Часть 1. Почему Энергопарк остается недостижимой мечтой?

Помните знаменитый новозаветный афоризм: «Не вливают вина молодого в мехи ветхие»? Похоже, руководство НСО решило проигнорировать древнюю мудрость, предельно сосредоточившись на «молодом вине» и оставив открытым вопрос о «ветхих мехах». Откровенно говоря, у программы «Академгородок 2.0» произошел довольно странный зачин. Грандиозный план по эпохальному преображению Научного центра должен был почему-то стартовать с так называемого «флагманского» проекта. Я говорю сейчас о мега-установке синхротронного излучения, о которой в течение двух лет в наших краях не говорил только ленивый. Естественно, инициаторы проекта рассчитывали на то (мне это доподлинно известно), что их чудо-техника будет расположена на территории Академгородка или хотя бы в непосредственной близости от его нынешних границ.

Но судьба (точнее, администрация) распорядилась иначе, выделив место под мега-установку на территории наукограда Кольцово. На фоне пафосных заявлений о развитии наследия академика Лаврентьева эта история выглядит даже немного курьезно. Напомню, что наукоград Кольцово, расположенный на территории сельского района, довольно слабо вписывается в славную историю знаменитого Научного центра, и на уровне общественного сознания никогда с ним не ассоциировался. Зная, насколько трепетно относятся старожилы Академгородка к своим местным традициям, такой переезд в «чужой» район наверняка был воспринят ими как не очень добрый знак. В самом деле, если мега-установка является «флагманом» развития территории, то программу куда логичнее было бы назвать «Наукоград 2.0».  Не так ли?

Как мы понимаем, злая воля администрации тут не причем. Просто так получилось в силу ОБЪЕКТИВНЫХ ОБСТОЯТЕЛЬСТВ. Этими объективными обстоятельствами как раз и стали «мехи ветхие» сети, которым в Академгородке почему-то не уделяют должного внимания. Грандиозная мега-установка, задуманная специалистами ИЯФ СО РАН, весьма «прожорлива» по части потребления электрической энергии. Конечно, столь масштабная задумка не стала бы помехой для эпохальных преобразований, если бы территория Академгородка не испытывала дефицита в электричестве.

Для моего уха звучит немного странно, что «центр инновационных технологий» (как написано на въезде в Академгородок) имеет ограничения для своего роста из-за неудовлетворительного состояния электросетей, но реальное положение вещей на сегодняшний день именно таково. В 2014 году дефицит по электроэнергии оценивался на уровне 40 МВт. Но даже четыре года спустя, когда нам огласили программу великого преображения ННЦ, положение с электричеством было не лучше. Как мне тогда откровенно признался один из замов (уже бывший) губернатора, количество заявок на подключение таково, что даже в случае запуска новой подстанции их невозможно будет удовлетворить. Иными словами, Научному центру уже тогда необходимо было заполучить для своего развития как минимум две подстанции, и это – без учета всяких мега-установок.

И вот как раз в таких условиях, когда администрация прекрасно осознает указанные ограничения, нам объявляют о старте стратегической программы, где Академгородку обещано чуть ли не трехкратное увеличение населения – с пропорциональным ростом социальной инфраструктуры и всех необходимых гражданских и научных объектов! Как в условиях такого бурного роста будут выполняться заявки на подключение к сетям, лично я не совсем понимаю. Конечно, власть рассказывает и о новых инфраструктурных проектах. То есть обращает внимание на то, что в курсе всех проблем и намерена их решать. Я бы охотно доверился таким заявлениям, если бы не упомянутое выше соломоново решение отправить «флагман» развития на территорию другого района, где ситуация с электрическими мощностями не столь критическая, как в Академгородке.

