Разработкой микрофлюидных устройств для определения биомаркеров в крови человека для скрининга онкологических заболеваний и оценки риска развития аллергических заболеваний занимаются научные сотрудники лаборатории микрофлюидных технологий Института медицины и медицинских технологий Новосибирского государственного университета (ИММТ НГУ), которая в дальнейшем будет располагаться на площадях нового кампуса НГУ, возводимого в рамках национального проекта «Молодежь и дети». Разработка экспресс-чипов для онко- и аллергодиагностики проводится при поддержке программы «Приоритет-2030», а также индустриального партнера — компании «Медико-биологический Союз» (МБС). Взаимодействие с ведущей компанией реального сектора экономики позволяет ученым разрабатывать собственные тест-системы без оглядки на зарубежные аналоги, что способствует технологическому суверенитету России в области медицинской диагностики и достижению целей национального проекта «Молодежь и дети».

Микрофлюидика — это технология, которая изучающая поведение жидкостей и газов в микроскопических каналах и структурах. Она предоставляет возможность управлять малыми объемами жидкости, обеспечивая высокую чувствительность и эффективность в различных приложениях. Микрофлюидика с использованием флуоресцентных, оптических и электрохимических детекторов находит широкое применение в различных областях, включая аналитическую химию, биомедицину и биотехнологию. Её используют для анализа биологических образцов, обнаружения биомаркеров, диагностики болезней и мониторинга реакций организма.

Микрофлюидное устройство (микрофлюидный чип) — это компактный лабораторный прибор, который управляет микроскопическими объемами жидкостей (от нескольких микро- до пиколикров), протекающими по системе тонких каналов размером в десятки или сотни микрометров. Сами чипы изготавливают из полимерных материалов, стекла, кремния, керамики или металлов. Устройство представляет собой сеть микроканалов, вырезанных, вытравленных или отлитых в материале подложки (стеклянной, кремниевой или полимерной). Устройство считается микрофлюидным в том случае, когда как минимум один размер канала находится в микрометровом диапазоне, при этом оно использует или контролирует малые объемы жидкости, что позволяет минимизировать расход реагентов. Очень низкие скорости потока жидкости в таких устройствах позволяют улучшить эффективность массообмена и повысить чувствительность анализа.

В настоящий момент научные сотрудники лаборатории заняты тремя ключевыми разработками. Они создают микрофлюидную платформу для количественного анализа простат-специфического антигена (ПСА), онкомаркеров (CA-125 и HE4) рака яичников и для полуколичественного определения иммуноглобулинов класса Е специфических к бытовым аллергенам. Уже созданы первые прототипы аналитических чипов для количественной детекции ПСА с целью скрининга рака предстательной железы. На данный момент в лаборатории проводится отработка методов для комбинированного анализа онкомаркеров для верификации гинекологических новообразований на ранних стадиях.

— Актуальность данной работы обусловлена тем, что современная программа онкоскрининга, входящая в одно из направлений диспансеризации, не затрагивает все виды рака и представляет собой большое количество самостоятельных анализов в крупных диагностических центрах или специализированных лабораториях. Еще одним недостатком такого подхода является высокая стоимость проведения анализа крови на онкомаркеры. Поэтому наиболее перспективными для решения проблем онкоскрининга считаются микрофлюидные устройства, которые обладают рядом преимуществ, например, возможностью проведения нескольких видов анализа на одном устройстве, использованием малого количества реагентов и скоростью выполнения анализа. Предполагается, что разработанные нами устройства будут просты в использовании и способны выдавать результаты в течение 20-30 минут, пока пациент находится на приеме у врача, — рассказала заведующая лабораторией микрофлюидных технологий ИММТ НГУ Ксения Миняйло.

В процессе разработки также находится и экспресс-чип для аллергодиагностики, который станет важным элементом портативной системы для оценки риска развития аллергического заболевания. Всего за 15–20 минут по одной капле крови тест выявляет аллергию на кошек, собак или клещей домашней пыли. Своевременное обнаружение триггеров позволяет пациенту сразу исключить контакт с аллергеном, скорректировать быт и вовремя начать направленную терапию. 

— Важно понимать, что наши микрофлюидные устройства не станут альтернативными методами онкодиагностики или выявления аллергенов. Наша цель — не заменить врача, а дать ему инструмент для «стартовой маршрутизации» пациентов, — уточнила Ксения Миняйло.

Устройство работает следующим образом: капля крови пациента попадает в зону введения образца, где отделяется плазма, которая движется по микроканалу в зону конъюгации. Если целевой белок присутствует в крови, происходит его связывание с меченным антителом и далее потоком по микроканалу он движется до зоны детекции, которая начинает светиться, что позволяет быстро считать сигнал и получить результат. Сейчас учёные оптимизируют реагентную базу и методику иммобилизации антител и антигенов на полимере, чтобы добиться высокой чувствительности. Сначала фокус на точном определении одного биомаркера на чипе; следующим шагом станет переход к мультиплексной платформе, позволяющей параллельно анализировать несколько биомаркеров. Также они получают меченные антитела, с помощью которых можно качественно или количественно определять искомые биомолекулы в крови. Также рассматривается возможность полной автоматизации от считывания сигнала с помощью смартфона или специального ридера до появления результатов на компьютере или в специальном приложении, что сделает использование устройства более удобным и эффективным.

Параллельно ведется работа по оптимизации технологии создания прототипов микрофлюидных устройств из термопластичных полимеров с помощью метода лазерной абляции. Данной работой заняты студентки-биологи магистратуры Передовой инженерной школы (ПИШ) НГУ и молекулярной биологии Вероника Сачкова и Марина Кузнецова под научным руководством.

Если говорить о материалах и технологии производства, то полимер PDMS (полидиметилсилоксан) популярен благодаря оптической прозрачности, гибкости и биосовместимости, поэтому его часто используют для изготовления мкробиосенсоров. Однако для масштабного производства одноразовых микрофлюидных платформ всё чаще применяются термопласты — такие как полиметилметакрилат (PMMA), поликарбонат (PC) и полистирол (PS). Один из самых распространенных методов печати — мягкая литография, которая применяется для быстрого прототипирования чипов из PDMS. Процесс включает создание мастер-формы (чаще всего с помощью фотолитографии) и заливку жидкого PDMS, который после отверждения снимается с формы. Производство микроканалов из полимеров осуществляется либо с помощью методов репликации, таких как литье под давлением, термоформование с литьем, микрофрезерование, либо с помощью фотодетерминированных методов, таких как литография и лазерная резка. Среди этих производственных процессов абляция материала с помощью CO2-лазера является недорогим и быстрым методом, обеспечивающим высокую точность, аккуратность и гибкость. Использование процесса лазерной абляции полимеров позволяет очень быстро вырезать микроканалы с минимальным гидравлическим диаметром 80 мкм. Немаловажным аспектом является правильный выбор режимов лазерной резки, от чего зависит форма и шероховатость поверхности каналов. Для регулировки скорости потока исследуемой жидкости учитывается не только диаметр канала, его длина, но и гидрофильность/гидрофобность поверхности микроканалов для последующей работы с биомолекулами.

В будущем планируется перенести отработанную иммунохимическую схему на готовый прототип микрофлюидного устройства, специально спроектированного для детекции конкретных биомаркеров. Также поставлена задача разработать полуколичественный метод оценки степени тяжести аллергии с градацией сигнала на низкий/средний/высокий. Кроме того, ученые лаборатории намерены создать прототип, пригодный для домашнего использования, обладающий такими свойствами, как интегрированная пробоподготовка, простота эксплуатации, визуальная или полуколичественная оценка без сложного оборудования. В перспективе — создание мультиплексного онкочипа, который сможет работать не только в лабораторных условиях, но и непосредственно в кабинете врача.

 — Процесс создания микрофлюидных чипов и устройств включает использование специализированных и дорогостоящих материалов, таких как стекло, кремний, полимеры высокой чистоты и использование сложных технологий. В процессе изготовления могут возникать потери реагентов из-за адсорбции на поверхности каналов или неправильной конструкции устройства, что может привести к неточным результатам анализа или снижению эффективности реакции. И, наконец, контроль потока жидкости может быть сложным из-за малого размера каналов и ограничений в управлении давлением и скоростью потока, что может потребовать использования сложных насосов и клапанов или дополнительных манипуляций для достижения нужных условий. Несмотря на имеющиеся недостатки, микрофлюидика продолжает активно развиваться, и многие из этих ограничений могут быть учтены и преодолены с помощью новых научно-технологических решений. Микрофлюидная технология позволяет управлять очень малыми объемами жидкости, в том числе существенно меньше, чем капля крови, и обладает рядом других преимуществ. Разрабатываемые микрофлюидные платформы в разы ускоряют и удешевляют анализ ключевых биомаркеров, поскольку при их применении отсутствует необходимость привлечения лабораторной инфраструктуры, — пояснила Ксения Миняйло.

