Шарпантье получили Нобелевскую премию по химии в 2020 году.

Тесная кооперация с научными институтами — традиционно сильная сторона Новосибирского государственного университета, позволяющая вузу повышать качество подготовки студентов и развивать научно-исследовательскую составляющую своей деятельности. Хорошим примером может служить сотрудничество НГУ с Институтом цитологии и генетики (ИЦиГ) СО РАН.
Государственная политика научно-технологического развития страны относит генетику и генетические технологии к числу приоритетных направлений, поскольку они важны для развития медицины, сельского хозяйства, биотехнологической промышленности, то есть отраслей, прямо влияющих на качество жизни населения России.

Эта оценка была подтверждена принятием Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий на 2019–2030 годы. И в последнее время совместная работа НГУ и ИЦиГ СО РАН активно движется в рамках, заданных этой программой.

Институт тесно связан с кафедрами и разработкой магистерских программ на факультете естественных наук (ФЕН) и механико-математическом факультете (ММФ) университета. В их числе новые междисциплинарные магистерские программы по подготовке специалистов в области биоинформатики и генетических технологий. Одна из них — «Алгоритмы анализа больших биологических данных» — была отмечена на совещании президента России 17 ноября 2021 года министром науки и высшего образования В.Н. Фальковым в докладе по вопросам кадрового обеспечения в области генетических технологий.

Число этих программ постоянно увеличивается, 14 ноября утверждена новая дисциплина «Доклинические исследования в разработке новых подходов диагностики и лечения заболеваний человека и животных», разработанная на базе Курчатовского геномного центра ИЦиГ СО РАН, для включения в магистерскую программу «Медицинская физика» Физического факультета НГУ начиная со следующего учебного года.

В 2019 году между ИЦиГ СО РАН и университетом был заключен договор о формировании научно-образовательного центра «Институт генетических технологий» (ИГТ). Представляя новый проект, ректор НГУ, академик РАН Михаил Федорук подчеркнул: «ИГТ создается для обеспечения развития НГУ как ведущего университета в области фундаментальных геномных исследований и генетических технологий, в том числе в рамках системы центров мирового уровня по геномным исследованиям национального проекта «Наука».

Обучение здесь проходит с использованием новейшего лабораторного оборудования и передовых генетических технологий, благодаря включению научной инфраструктуры ИЦиГ и вовлечению его сотрудников в учебный процесс.

«Очень важно, что учебный процесс в Институте генетических технологий тесно интегрирован с научно-исследовательскими проектами, которые студенты выполняют под руководством наших ученых. В числе направлений исследовательской работы — 3D-геномика индивидуальных клеток, создание генетически модифицированных животных, моделирующих различные заболевания человека, и другие важные задачи, стоящие перед российской наукой»,— подчеркнул директор ИЦиГ СО РАН, академик РАН Алексей Кочетов.

Так, в проекте ««Идентификация метаболомных маркеров заболеваний» внимание его участников сосредоточено на метаболомике, изучающей конечные и промежуточные продукты обмена веществ в клетке. Идея о том, что биологические жидкости отражают состояние здоровья индивидуума, существует с древних времен. А в середине прошлого столетия развитие газовой хромато-масс-спектрометрии позволило составлять индивидуальный метаболический профиль пациента. Тем не менее на сегодня метаболомика остается относительно новой областью исследований, в которой существует много нерешенных задач. «Мы решили подключить к этой работе методы из другой научной дисциплины — биоинформатики и попробовать с помощью обучаемых нейросетей найти ответы, которые не удается получить с помощью традиционных подходов метаболомики. В результате нами был разработан компьютерный подход векторного представления метаболомных профилей, с помощью которого мы рассчитываем найти ряд новых важных метаболических маркеров и произвести реконструкцию молекулярно-генетических механизмов ряда значимых патологий, таких как постоперационный делирий и открытоугольная глаукома»,— рассказал ведущий научный сотрудник НОЦ «Институт генетических технологий» НГУ, кандидат биологических наук Владимир Иванисенко.

Другой проект — «3D-геномика индивидуальных клеток» развивает более молодое направление в молекулярной биологии. Глобально он направлен на разработку технологии для анализа геномов единичных клеток. «В основном мы изучаем такие модификации ДНК, которые не связаны с изменением ее последовательности, но влияют на ее работу. А это тоже критически важно для всего организма, потому что хоть формально в клетках одинаковая последовательность ДНК, работать каждая клетка может по-разному»,— подчеркнул ведущий научный сотрудник НОЦ «Институт генетических технологий» НГУ, кандидат биологических наук Вениамин Фишман.