По-хорошему, начать реализацию программы «Академгородок 2.0» можно было бы как раз с кардинального решения вопроса по электричеству. Я говорю сейчас не о технических подходах (о них чуть позже). Я говорю о ПРИОРИТЕТАХ. Если Научному центру для развития крайне необходимы новые подстанции, то именно эта задача и должна находиться в центре внимания. По крайней мере, на первых этапах. Власть, вообще-то, несет полную ответственность за развитие жизненно важной инфраструктуры. Но руководители региона выбрали для себя более простой путь.

Не хочу никого огорчать, но история с мега-установкой на самом деле содержит недобрый знак. По большому счету она красноречиво отражает ОБЩИЙ ПОДХОД руководителей к решению сложных задач, связанных с вопросами градостроительства и освоения территорий. Вы только вдумайтесь: если даже традиционное расширение и обновление сетевой инфраструктуры, не содержащее в себе ничего инновационного (голимый прошлый век!), натыкается у нас на какие-то непонятные препятствия, то что уж говорить о нетрадиционных для нашего времени (то есть инновационных) подходах к решению проблемы энергообеспечения данной территории? Хотите вы или нет, но при таких подходах рекламируемый сейчас на все лады «Академгородок будущего» получит систему энергоснабжения, соответствующую всё тем же временам академика Лаврентьева. И похоже на то, что авторы стратегической программы не испытывают по этому поводу особых переживаний. Идут, так сказать, проторенным путем. Я не собираюсь оспаривать их выбор, но скажите на милость: а при чем здесь инновационное развитие?

Да, мне известно, что инициаторы «флагманского» проекта рассматривали альтернативные варианты подключения своей мега-установки. С этой целью они даже посетили мини-ТЭС на улице Одоевского, чтобы понять физические возможности и экономику данного технического решения. Но эта экскурсия породила еще один курьез. Дело в том, что сотрудники электростанции и их уважаемые гости из Академгородка, не договорились заранее о терминах, из-за чего вышло досадное недопонимание. Путаница случилась из-за термина «энергоблок».

Современные энергетики этим словом привычно обозначают небольшие электростанции, где размещен «блок» газо-поршневых машин, производящих электроэнергию. На означенной электростанции таких машин было пять штук. Со своей стороны, академические посетители «энергоблоком» называли саму машину, соединенную с генератором. На вопрос: «Сколько стоит такой энергоблок?», они получили ответ: «Полмиллиарда рублей». Как мы понимаем, им назвали стоимость ВСЕЙ электростанции. Однако уважаемые академики помножили это число на пять, и получили сумасшедшую сумму, которая их неприятно впечатлила.  «Слишком дорого», - заключили они.

История, конечно, анекдотичная, но не трагичная. Думаю, что ученые уже разобрались и с терминами, и с цифрами. Но все же этот «анекдот» весьма красноречиво отражает неприглядность самой ситуации с «флагманским» проектом. По крайней мере, озвученное недоразумение говорит о том, что принципиально важные инфраструктурные вопросы пытаются здесь решать наскоком, без серьезной предварительной профессиональной проработки. Выражаясь по-народному, телегу запрягают впереди лошади. Нам уже вовсю рисуют фантастические картины великого завтра, тогда как на рабочей площадке, что называется, еще и конь не валялся. При таком легкомысленном отношении к этим вопросам тему с электричеством попытаются, скорее всего, закрыть традиционно, то есть без всяких инновационных подходов и решений. Вот так у нас - по старинке - строят теперь «прогрессивное» будущее. И данное обстоятельство почему-то мало кого смущает, как будто другого пути нам не дано.

На самом же деле другой путь есть, и он как раз инновационный. В стране растет интерес к малой энергетике, растет и спрос на соответствующее оборудование со стороны не только девелоперов, но также и промышленников. Например, Уральская горно-металлургическая компания и Челябинский трубопрокатный завод недавно как раз подключились к мощностям от объектов малой энергетики, поскольку тарифная политика со стороны монополиста ведет в наше время к неоправданным расходам. Крупные тепличные комбинаты сейчас сразу строят для себя небольшие газовые электростанции. Наконец, более близкий для нас пример: в свое время клиника Мешалкина для развития территории обзавелась собственным энергоблоком мощностью 10 МВт.