Аналоги всем трем разработкам уже существуют — одни уже представлены на рынке, другие пока находятся на стадии разработки. Единственным одобренным FDA (Food and Drug Administration,  Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, федеральное агентство при Министерстве здравоохранения США) в 2019 году тестом является количественный экспресс-тест (Point-of-Care-тест) для определения общего ПСА, разработанный компанией OPKO Health (ранее Claros Diagnostics. Система OPKO, представленная на рынке как анализатор Claros® 1 с тестом Sangia™ Total PSA), обеспечивает полноценную реализацию принципа «от образца до результата» благодаря герметичному микрофлюидному картриджу, в который вносится образец капиллярной крови, а количественный результат выдается примерно через 10 минут. Система OPKO также демонстрирует возможность мультиплексирования, потенциально включающего определение уровня свободного ПСА и других биомаркеров. Однако в текущем варианте реализации система работает в режиме одиночного анализа (single-plex) для определения общего ПСА, подчеркивая, что при обеспечении коммерческой жизнеспособности устройства приоритет часто отдается четким клиническим показаниям, а не максимальному уровню мультиплексирования. Другим недостатком является высокая стоимость герметичного микрофлюидного картриджа и считывающего устройства, которая составляет около 2500 долларов США.

В мировой и российской практике аллергодиагностики доминируют мультиплексные лабораторные системы (ImmunoCAP ISAC, ALEX, отечественный аллергочип ProAllergy), а также активно разрабатываются новые платформы, в том числе в рамках проекта РНФ «АллергочипРФ» (Сеченовский университет, грант № 23-75-30016). Эти системы обладают высокой чувствительностью и способностью анализировать до 300 аллергенов, но они предназначены для применения в лабораториях квалифицированным персоналом на сложном аналитическом оборудовании и не предусматривают самостоятельного использования пациентами. Таким образом остается потребность в доступном и портативном устройстве для регулярного мониторинга уровня иммуноглобулинов класса Е, отвечающих за развитие аллергического заболевания. Разработка такого устройства, ориентированного на домашнее применение, является актуальной задачей, решение которой повысит качество жизни пациентов с аллергией и снизит нагрузку на систему здравоохранения.

В Российской Федерации наиболее близким аналогом по диагностической задаче является проект «Аллергочип РФ», реализуемый в Первом МГМУ им. И.М. Сеченова. Еще одним отечественным решением является система ProAllergy, разработанная специалистами Московского физико-технического института и медицинского кластера Сколково. Данная платформа относится к классу аллергенных микрочипов и предназначена для мультиплексного определения специфических IgE к широкому спектру аллергенных компонентов. Разработка представляет собой отечественную платформу молекулярной аллергодиагностики, основанную на технологии аллергенного микроматрикса. Суть анализа заключается в том, что на поверхности твердого носителя иммобилизированы аллергены, которые взаимодействуют со специфическими IgE пациента, присутствующими в образце сыворотки крови. Последующая регистрация сигнала меченного комплекса позволяет одновременно определять сенсибилизацию (приобретение организмом повышенной чувствительности к какому-либо веществу или раздражителю) к большому числу аллергенов и формировать индивидуальный профиль аллергической чувствительности.

— Мы опираемся на серьёзный методический и экспериментальный задел. Два ключевых результата последних двух лет — это магистерские диссертации, посвященные определению IgE и белковых маркеров рака простаты. По их итогам у нас появились воспроизводимые протоколы: мы стабильно синтезируем конъюгаты антител с оптическими и флуоресцентными метками для обеих мишеней. Отдельная часть нашей работы — это лазерная гравировка микроканалов в полимере на комплексе LaserPro Mercury III. Здесь мы не только отработали режимы, но и установили зависимости геометрии каналов от параметров печати. Мы сформировали архитектуру наших чипов, где предусмотрены зоны введения образца, конъюгации и детекции, а также капиллярный, пассивный поток жидкости. Для иммобилизации антител мы реализовали два подхода, которые дают высокую плотность покрытия. На базе этих решений созданы модельные тест‑системы (ИХА). Их работоспособность проверили на реальных образцах плазмы и верифицировали результаты с помощью ИФА, — рассказала Ксения Миняйло.

Разработка ученых лаборатории микрофлюидных технологий будет проще в использовании, дешевле в производстве и доступнее как для врачей, так и для пациентов.

Пресс-служба Новосибирского государственного университета

Изображение предоставлены пресс-службой НГУ

Нобелевскую премию по физике 2026 года получил Фрэнсис Халзен (США) за решающий вклад в создание нейтринной обсерватории IceCube и открытие нейтрино высоких энергий астрофизического происхождения. Разбираемся, в чем значение этого открытия и какую роль в этой области физики сыграли советские и российские ученые.

Как уже ясно из формулировки, премией отмечены по сути два результата – как открытие нового типа нейтрино, так и строительство установки класса «мега-сайнз», с помощью которой эти частицы и были обнаружены.

И это объединение их в рамках одной премии вполне заслуженно.

Нейтрино – это незаряженные элементарные частицы, которые почти не взаимодействуют с веществом и поэтому способны проходить сквозь огромные расстояния, не меняя направления и не поглощаясь по пути. Такой длинный пробег позволяет использовать эти частицы для изучения удаленных космических объектов.

«Так как она летела прямолинейно, никуда не отклонялась, можно сопоставить это направление с какими-то астрофизическими объектами и понять, вообще говоря, какие процессы там происходят», - пояснил старший научный сотрудник Института ядерной физики СО РАН, заведующий лаборатории новых методов регистрации ионизирующих излучений Междисциплинарного центра физики элементарных частиц и астрофизики Физического факультета Новосибирского государственного университета, к.ф.-м.н. Евгений Анатольевич Кравченко.

Но в то же время, в силу того же самого почти отсутствующего взаимодействия с окружающим веществом, зарегистрировать их очень сложно - нужен детектор огромного размера.

Но, как известно, «почти» не значит «совсем».  Еще в 1958 году советские физики Павел Алексеевич Черенков, Игорь Евгеньевич Тамм и Илья Михайлович Франк получили Нобелевскую премию за открытие черенковского излучения - свечения, вызываемого в прозрачной среде заряженной частицей, движущейся со скоростью, превышающей фазовую скорость распространения

А два года спустя другой советский физик Моисей Александрович Марков предложил размещать оптические детекторы глубоко под водой и по черенковскому излучению восстанавливать направление движения частиц.

Предложение Маркова, сделанное на Рочестерской конференции в 1960 году, научным сообществом официально названо концепцией, которая привела к появлению серии подводных и подледных телескопов и в конечном счете – IceCube.

В СССР эта технологий развивалась на Байкале с 1980-х годов. В итоге, байкальская установка НТ-200 стала одним из первых работающих подводных нейтринных телескопов. Официальная история проекта Baikal-GVD сообщает, что первое подводное нейтринное событие было зарегистрировано еще в 1994 году, а в 1996 году байкальский детектор зарегистрировал первые восходящие кандидаты в нейтрино среди подводных установок. И во многом, именно этот успех российских ученых, экспериментально подтвердивших работоспособность идеи Маркова стал импульсом для реализации проекта IceCube.

В толще льда, на глубине от 1450 до 2450 метров были размещены 5160 цифровых оптических модулей с фотоэлектронными умножителями. По времени прихода и интенсивности света в разных точках огромного массива ученые восстанавливают направление движения и энергию частицы, а затем получают информацию о породившем ее нейтрино.

Телескоп достроили в 2010 году, а уже в 2013 году коллаборация объявила об обнаружении высокоэнергетических нейтрино астрофизического происхождения – частиц с энергиями до петаэлектронвольт, пришедших из-за пределов Солнечной системы.

Открытие положило начало нейтринной астрономии, которая может исследовать космические ускорители частиц, недоступные традиционной оптической астрономии. Впоследствии IceCube связал часть высокоэнергетических нейтрино с активными галактическими ядрами и продолжил поиск источников космических лучей.