Раньше, когда технологии не позволяли изучить геном отдельной клетки (банально не получалось выделить из нее достаточно материала для такого анализа), считалось, что клетки одинакового типа и работают одинаково. Несколько лет назад появились новые методы, способные решать задачу такого индивидуального анализа, и оказалось, что каждая клетка уникальная, часто — специализированная на своей функции. «И чтобы хорошо понять, как работает отдельный орган, почему именно так, надо разобрать работу его клеток по отдельности, иначе получим, что называется, среднюю температуру по больнице, которая, может, вообще никак не отражает реальность»,— добавил ученый.

В своей работе участники проекта сосредоточены в первую очередь на архитектуре ДНК, способах ее укладки в ядре клетки. Это тоже довольно новое направление. Изучать пространственную структуру укладки ДНК внутри ядер клеток, не используя микроскоп, — еще десять лет назад казалось фантастикой. Более того, долгое время пространственная «архитектура» генома не считалась значимой характеристикой, ученые сосредоточились на расшифровке последовательностей ДНК (секвенировании).

Все начало меняться, когда на вооружении у биологов появился эффективный метод под названием Hi-C, позволяющий узнать пространственную структуру укладки ДНК внутри ядер клеток. И очень скоро сформировался иной подход к геному: это трехмерная сеть, архитектура которой играет важную роль в реализации заложенной в ней информации.

«Недавно мы обнаружили, что в ооцитах (яйцеклетках) животных существует совершенно уникальная структура контактов петель ДНК. Это сам по себе важный новый научный результат, который до нас никто не фиксировал»,— отметил Вениамин Фишман.

Помимо фундаментального, у этой работы есть и прикладное значение: оказалось, что применяемые методы косвенно позволяют находить хромосомные перестройки, а это важные мутации, влияющие на здоровье человека. И теперь разработанные в ИГТ методики могут применяться не только в чисто научной работе, но и для анализа образцов тканей конкретных пациентов, даже если речь идет о двух-трех клетках. Например, результатов биопсии опухолей или предымплантационной диагностики эмбрионов.

Об эффективности сотрудничества кафедр университета и лабораторий института в целом говорит то, что ИЦиГ СО РАН совместно с НГУ по числу публикаций в рецензируемых научных журналах по направлению «Генетика и наследственность» занимают лидирующие позиции в Российской Федерации. Но до последнего времени серьезным ограничением дальнейшего развития выступал недостаток исследовательской инфраструктуры в самом университете. Ситуация должна измениться к лучшему вместе с введением в строй зданий кампуса мирового уровня (возводимого на средства национального проекта «Наука и университеты»).

«Ректором университета сформирована рабочая группа, которая определяет набор направлений работ в новом исследовательском корпусе, и очевидно, что там будут представлены генетика и генетические технологии»,— подчеркнул Алексей Кочетов. Он также добавил, что новая инфраструктура не только позволит университету реализовывать свои крупные научные проекты, но и повысит его привлекательность для талантливой молодежи.

Представители НГУ и ряда крупных российских корпораций 18 декабря провели пресс-конференцию, где рассказали о некоторых итогах сотрудничества в уходящем году. Как отметил один из участников мероприятия, директор Центра взаимодействия с органами власти и индустриальными партнерами НГУ Александр Люлько, университет продолжает стратегию развития «технологической составляющей» своей работы, в рамках которой создаются инновационные решения и готовятся специалисты под запросы со стороны отечественной индустрии.

Ярким примером это курса является сотрудничество вуза с Роскосмосом, о некоторых итогах которого рассказал руководитель отдела аэрокосмических исследований НГУ Виталий Прокопьев. «Наша многолетняя основная компетенция в этой области – спутниковое приборостроение. За период с конца прошлого года запущено четыре крупных космических аппарата, на которых имеется оборудование, созданное в университете. Теперь же благодаря своим наработкам в области малых спутниковмы смогли участвовать в еще более крупных проектах», - рассказал он.

Особо можно выделить два проекта, относящиеся к программе по созданию российской спутниковой группировки «Сфера», которую реализует Роскосмос. Первый –спутниковая группировка «Марафон-IoT» для предоставления услуг интернета вещей. НГУ выступает разработчиком полезной нагрузки для этих спутников, которые станут некой надстройкой к наземным базовым станциям. Два первых спутника будут выведена на орбиту в течение следующего года, а в целом до конца 2027 года предполагается развернуть группировку из 264 спутников.

Второй проект - многоспутниковая система глобального мониторинга Земли «Грифон», которая будет состоять из 136 аппаратов. В этом проекте университету досталась еще более важная роль – головного исполнителя. Развертывание орбитальной группировки малых космических аппаратов «Грифон» начнется в 2024 году с запуска четырех экспериментальных образцов. А основная группировка будет запускаться в период с 2025 по 2026 год.