Короче говоря, если уж идти в ногу со временем, то вполне резонно переключаться на малые объекты генерации, ибо сегодня это – хорошо просматриваемый тренд. Самое интересное, что еще в 2015 году для развития Советского района был предложен проект локальной электросети, объединяющей несколько малых энергетических объектов: энергоблок клиники Мешалкина, упомянутую мини-ТЭС на Одоевского и еще пару газовых муниципальных котельных, переведенных (по замыслу) в режим когенерации. Проект, кстати, просчитывался с участием специалистов из Академгородка. Курировалась эта работа Комитетом по энергетики мэрии Новосибирска. Главная идея заключалась в том, что таким путем, считали авторы проекта, можно было преодолеть упомянутый выше дефицит по электричеству.

Разумеется, дело это было новое, инновационное. Но оно предвещало объединение светлых умов нашего города для решения столь нестандартной задачи. Примерно в те же годы в Новосибирске была создана Ассоциация «Малая энергетика Сибири», куда вошло несколько представителей от Академгородка, включая и ученых. Кстати, члены этой Ассоциации вплотную занимаются разработкой современных систем мини-грид для малой энергетики. В этом году такая система уже проходит последний этап тестовых испытаний. Иными словами, наши специалисты вполне могли бы предложить для Академгородка действительно инновационное решение в плане коренной модернизации системы энергоснабжения. Вот вам и знаковый прецедент, способный привлечь внимание всей страны к нашему Научному центру. 

Но у нас пошли другим путем, на всю катушку запустив презентации «флагманских» мега-проектов. Чего там какая-то малая энергетика, если нам для пиара надо непременно что-то большое – такое большее, чтобы дух захватывало!

И дух действительно захватывает, а спустя несколько лет этот дух будет захватывать Академгородок всё больше и больше. Я говорю сейчас о тлетворном духе, исходящем от соседних мусорных полигонов. Проблема утилизации бытовых отходов нависает над Научным центром как дамоклов меч. Решать ее нужно незамедлительно. Но в текущей повестке, увы, ее отодвинула на задний план захватывающая тема фантастических мега-установок.

Константин Шабанов

По итогам недавнего конкурса грантов РФФИ для молодых ученых, в число проектов, получивших поддержку фонда, вошло исследование влияния длительности светового дня на поведение и серотониновую систему организма, которое проводят сотрудники сектора генетических коллекций нейропатологий ИЦИГ СО РАН.

В рамках исследования, поддержанного грантом, ученые будут изучать, как меняется поведение и состояние серотониновой системы организма в условиях короткого фотопериода (светового дня). Актуальность этой темы очевидна, ведь именно в таких условиях находится практически все население арктических районов нашей страны. Да и не только они, с недостатком солнечного света сталкивается население Сибири, значительной части уральских регионов и еще ряда областей. Медицина более или менее научилась компенсировать недостаток витамина D, который отмечается в этих условиях, но это далеко не единственное следствие короткого светового дня и, тем более, долгой полярной ночи для наших организмов.

В качестве модельного организма для нового исследовательского проекта выбраны хорошо известные аквариумные рыбки Danio rerio.

– Эти небольшие рыбки являются популярной моделью для различных лабораторных исследований, и подходят под параметры, заложенные в нашем проекте, лучше, чем мыши, которые являются ночными животными и вероятно поэтому снижение продолжительности дня меньше влияет на их поведение, что мы наблюдали в предыдущих работах на животных с полиморфизмом C1473G в гене Tph2, - рассказал аспирант сектора генетических коллекций нейропатологий ИЦИГ СО РАН Иван Сорокин.

Ранее ученым уже удалось установить, что в этих условиях у лабораторных животных развивается депрессивно-подобное поведение, а также увеличивалась экспрессия генов провоспалительных цитокинов. 