«Но одновременно эта же большая установка позволяет изучать физические свойства самих нейтрино. И такой результат тоже опубликован. То есть, в этом как раз и проявляется уникальность этого большого детектора, который может занимается не одной задачей, познавая одновременно и микромир, и макромир», - подчеркнул Евгений Кравченко.

Такие исследования продолжаются не только на IceCube, но и на других установках. Как уже говорилось, в России исследователи работают на Байкале. Подводная глубоководная установка НТ-200, которую создавали еще в 1990-е годы стала лишь первым этапом проекта. Полным ходом идет завершение строительства нейтринного телескопа Baikal-GVD (Gigaton Volume Detector). В настоящий момент активный объем достиг 0,8 кубического километра, что составляет 80% от запланированного.

Как говорится на официальном сайте проекта, Baikal-GVD – один из трех действующих нейтринных телескопов в мире и, наряду с телескопами IceCube на Южном полюсе и KM3NeT в Средиземном море, входит в Глобальную нейтринную сеть (Global Neutrino Network, GNN). Расположен в южной части озера Байкал, примерно в 3,6 км от берега. Представляет собой крупную глубоководную обсерваторию на дне озера Байкал, предназначенную для поиска и исследования потоков нейтрино сверхвысоких энергий из космоса.

Является крупнейшим в Северном полушарии нейтринным телескопом.

«У Байкала есть неоспоримые преимущества, потому что вода более прозрачна, чем лёд. Во льду протекают два конкурирующих процесса при распространении света: поглощение, когда фотоны теряются и рассеяние, когда они теряют своё направление. И в этом плане лёд отличается от воды тем, что у него сильное рассеяние, поэтому различные измерения углов прилёта и регистрация нейтрино на Байкале можно производить с большей точностью, чем на IceCube», - рассказал Евгений Кравченко.

Новосибирские физики тоже активно участвуют в реализации этого проекта. Мы недавно рассказывали, что университетская лаборатория, возглавляемая Кравченко предложила свою разработку для работы важной составляющей байкальского телескопа - наземной станции для регистрации широких атмосферных ливней, работа которой должна быть синхронизирована с системой глубоководных детекторов.

Установку планируют разместить на берегу Байкала примерно в четырех километрах от Байкальского нейтринного телескопа Baikal-GVD и синхронизировать с его глубоководными детекторами. Такое сочетание позволит дополнительно калибровать Baikal-GVD, сопоставлять результаты наземных и подводных наблюдений и получать дополнительную информацию для исследований в области астрофизики и физики элементарных частиц.

Тем временем, команды исследователей, работающих на обоих телескопах, антарктическом и байкальском, уже успешно сотрудничают друг с другом. «Байкал, кстати, подтвердил существование астрофизического нейтрино по своим независимым измерениям. Это было буквально несколько лет назад, и, наверное, этого подтверждения и ждал Нобелевский комитет. Потому что у физиков принято, что результат эксперимента полностью засчитывается только когда он подтверждён независимо еще кем-то», - отметил Евгений Кравченко.

Сергей Исаев

Изображение: Nobelprize.org

Объявлены имена лауреатов Нобелевской премии по медицине и физиологии этого года. Ими стали Карл Дейссерот, Петер Хегеманн и Георг Нагель «за их открытия в области светочувствительных ионных каналов и оптогенетики». В нашем материале мы кратко познакомим с задачами той области науки, которая отмечена премией этого года и достижениями самих лауреатов.

Оптогенетикой называют метод исследования работы нервных клеток, основанный на внедрении в их мембрану специальных каналов – опсинов, реагирующих на возбуждение светом. Если на мозг воздействовать светом с определённой длиной волны, то те нейроны, которые имеют такие каналы, будут активироваться или, наоборот, не смогут генерировать потенциалы действия. Его-то и придумали лауреаты Нобеля-2026.

Ученые еще в прошлом веке вмешивались в работу мозга с помощью электрической стимуляции, фармакологических воздействий и повреждения отдельных областей. Новый метод (оптогенетика) позволил делать это гораздо избирательнее и точнее во времени, изменять активность выбранных клеток в миллисекундном масштабе и наблюдать последствия для нервной системы и поведения, делая выводы о функции конкретных клеток и нейронных цепей.

Создание метода не было одномоментным открытием. Сначала Петер Хегеманн предположил существование необычно быстрого светочувствительного канала, а его группа нашла гены соответствующих белков. Георг Нагель экспериментально показал, что эти белки действительно так и работают, и охарактеризовал быстрый катионный канал ChR2. Карл Дайссерот перенес ChR2 сначала в нейроны, а затем и в живой мозг, превратив это открытие в инструмент управления активностью нейронных популяций. Потому и премию поделили между тремя исследователями.

Что интересно, ученые и пришли к своему открытию из разных областей науки. Петер Хегеманн много лет изучал, как как одноклеточная зеленая водоросль Chlamydomonas понимает, откуда падает свет. Долгое время плотная клеточная стенка водоросли сильно мешала электрофизиологической записи. Пока однажды его группе не удалось получить мутантную линию водоросли с дефектной клеточной стенкой. Именно на этих клетках Хегеманн и его аспирант Хартман Харц смогли нормально регистрировать световые токи.

Реакция водоросли оказалась чрезвычайно быстрой и ответ занимал миллисекунды. Это подтолкнуло Хегеманна к гипотезе, что светочувствительный белок и сам ионный канал могут быть объединены в одной молекулярной системе. Эту гипотезу он выдвинул в то время, когда само существование такого ионного канала было еще не доказано.

Хегеманн пытался выделить предполагаемый белок из глазка водоросли, но вне естественной мембраны такие белки оказывались нестабильными и плохо поддавались изучению. С развитием технологии секвенирования ДНК его группа нашла две последовательности, похожие на гены известных светочувствительных белков, и назвала их Chop1 и Chop2 — channelopsin-1 и channelopsin-2.

Но сходство последовательностей еще не доказывало, что соответствующие белки действительно являются светоуправляемыми ионными каналами. Эту задачу решили эксперименты Георга Нагеля. К тому времени, когда он к ней подошел, Нагель уже много лет специализировался на мембранных белках и ионных токах, изучал родопсины в ооцитах Xenopus laevis — крупных яйцеклетках шпорцевой лягушки.

Хегеманн передал Нагелю клонированные последовательности Chop1 и Chop2. Ученые вводили в ооциты соответствующую мРНК, после чего клетки сами синтезировали белок и встраивали его в мембрану. И в 2002 году команда показала, что Chop1 действительно обеспечивает светозависимую проводимость и сам белок достаточен для работы канала, после чего его переименовали в каналородопсин -1 (ChR1).

Год спустя Нагель, Хегеманн и коллеги охарактеризовали второй белок – каналородопсин -2 (ChR2). Ген, кодирующий белок ChR2, перенесли в клетки почки человека и хомяка, и те становились светочувствительными. То есть один ген был способен превратить другую клетку в объект, электрической активностью которого можно управлять светом.

«Одним из важнейших компонентов оптогенетики можно назвать каналородопсин – светочувствительный белок из зеленых водорослей. Эти ионные каналы нарабатывают в клетках с помощью вирусной доставки. Под действием света они открывают пору для ионов натрия и тем самым манипулируют состоянием нейронов и клеток нервной системы», - прокомментировал изданию «Наука в Сибири» эту часть исследования главный научный сотрудник сектора постгеномной нейробиологии Института цитологии и генетики СО РАН», к.б.н. Дмитрий Ланшаков.

Что интересно, Нагель получал схожий результат и раньше, еще в 1995 году ему удалось добиться, чтобы светочувствительный бактериородопсин работал в яйцеклетке лягушки. Но тогда технология пока не получила такого развития и оптогенетика зародилась восемью годами позже.

Третья часть истории метода связана с нейробиологом и психиатром Карлом Дайссеротом. Работая с пациентами с тяжелыми психическими расстройствами, Дайссерот видел ограничения существующего лечения и хотел понять, как конкретные нейронные цепи создают патологические состояния и поведение. Для этого нужен был способ вмешиваться в работу определенных нейронов в живой системе. Свою исследовательскую философию Дайссерот однажды сравнил со строительством нового инструмента: «Мы хотим построить телескоп, чтобы увидеть часть неба, которую еще никто не видел».

Чтобы найти такой инструмент, он с коллегами тестировал разные белки, способные управлять электрической активностью клетки. Узнав о ChR2, Дайссерот написал Нагелю и получил конструкцию с геном каналродопсина. В 2005 году группа Дайссерота опубликовала работу, показавшую миллисекундное оптическое управление нейронной активностью. Так фундаментальный научный результат, полученный при исследовании поведения водорослей, превратился в инструмент нейронауки.

«Существуют различные способы вирусного введения последовательностей, кодирующих оптогенетические белки, в целевой участок мозга, которые способны обеспечить экспрессию светочувствительного канала. Эксперименты на трансгенных мышах с использованием методов оптогенетики позволяют изучать и регулировать депрессивное и тревожное состояние животных и другие психоэмоциональные проявления, а также более сложные заболевания мозга, такие как болезнь Паркинсона, в том числе и на последних стадиях. Оптогенетика раскрывает новые возможности для исследования человеческого мозга», – подчеркнул Дмитрий Ланшаков.

Новосибирские ученые начали заниматься изучением методов оптогенетики в 2014 году по инициативе руководителя лаборатории функциональной нейрогеномики члена-корреспондента РАН Николая Дыгало. В ИЦиГ СО РАН исследователи проводят эксперименты с помощью доставки оптогенетических каналов аденоассоциированными вирусными векторами.

Как рассказала РИА «Новости» заведующая лабораторией функциональной нейрогеномики ИЦиГ СО РАН, руководитель кафедры физиологии Новосибирского государственного университета Татьяна Калинина, открытие Карла Дейссерота и его коллег приоткрывает и понимание о том, как работает мозг при определенных патологиях. Например, можно выяснить, какие именно нейроны задействованы при возникновении депрессии. Также это открывает путь к загадкам работы человеческой памяти.

«До этого подхода предполагалось, что можно только несколько нейронов сразу активировать или заблокировать. А с помощью этого подхода стало возможным конкретные нейроны в конкретной области мозга активировать или, наоборот, тормозить. То есть появились возможности практически молекулярного управления работой нейронов. Это очень важно», – отметила она.

Оптогенетика позволяет применить разработанный подход далеко за пределами классических экспериментов с нейронными цепями. В 2023 году группа ученых опубликовала в Nature исследование о связи сердца и эмоционального состояния. Ученые заставили кардиомиоциты мышей экспрессировать красночувствительный каналродопсин ChRmine и с помощью носимого источника света могли неинвазивно учащать сердцебиение у свободно движущихся животных. Искусственно вызванная тахикардия сама по себе не создавала выраженного избегания, однако в потенциально опасной обстановке усиливала тревогоподобное поведение. Скрининг активности мозга указал на заднюю островковую кору как на один из участков, обрабатывающих сигналы от сердца, а ее оптогенетическое подавление ослабляло поведенческий эффект тахикардии.

Более того, сегодня оптогенетика стала уже не только научным, но и медицинским инструментом, позволяющим вернуть светочувствительность сохранившимся клеткам сетчатки. В 2021 году первому пациенту с пигментным ретинитом удалось частично восстановить зрение: сохранившиеся клетки сетчатки сделали светочувствительными, а специальные очки преобразовывали изображение в подходящие световые сигналы.

Сергей Исаев

Фото: Nobelprize.org

В этом году Механико-математический факультет Новосибирского государственного университета отпраздновал свое 65-летие. С юбилеем Мехмат поздравили благодарные выпускники, ректоры вузов и деканы математических факультетов со всей Сибири, а также из Москвы и Санкт-Петербурга. Приняли участие в юбилейной программе 25 сентября и представители Института цитологии и генетики СО РАН, выпускники ММФ НГУ, которых связывает с математиками давнее сотрудничество.

В 2020 году ИЦиГ совместно с Механико-математическим факультетом запустили междисциплинарную магистерскую программу для подготовки биоинформатиков, поскольку для работы с большими биологическими данными нужны не только биологи, но и специалисты с хорошей математической базой. Связка биологов и математиков в НГУ достаточно естественна, ведь первым факультетом при открытии Новосибирского государственного университета в 1959 году был Факультет естественных наук, где изначально были объединены все направления – математика, механика, физика, биология, химия и геология. В дальнейшем эти направления переросли в отдельные факультеты и в 1961 году был основан ММФ НГУ.

Заместитель директора по организационной и образовательной деятельности ИЦиГ СО РАН, к.ф.-м.н. и координатор программы Анна Трубачева (выпускник Механико-математического факультета НГУ) отметила, что «в современном мире факультеты НГУ вновь связываются между собой через междисциплинарные проекты и образовательные программы. При этом необходимо всегда помнить, что только грамотное взаимодействие с природой и ее законами позволит нам делать большие открытия в науке».

Кураторами программы являются научные сотрудники ИЦиГ СО РАН – заместитель директора по научной работе ИЦиГ СО РАН, д.б.н. Дмитрий Афонников (выпускник Физического факультета НГУ) и главный научный сотрудник Сектора биоинформатики и информационных технологий в генетике, д.б.н. Сергей Лашин (выпускник Механико-математического факультета НГУ).

Программа «Биоинформатика. Алгоритмы анализа больших биологических данных» была разработана на базе Курчатовского геномного центра ИЦиГ СО РАН в соответствии с требованиями по кадровому обеспечению в области генетических технологий и реализуется в рамках магистратуры ММФ НГУ по направлению «Прикладная математика и информатика». Направления, по которым работают обучающиеся по программе студенты, находятся на стыке математики, информатики, биологии и медицины и связаны с описанием живых систем в базах данных, математическим моделированием, компьютерным анализом и интерпретацией экспериментальных данных, предсказанием новых особенностей организации функционирования живых систем, а также применением методов искусственного интеллекта в науках о жизни.

Сергей Лашин, выступая со своим поздравлением, отметил, что «распространена фраза, с которой обращаются к новичкам – забудьте все, чему вас учили раньше. Мы же напротив, говорим студентам ММФ, когда они поступают на эту программу – все, чему вы научились в университете, теперь вам пригодится». Также он рассказал, что эта магистерская программа пользуется популярностью среди студентов, а среди ее выпускников немало тех, кто сейчас работает по этой специальности как в научных центрах (включая ИЦиГ), так и в высокотехнологичном бизнесе, показывая достойный уровень подготовки.

Фото предоставлены ММФ НГУ

Учёные Института цитологии и генетики СО РАН выяснили, что влияние фактора роста фибробластов 21 (Fibroblast growth factor 21, FGF21) на состояние печени при алиментарном ожирении у мышей зависит от состава рациона и пола животных. При наиболее близкой к пищевому поведению человека модели – т.н. «диете кафетерия» – FGF21 снижал накопление липидов в печени как у самцов, так и у самок. Результаты исследования опубликованы в свежем номере «Вавиловского журнала генетики и селекции».

Неалкогольная жировая болезнь печени (НАЖБП) связана с избыточным накоплением жира в гепатоцитах и чаще всего развивается на фоне ожирения и инсулинорезистентности. Болезнь может долго протекать почти бессимптомно, но при прогрессировании привести к циррозу и связанным с ними осложнениям. Сегодня НАЖБП обнаружена примерно у 25-30% взрослого населения мира; её распространённость растёт вместе с частотой ожирения и сахарного диабета 2 типа.

Поэтому поиск эффективной терапии НАЖБП является актуальной задачей. Основой лечения остаются изменение питания, физическая активность и снижение массы тела, однако существенно изменить образ жизни удаётся не всем. Активно развиваются фармакологические подходы, но эффективность вмешательства может зависеть от выраженности метаболических нарушений, характера питания, возраста и пола.

Белок FGF21 активно изучают в качестве лекарственного средства против ожирения. Показано, что у мышей его действие различается у самцов и самок, и зависит от типа диеты, вызвавшей ожирение.

«Большая часть исследований влияния белка проводилась на животных, потреблявших высокожирную пищу, однако в современном мире основная причина развития ожирения — потребление сочетания жирного и сладкого, такой тип питания лучше воспроизводит т.н. диета кафетерия, при которой животным предлагается свободный выбор между стандартным кормом, сладкой и жирной пищей», – рассказала один из авторов исследования, младший научный сотрудник лаборатории физиологической генетики ИЦиГ СО РАН Наталья Балыбина.

В новой работе исследователи из ИЦиГ СО РАН сравнили две модели алиментарного ожирения у мышей. В первом случае животные получали высокожирную диету (ВЖД), где 40–65% калорий поступает из жира. Во втором – «диету кафетерия», при которой мышам предоставляли выбор высокожирной и высокоуглеводной пищи, включая аналоги чипсов, колбасы, печенья, бисквитов и сладких напитков. После развития ожирения самцам и самкам вводили FGF21 в дозе 1 мг/кг в течение семи дней. Затем учёные оценили гистологию печени и экспрессию генов, связанных с обменом веществ, воспалением, апоптозом и фиброзом.

Оказалось, что при содержании на ВЖД стеатоз печени у самок был менее выражен, чем у самцов. FGF21 не изменил площадь липидных капель у животных обоих полов. Однако данные по экспрессии генов указывают на то, что у самок FGF21 снижает образование и накопление липидов, у самцов – уменьшает воспаление, апоптоз и фиброз, что может препятствовать  переходу стеатоза в стеатогепатит.

Иная картина наблюдалась у животных на «диете кафетерия». Введение FGF21 снизило содержание липидов в печени независимо от пола, правда с помощью несколько разных молекулярных механизмов. Несмотря на различия процессов, результат был схож, на «диете кафетерия», FGF21 снижал количество жира в печени и у самцов, и у самок.

«Это важный результат нашей работы. Однако, для подходов персонализированной медицины важно отдельно изучать самцов и самок: ответ на терапию может существенно различаться в зависимости от пола. Например, наше исследование показало, что у на ВЖД самок при меньшем ожирении печени может быть более выражено воспаление», – отметила Наталья Балыбина.

Авторы также делают вывод, что при терапии необходимо учитывать не только пол, но и тип питания, вызвавший ожирение. Наиболее заметный положительный эффект FGF21 на морфологию печени в этом исследовании проявился при выраженном стеатозе, индуцированном «диетой кафетерия».

Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда.

Пресс-служба Института цитологии и генетики СО РАН

Фото предоставлено исследователем

Каменные надгробия в русской погребальной культуре. Какие исследования в этом направлении ведут новосибирские археологи рассказываем в новом интервью с нашим постоянным гостем, главным научным сотрудником Института археологии и этнографии СО РАН, д.и.н. Андреем Павловичем Бородовским.

– Многие считают, что археология – это про что-то древнее, стоянки каменного века, могила Чингисхана. Но в работах, которые стали темой интервью речь идет о надгробиях XIX века. Они тоже интересуют археологов?

– Вы заблуждаетесь, если думаете, что археология занимается только древними эпохами, сейчас верхняя граница периода исследований проходит уже по пятидесятым годам XX века.

– Что можно узнать такого о жизни людей в XIX веке в сёлах Новосибирской области из археологических раскопок, чего не выяснить из письменных источников?

– Мной и коллегами была предпринята довольно системная работа, которая легла в основу нескольких научных публикаций и ими результаты не исчерпаны, так что узнали мы довольно много.  

Я взял каменные надгробья как вид элитарного погребального памятника, поскольку не каждый крестьянин мог это себе позволить. Кроме того, в статьях рассматривались могилы далеко не только крестьян, под этими памятниками лежат чиновники, офицеры, купцы. То есть это, по сути дела, мы имеем определённый срез того общества, которое жило в сибирской провинции Российской Империи того времени, отраженный в погребальной культуре. Скажите, много вы читали каких-то исторических работ на эту тему, сделанных на основе письменных источников или нет?

Например, статский советник Ларионов был известным деятелем народного образования России на рубеже XIX–XX вв., ив табели о рангах его чин равен генеральскому. Среди обследованных захоронений есть капитан – это фактически чин, который даёт потомственное дворянство. Есть представители и других социальных групп.

И если мы вернемся к работам историков по социальной истории Верхнего Приобья на протяжении XIX века, то в них в основном изучались крестьянские движения, население заводских поселков, но реальная социальная структура общества представлена довольно однобоко. И археология в этом плане даёт довольно интересное подспорье, показывает, что общество здесь было достаточно разнородным, хватало представителей привилегированных сословий и значит, не такой уж «медвежий угол» была эта территория, по крайней мере, в позапрошлом веке.

Во-вторых, само расположение этих каменных надгробий маркирует пути сообщения, точки, которые, условно говоря, создавали некую логистическую инфраструктуру именно на нашей территории. То есть, условно говоря, Бог знает где такое каменное надгробие не могло появиться. Во-первых, в этой локации должны были проживать достаточно состоятельные люди, которые чем-то тут занимались. А во-вторых, сами надгробия надо было сюда довести, значит, были какие-то проходимые пути сообщения. Все это позволяет выделять, какие села, поселки были более экономически значимыми в ту эпоху.

Есть один очень интересный момент. Мы обнаружили несколько случаев, когда эти археологические объекты не стыкуются с письменными источниками. Где-то нам удалось найти подтверждение по поминальным ведомостям, которые привлекал мой ученик А.А. Аникин из Томска.

А где-то мы не смогли найти этого подтверждения. И это очень важно, потому что археология не даёт нам зеркальной картины той истории, которую мы знаем по письменным источникам. И вообще, вот если так говорить, как бы, археология и история, такая классическая, которую мы изучаем, имеет свои особенности времени, которая отражается в их источниках.

С другой стороны, есть интересный случай в Завьялово, где мы нашли могилу жены чиновника, который избирался в Государственную Думу еще в 1905 году, дополнив тем самым, данные письменных источников. И это лишний раз говорит о том, что вот как раз эта категория надгробий очень информативна.

А вот, например, в случае захоронений на территории села Коурак Тогучинского района, нам вообще не удалось найти стыковку с письменными источниками. Получается, эти погребальные памятники двух очевидно состоятельных людей, которые либо жили либо проезжали через эту территорию, но ни в каких письменных источниках, погребальных ведомостях они не фиксируются.

– А сами надгробия, их оформление – это тоже несет определенную информацию о культуре, духовном мире сибиряков той поры?

– Конечно. Можно анализировать цитаты из священных текстов, которые приводятся на надгробиях, формы самих памятников, они тоже не случайные, делались по определённым канонам. Например, у того же статского советника Ларионова памятник сделан в виде Голгофы. Это очень распространённый в определенный период времени вид памятника, причём самое интересное, что он скорее заимствован в русской погребальной культуре из Германии. То есть, это как бы, уже, межкультурные связи.

И в целом, ещё раз подчеркну, наша выборка охватывает памятники на территории с севера на юг более 500 км, а с запада на восток более 200 км, поэтому можно сказать, что она очень представительная.

И ещё один интересный момент – эти памятники отражают определенную миграционную активность. Тот же самый статский советник Ларионов здесь умер, когда лечился от туберкулёза в селе Старый Бердск.

Александра Рыжова, скончавшаяся от туберкулеза на территории села Чингисы, судя по записям метрической книги Петропавловской церкви тоже была приезжей, ее записали как дочь мещанина города Кологрива Костромской губернии Стефана Викторова Рыжова.  А вот как она оказалась в Чингисах, где и упокоена, это неизвестно.

– Иногда миграции случались и посмертные. В статье про надгробия из Коурака Вы указали, что была некая традиция переноса захоронений в советское время. А что это за традиция была? Для чего это делали?

– Да, это страшная традиция, я об этом не стал подробно писать, как говорится, сыпать соль на рану. Обратите внимание, большинство памятников, которые мы обследовали, были либо смещены со своих мест, либо были разбиты, поскольку в рамках ранней Советской власти вплоть до тридцатых годов существовала практика намеренного уничтожения старых царских некрополей. Считалось, что комсомольцы таким образом «боролись с пережитками религии, старого режима» и тому подобное.

И вот эти коуракские плиты вообще нашли при вспашке огорода, даже не на кладбище. И это далеко не единичный случай, есть подобные примеры касательно и захоронений в Бердске, что, кстати, несколько затрудняет процесс их идентификации. В одной из своих работ, которые сейчас находятся на стадии подготовки, я как раз касаюсь этой темы.

– А можно сказать, что в XIX веке в погребальной культуре были некие традиции, которые не свойственны для XVIII века или для XX-го?

– Безусловно, безусловно. В целом на Руси традиция каменных надгробий возникает в XV веке. В Сибирь она доходит веку к XVIII, но представлена очень эпизодично. И мы с вами, так сказать, никогда не спутаем, например, каменную плиту XVIII века с каменными надгробными памятниками XIX века. Там и будут стили другие, и, как говорится, стандарты другие. Это всё достаточно хорошо различимо.

– Учитывая, что всё-таки это гораздо ближе к нам по времени, чем те же самые скифы, можно ли, изучая эти особенности оформления захоронений, надгробий, сделать какие-то выводы относительно повседневной культуры людей того времени?

– Можно. Причем, не только относительно того времени. Изучая эти памятники, потом многие вопросы мы можем лучше интерпретировать, проецируя вот эту общую методику исследования от нашего времени на более древние эпохи, может быть, за исключением эпохи Каменного века. То есть минимум тысяч на пять лет в прошлое эти закономерности будут работать совершенно одинаково.

Например, методика обработки надгробий, которую мы делали, она мало чем отличается от методики исследования античных каменных надгробий.

Но при этом на более близком к нам по времени материале можно более тщательно отработать процедуру объективности археологических исследований.

Исследования были проведены 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

Фото предоставлены А.П. Бородовским

Чуть ли не половину лета жители Новосибирска и его окрестностей ощущали запах гари и наблюдали солнечный закат сквозь серое марево. Причина понятна – масштабные лесные пожары, в очередной раз охватившие Томскую область и Красноярский край.

По сообщениям Россельхоза, ситуация в упомянутых регионах минувшим летом была отнесена к чрезвычайной ситуации межрегионального характера. Причем, пик лесных пожаров на тот момент считался еще не пройденным. И несмотря на то, что в этом году масштабы возгораний не были рекордными (как это случилось семь лет назад), лесопожарная обстановка всё равно оказалась очень сложной. Наиболее критическая ситуация сложилась в Красноярском крае, где площадь лесных пожаров к концу июня превысила 190 тысяч га. В Томской области было зафиксировано более 50 очагов возгорания.

Важно отметить, что распространению лесных пожаров в который раза благоприятствовала аномальная жара, местами превышавшая 30 градусов Цельсия. Понятно, что в этом усматривают прямое влияние глобального потепления, настраивая общественность на усугубление ситуации в будущем. Уже сейчас исследователи отмечают тревожный факт: за прошедшие 20 лет из-за климатических изменений и потепления в Арктике крупные очаги возгорания стали всё чаще и чаще возникать в труднодоступных округах российского Севера (Эвенкия, Таймыр, Туруханский район), где тушение пожаров осложнено проблемами с логистикой. Помимо этого, за указанный период выросла доля пожаров, вызванных ударами молний (так называемые «сухие грозы»). Так, в Томской области в этом сезоне именно грозы стали причиной более 80% всех возгораний.

Конечно, человеческий фактор продолжает играть серьезную роль в возникновении лесных пожаров. Причем, как отмечают зарубежные исследователи, в России он находится на первом месте. Тем не менее, несмотря на усиление мер по охране лесов (а этого отрицать нельзя), сама природа начинает наносить удары в тех местах, куда с трудом ступает нога человека. И эта тенденция очень сильно озадачивает ученых.

В последние годы бореальные леса стали приковывать к себе более пристальное внимание со стороны исследователей, у которых, как выясняется, нет однозначной оценки относительно развития ситуации с пожарами. Поэтому влияние бореальных лесов на углеродный баланс планеты сейчас также вызывает ряд вопросов.

Чтобы понять суть проблемы, внесем некоторые уточнения. В глобальном масштабе ситуация с лесными пожарами на территории нашей страны выглядит как один из двух крупнейших очагов возгораний бореальных лесов на планете. Другой очаг, сопоставимый по масштабам с российским, находится на территории Канады. На долю России приходится примерно 20% запасов леса, большая часть которых сосредоточена как раз в Сибири. Объемы возгораний здесь измеряются миллионами гектаров. Обычная ежегодная площадь пожаров составляет у нас 3 – 5 миллионов га. В пиковые годы площадь может доходить до 18 миллионов га (как это было в 2019 году). Очень часто горят труднодоступные участки тайги на огромных равнинах, где основной причиной возгораний становятся «сухие грозы».

В Канаде – аналогичная ситуация. Здесь средняя площадь пожаров доходит до 4,5 миллионов га. В пиковые годы (как это было три года назад) площадь также может доходить до 18 миллионов га. Бореальные леса Канады аналогичны сибирским, и в последнее время они страдают от жесточайших засух.

Показательным моментом является то, что данная проблема, связанная с возгоранием бореальных лесов, не так активно освещается в СМИ, как пожары в Калифорнии и в Средиземноморье. Здесь площадь возгораний в разы меньше того, что происходит в Сибири или в Канаде. Однако материальный ущерб оказывается более высоким из-за большой плотности населения. К примеру, в Калифорнии средняя площадь пожаров составляет 0,8 – 1,5 миллиона га. Обычно там горят хвойные леса и сухие кустарники. Высокие финансовые потери связаны с тем, что огонь уничтожает инфраструктурные объекты и даже целые поселения. В Греции или в Турции средняя площадь пожаров составляет 50-100 тысяч га, однако из-за очень высокой плотности населения каждый такой пожар превращается в гуманитарную катастрофу.

Более масштабно выглядят пожары в Австралии (почти сопоставимые по площади с канадскими и сибирскими). Здесь горят эвкалиптовые леса и заросли в саваннах. Причем, пожары носят взрывной характер из-за маслянистых испарений эвкалиптов. Они более опасны для местной фауны, однако по продолжительности значительно уступают сибирским пожарам.

У сибирских пожаров есть своя особенность, превращающая наши бореальные леса в потенциальную «климатическую бомбу». Дело в том, что в Сибири огромные площади занимают болота и торфяники. Торф в состоянии гореть даже без прямого доступа кислорода, прямо под землей. Американцы обозначают такое явление как «зомби-пожары», которые «зимуют» под снегом. При их горении выделяется в разы больше углекислого газа, чем при обычном пожаре. И этот факт вселяет беспокойство в климатологов.

Еще один немаловажный факт. За последние 20 лет сибирские пожары стремительно продвинулись на север – вплотную к полярному кругу и к зоне вечной мерзлоты. Оседающая на лед сажа способствует снижению альбедо в Арктике, ускоряя тем самым процессы глобального потепления.

Ситуация с пожарами усугубляется еще и тем, что из-за огромной площади Сибири и слабого развития дорожной сети сотрудникам лесоохраны не удается оперативно реагировать на возникновение очагов возгорания. Доставка десантников может растянуться на несколько дней, и за это время огонь успевает разрастись на тысячи гектаров.

Как все это сказывается на углеродном балансе? Если исходить их сухих цифр, то пока что объемы углеродных выбросов от лесных пожаров в глобальном масштабе заметно уступают выбросам от сжигания ископаемого топлива. Сейчас они составляют примерно 5 – 6 % от антропогенных выбросов, приходящихся на тяжелую промышленность и энергетику. Однако в отдельные экстремальные годы региональные лесные пожары в состоянии конкурировать по данному показателю с национальной промышленностью. Скажем, в Канаде за один сезон пожары в состоянии выбросить столько углерода, сколько его выбрасывает за год вся промышленность Японии или России.

Если говорить конкретно о бореальных лесах, то здесь нарушение углеродного баланса выражено более ощутимо, чем в тропиках. Например, в саваннах после выгорания деревьев и кустарников углеродный баланс быстро восстанавливается за счет интенсивного роста травы на месте пожарищ.

С бореальными лесами всё сложнее и тревожнее. Здесь углерод накапливался в течение долгих десятилетий и даже столетий, и все эти «запасы» во время пожара мгновенно вырываются в атмосферу. Конечно, молодые, быстро растущие деревья способны компенсировать эту потерю, но для этого им понадобится как минимум 40 лет. Однако, как отмечают исследователи, в меняющихся климатических условиях пожары в одном и том же месте могут происходить каждые 10-15 лет. Кроме того, обгоревшие и погибшие деревья продолжают гнить на протяжении последующих десятилетий, выделяя огромные объемы углекислого газа и метана. И что еще важно: более половины углерода в северных лесных экосистемах хранится в лесной подстилке и гумусе. Поэтому после пожара может происходить вымывание и выветривание почвенного углерода, что многократно усложняет проблему. В этот период поврежденный участок леса превращается из поглотителя углерода в его источник. Учитывая растущую площадь пожаров (вот те самые миллионы га), мы в состоянии вообразить реальный масштаб проблемы.

Еще одно опасное последствие применительно к сибирским реалиям - пожары наносят удар по вечной мерзлоте, уничтожая теплоизолирующий слой мха и торфа. Обнаженная почва начинает интенсивно прогреваться солнцем, что приводит к деградации вечной мерзлоты. Этот процесс высвобождает древние «запасы» метана – парникового газа, который в 28 раз сильнее удерживает тепло в атмосфере, чем углекислый газ.

В настоящее время в мировой науке по поводу бореальных лесов происходят бурные дискуссии. Главная причина споров – фиксация учеными так называемого «критического перелома», когда некогда величайшее естественное хранилище планетарного углерода стремительно теряет статус «поглотителя», переходя в разряд источника парниковых газов. Напомним, что бореальные леса (России, Канады, Скандинавии) удерживают примерно треть всего лесного углерода планеты, большая часть которого законсервирована не в деревьях, а в почве, торфяниках и в вечной мерзлоте. И вот теперь мы подходим к моменту, когда из-за пожаров эти запасы начинают «вскрываться».

Согласно некоторым исследованиям, с 2016 года эти леса теряют углерода больше, чем поглощают. Из-за частых засух площади пожаров в Сибири и Канаде выросли настолько, что объемы выбросов от огня уже превосходят годовую способность оставшихся деревьев поглотить эти объемы парниковых газов. Параллельно рост температур ускоряет микробное разложение и плавит вечную мерзлоту.

Впрочем, есть и оптимистичный взгляд на проблему. Некоторые исследователи фиксируют положительные сдвиги. Так, благодаря потеплению бореальные леса начинают продвигаться к северу вглубь тундры. Как показывают космические снимки, за последние 40 лет появилось 844 тысячи квадратных километров (84,4 миллиона га) нового молодого леса, который активно поглощает углерод. Конечно, есть опасения, что эти молодые леса также могут стать жертвой пожара, тем не менее, указанный естественный прирост вселяет надежды на лучшее.

Тем не менее, никто не собирается ждать милостей от природы и пускать дело на самотек. Поэтому главный вопрос, над которым сегодня ломают головы ученые: каким путем восстанавливать выгоревшие участки? Задача эта не так уж проста, как может показаться на первый взгляд. Понятно, что восстанавливать лесной массив нужно так, чтобы у него было как можно меньше шансов превратиться в очередную топку. Это выдвигает на первый план вопросы восстановления леса. Сегодня они рассматривается как с общетеоретических, так и с практических позиций. В том числе и в нашей стране. Но об этом мы поговорим в другой раз.

Николай Нестеров

Изображение создано нейросетью

В рамках XIII Российского форума биотехнологий «OpenBio», прошедшем в наукограде Кольцово Новосибирский государственный университет и биотехнологическая компания АТСЕЛЛЕНС подписали меморандум о сотрудничестве. Стороны предполагают совместные проекты в области современных лекарств и вакцин – в частности, РНК-вакцин против рака, CAR-T-технологии и мРНК-технологии. Помимо исследований, соглашение предусматривает подготовку специалистов, которые будут работать в быстрорастущей биофармацевтической отрасли.

Для НГУ этот меморандум стал частью более широкой стратегии развития биомедицины: университет расширяет инфраструктуру Института медицины и медицинских технологий, новая очередь кампуса включает Учебно-научный и Научно-исследовательский центры. На этой площадке следует рассказать об образовании, лабораторных исследованиях и проектах подготовки, которые в перспективе могут перейти на промышленную стадию.

Ректор НГУ Дмитрий Пышный отметил, что вузу важно работать с реальным сектором не только после демонстрации готовой разработки, но и на начальных этапах, когда формируется сама проблема экономики. «Нам важно понимать, что необходимо исследовать, к каким задачам сейчас следует готовиться», – сказал он. По его словам, партнерство как раз и поможет сформировать запрос на исследования, в которых будут участвовать университетские специалисты и обучающиеся.

Схожее видение стратегии сотрудничества озвучил и генеральный директор АТСЕЛЛЕНС Илья Бардин-Денисов: «Мы как заказчик и в том числе как площадка для трансфера технологий, где можно масштабировать и производить будущие препараты по всей стране».

Он также напомнил о еще одном важном факторе, стимулирующем сотрудничество университетов и бизнеса. Чтобы новая молекула или биотехнологический продукт дошли до пациента, недостаточно добиться впечатляющего результата в лаборатории. Необходимо обеспечить его свойства, разработать определение производства, обеспечить стабильное качество, подготовить аналитическое досье и провести доклинические и обоснованные исследования. На каждом из этих этапов требуются разные компетенции и дорогая инфраструктура – ресурсы, которых у компаний больше.

Один из главных векторов сотрудничества – РНК-технологии. Молекулы РНК участвуют в передаче генетической информации и синтезе белков в клетках. В мРНК-технологиях молекул матричной РНК содержится инструкция для производства определенного белка. Попав в клетки, такая РНК может временно запустить синтез нужного белка, после чего разрушается. Этот принцип используется при создании ряда вакцин и является основой для новых подходов к лечению различных заболеваний.

В области онкологии мРНК-технологии связывают прежде всего с стратегическими терапевтическими вакцинами. Их задача отличается от привычной профилактической вакцинации: такие препараты не предотвращают заражение инфекцией, а должны помочь иммунной системе обнаружить признаки опухолевых клеток и усилить против них иммунный ответ. АРТСЕЛЛЕНС создаёт технологическую платформу для разработки мРНК-препаратов в области онкоиммунотерапии, включая создание мРНК и создание систем развития на основе липидных наночастиц.

Система доставки – один из наиболее сложных элементов подобных разработок. РНК сама по себе опасна, и она должна быть защищена до входа в клетки. Липидные наночастицы позволяют упаковать молекулу и доставить ее к цели, однако для приготовления каждого типа необходимо подобрать состав, размеры частиц и другие параметры. Бардин-Денисов знает, что компания заинтересована не только в создании лекарственных препаратов, но и в поиске эффективных способов доставки. «Эта проблема может возникнуть даже с более наукой, чем непосредственно самого лекарственного средства», – отметил он.

Еще одно направление будущей работы связано с CAR-T-технологиями. В этом случае собственные иммунные агенты, прежде всего Т-лимфоциты, получают способность клеток распознавать определенные мишени на опухолевых клетках. Для этого клетки извлекают из организма, модифицируют в специализированных условиях и затем возвращают пациенту. Такие технологии требуют точной организации производственного процесса и контроля качества на каждом этапе, поскольку речь идет о персонализированном клеточном продукте.

На церемонии подписания речь шла и о более широком круге задач: разработках онкологических, инфекционных и других заболеваний, а также о возможном применении РНК-технологий в ветеринарии и сельском хозяйстве.

Дмитрий Пышный отметил, что в России развиваются те же принципиальные направления, что и в мировой биомедицине: РНК-подходы востребованы в онкотерапии и при лечении с инфекционными заболеваниями. При этом для ускорения работ необходима современная приборная база, в том числе ДНК-синтезаторы, а также технологии развития технологий, позволяющие получить компоненты для создания мРНК.

Одной из сильнейших сторон ректор НГУ назвал его интегрирующую роль в рамках Новосибирского научного центра. Вокруг вуза работают исследовательские коллективы и организации, сотрудники которых участвуют в образовательных программах университета. «Мы можем распространять компетенции и выдавать конечные решения, используя, так сказать, одно окно», – отметил Пышный.

Подписанный на форуме документ фиксирует намерение стороны сотрудничать и формирует рамки для будущих договорённостей. Практические моменты, включая участие компании в промышленном развитии, объем финансирования и формат программ, будут оговариваться отдельно для каждого из конкретных проектов.

По словам ректора НГУ, такой формат помогает преодолеть распространённый разрыв между академической наукой и реальным производством. Учёные могут создать предложение, которое выглядит перспективной в лаборатории, но не учитывает требования промышленного производства, компоненты затрат, масштабирование или регуляторные процедуры. Задача партнерства с индустриальной компанией формулируется совместно: сначала определяется, какой продукт или технологическое решение востребовано, затем разрабатывается способ, который можно реализовать на основе альтернативного исследовательского подхода.

Соглашение НГУ и АРТСЕЛЛЕНС в этом смысле отражает общий переход биотехнологий от отдельных научных результатов к технологическим платформам. Современная вакцина или клеточный препарат – это не одна молекула и не один эксперимент, а целая цепочка исследований, инженерных решений, стандартов качества, производства и клинической практики. Соединение научных возможностей новосибирского Академгородка с производственными ресурсами компании в таком «платформенном формате» позволит сократить путь перспективных разработок до стадии, на которой они смогут стать доступными пациентами.

Сергей Исаев

Фото автора

О развитии микроэлектроники, задачах российской науки и значении взаимодействия ученых с индустрией рассказал директор Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН академик РАН Александр Латышев.

– Что такое микроэлектроника сегодня?

– В настоящее время мы живем в эру цифровой трансформации. Нас окружают цифровое телевидение, радио, мобильный интернет, маркетплейсы, цифровые деньги, робототехника, искусственный интеллект и т.д. Всё цифровое пространство появилось благодаря полупроводниковому прибору, который изменил наш мир. Это транзистор!

Главное достоинство транзистора: малый размер, низкое энергопотребление, низкое тепловыделение, масштабируемость, высокая надежность и малая стоимость. Физика полупроводников подарила человечеству беспроводные технологии: мобильный интернет, мобильную связь, космическую навигацию и т.д. Все эти достижения связаны с работой ученых, инженеров, технологов, материаловедов из многих стран.

Поэтому, микроэлектроника сегодня включает и глобальные производства, и научные вызовы, и необходимость адаптироваться к растущим требованиям инфраструктуры ИИ – нужны новые полупроводниковые материалы для увеличения вычислительной мощности, ускорения передачи данных. В то же время необходимо сохранять безопасность транслируемой информации. Микроэлектроника сегодня пронизывает все сферы нашей жизни и обеспечивает фундамент мировой экономики.

– Как вы оцениваете состояние российской науки в области микроэлектроники? В каких направлениях у нас наиболее сильные позиции, а какие требуют особого внимания?

– Напомню, что в 60-х годах прошлого века СССР был активным участником пионерских работ по развитию микроэлектроники в мировом масштабе, а по объему производства электронных чипов СССР был третьим после США и Японии. К сожалению, с тех пор мировой рынок микроэлектроники претерпел существенные изменения, и — не в пользу России.

Безусловно, российская наука в области микроэлектроники находится на высоком уровне, о чем свидетельствует наличие высокопрофессиональных научных и инженерных школ, признанных международным научным сообществом.Но, к сожалению, у нас существенный «провал» по технологическому оборудованию. И не только у нас. В 2022 году в ходе своего выступления при подписании «закона о чипах» президент США Байден отметил, что на сегодняшний день США производят "0% современных полупроводниковых чипов" и полностью зависят от импорта, необходимого как в оборонной, так и в гражданской сферах. Например, ни одна страна Евросоюза не производит персональные компьютеры и смартфоны, поскольку для создания полупроводниковой промышленности нужны огромные финансовые средства.

Сегодня полупроводниковым технологическим лидером является не кремниевая долина, а тайваньская компания TSMC - мировой лидер в сегменте контрактного производства полупроводниковых, занимая 52% рынка. На втором месте Samsung, с 19% от доли рынка, и на третьем – Intel.

На разработку и производства современной микроэлектронной базы требуются колоссальные расходы, которые можно окупить, только выпуская конкурентоспособную продукцию в большом объеме, с хорошо определенной продуктовой корзиной в рамках глобального мирового рынка.

Сейчас в нашей стране в целях обеспечения технологического лидерства обосновано вкладываются огромные средства для развития национальной технологической базы разработки и производства микроэлектроники. Это грандиозный вызов для России - стать независимой в области микроэлектроники и твердотельной нанофотоники.

– Над какими задачами сейчас работает ваш институт? Какие разработки вы считаете наиболее перспективными для практического применения?

– Основная миссия Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН — обеспечение мирового уровня научных исследований, технологий и разработок в области новых полупроводниковых материалов и элементной базы, работающей на новых физических принципах для электроники и фотоники следующего поколения.

Это микро-, нано-, био- и оптоэлектроника, нанофотоника, СВЧ-электроника, сенсорика, радиационно-стойкая электроника, квантовая электроника, инфракрасная техника.

В Институте разработаны уникальные технологии, новые материалы, предложены оригинальные конструкции электронной компонентной базы, продемонстрированы перспективные приборы, работающие на новых физических принципах.

ИФП СО РАН работает с полупроводниковыми материалами практически на всех этапах — от роста многослойных полупроводниковых структур до их диагностики, создания приборов и экспериментальных систем. Одно из ключевых технологических направлений института — молекулярно-лучевая эпитаксия, позволяющая выращивать полупроводниковые структуры с заданным составом и толщиной слоев вплоть до нанометрового масштаба. На этой базе создаются структуры для фотоприемников, лазеров, СВЧ-транзисторов и других электронных и оптоэлектронных компонентов.

Существенный вклад сделан в создание новых низкоразмерных, топологических материалов и квантовых систем, обнаружен ряд новых физических эффектов и получена важная информация о свойствах квантовых материалов и гетероструктур на их основе, которые могут быть использованы для создания новых приборов современной электронной техники для решения задач современной экономики.

ИФП СО РАН активно работает в области твердотельной полупроводниковой нанофотоники. Эта область физики полупроводников чрезвычайно востребована. Именно развитие полупроводниковой нанофотоники привело к тому, что вместо массивных газовых лазеров с высоковольтными блоками питания удалось получить компактные полупроводниковые лазеры.

Совсем недавно, благодаря физике полупроводников, мы отказались от ламп накаливания, и перешли к энергосберегающему светодиодному освещению, которое основано на прямом преобразовании электричества в оптическое излучение.

Институт выполняет работы в области создания источников света, излучающих одиночные фотоны (это теоретический предел фотоники), а также, разрабатывает лавинные фотодиоды для регистрации одиночных фотонов. Такие устройства нужны для создания абсолютно защищенной квантовой связи, квантовых вычислений, метрологических измерений, создания новых типов сенсоров.

– Чем форум «Золотая Долина» может быть полезен ученым и промышленным компаниям? Почему важно проводить такие встречи и каких результатов вы от них ожидаете?

– Форум «Золотая Долина» - это авторитетная экспертная площадка для обсуждения современных задач технологического развития с академическим сообществом, индустриальными партнерами, потенциальными сотрудниками в лице студентов вузов и с представителями власти.

В этом году на секции «Микроэлектроника», которую мы проводим с директором АО «НЗПП «Восток» Кириллом Михайловичем Ипполитовым, запланировано обсуждение промежуточных итогов развития оборудования для производства микроэлектроники, обсуждение работ в рамках научного приборостроения, и, конечно, мы сделаем акцент на новых разработках электронной компонентной базы и полупроводниковой продукции.

Фото предоставила пресс-служба ИФП СО РАН

Бизнес-инкубатор Академпарка напоминает о приеме заявок на участие в акселерационной программе Сибирского технологического хаба (СТХ) до 1 ноября 2026 года.

Участие в акселераторе СТХ подходит командам, проекты которых соответствуют целевым направлениям, перечисленным ниже. Это могут быть научные коллективы и R&D-команды,  технологические предприниматели, ученые, инженеры и разработчики.

Программа акселератора СТХ создана для технологических команд, находящихся на предпосевной и посевной стадиях развития. Участие в акселераторе дает команде доступ к инфраструктуре, экспертизе и деловым контактам.

Целевые направления СТХ:

• Новые материалы и химия. Катализаторы, малотоннажная химия, нефтехимия, моделирование и синтез материалов с заданными свойствами.
• Новые технологии сбережения здоровья. Биомедицинские технологии, агротех, бионика, медицинские изделия и диагностические системы.
• Средства производства и автоматизация. Промышленные технологии, станкостроение, робототехника, системы управления производством.
• Новые атомные и энергетические технологии. Системы накопления энергии, электрохимические источники, водородная энергетика.
• Развитие многоспутниковой орбитальной группировки. Космические аппараты, плазменные двигатели, лазерная связь, наземная инфраструктура.
• Экономика данных и цифровая трансформация. Микроэлектроника, квантовые технологии, фотоника, программное обеспечение для индустрии.

Участники акселератора СТХ вместе с экспертами проработают вопросы интеллектуальной собственности перед запуском продукта и выстроят системную работу по коммерциализации проекта. С командами будут работать персональные трекеры, а также профильные эксперты по рынку, финансам, правовым вопросам, маркетингу, продажам и промышленным переговорам.

К финалу проектные команды сформируют готовый портфель документов для переговоров с инвесторами, заказчиками и институтами развития, а также смогут получить обратную связь от представителей Газпромбанка, венчурных фондов и крупнейших корпораций.

Программа СТХ стартует 11 ноября 2026 года и продлится до финальной питч-сессии, которая состоится 11 марта 2027 года. Лучшие команды получат денежные гранты на развитие проекта.

Как подать заявку

Заявки принимаются до 1 ноября 2026 года через форму регистрации: https://forms.yandex.ru/cloud/6a8539fd5056904ffe881fed/

Подробнее о Хабе и акселераторе на сайте: https://sibtechub.ru/

Изображение предоставлено Бизнес-инкубатором Академпарка