Теперь же ученые хотят посмотреть, как меняется в этих условиях работа серотониновой системы организма, которая выступает одним из главных регуляторов нашего поведения, отвечает за уровень болевой реакции, стимулирует сокращения ткани гладких мышц и имеет еще массу важных для жизнедеятельности организма функций. Изучением этой системы занимаются давно и во всем мире, но наши ученые первыми обратили внимание на особенности ее функционирования в условиях короткого светового дня.

Как уже было сказано, эти исследования имеют не только фундаментальное научное, но и вполне очевидное прикладное значение для психофармакологии.

– Геном Danio r. исследован не хуже мышиного. Что касается серотониновой системы и нейрохимии в целом, рыбки Danio в этом плане обладают достаточно высокой гомологией с млекопитающими, чтобы полученные данные можно было в перспективе экстраполировать на человека, - отметил Иван Сорокин.

Зная, каким образом недостаток дневного света вызывает изменения в работе серотониновой системы (которые потом выливаются в депрессии и ряд других проблем со здоровьем), вполне реально выработать действенные механизмы компенсации этого. Причем, как отмечают ученые, этот вопрос актуален не только для тех, кто живет и работает за Полярным кругом – от сезонной депрессии в осенне-зимний период (когда день становится заметно короче) страдает множество людей по всему миру. Она довольно хорошо описана клинически, но раскрытие нейрофизиологического механизма этого недуга по-прежнему остается важной научной задачей. Вполне возможно, что путь к ее решению лежит как раз через серотониновую систему.

Работу по проекту предполагается завершить через два года, первый цикл экспериментов уже начался и продлится до конца 2020 года.

Исследование поддержано грантом РФФИ №20-34-90063

Пресс-служба ФИЦ ИЦиГ СО РАН

Нобелевскую премию по химии в 2020 году разделили биохимик Дженнифер Дудна и микробиолог Эммануэль Шарпентье за открытие технологии редактирования генома CRISPR-Cas9. Имена лауреатов были объявлены на церемонии Нобелевского комитета в Стокгольме.

Саму по себе систему CRISPR-Cas9 «придумали» бактерии — так они защищаются от вирусов. CRISPR — это группа белков и ДНК, играющих у бактерий роль иммунитета.

Когда вирус инфицирует бактерию, CRISPR-Cas9 вырезает фрагмент чужеродной ДНК и сохраняет в геноме бактерии. Столкнувшись с вирусом в следующий раз, бактерия уже сможет его узнать и защититься от него.

«То, что премию присудят Дудне и вообще дадут за CRISPR, я предсказывал последние два года, но предсказания не сбывались, — рассказал «Газете.Ru» кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН Александ Панчин. — С третьей попытки сбылось. Это довольно очевидное открытие, за которое должны были дать Нобелевскую премию. За «криспами» стоит очень много людей — те, кто обнаружили последовательности у бактерий, те, кто поняли, для чего они нужны, те, кто сделали «криспы», те кто придумал их использовать в различных приложениях».

Как часто бывает в науке, это открытие стало неожиданным. Исследуя стрептококки, Шарпентье обнаружила ранее неизвестную молекулу — tracrRNA. Дальнейшее ее изучение показало, что tracrRNA — это часть древней иммунной системы бактерий, которая обезвреживает вирусы, расщепляя их ДНК.

Шарпентье сообщила о своем открытии в 2011 году. Тогда же она начала сотрудничать с Дженнифер Дудной, опытным биохимиком с обширными знаниями в области РНК. Вместе им удалось воссоздать генетические ножницы бактерий в пробирке и упростить их для более легкого использования.

Наконец, им удалось перепрограммировать систему.

В своей естественной форме «ножницы» распознают ДНК вирусов, но Шарпентье и Дудна доказали, что с их помощью можно разрезать любую молекулу ДНК на заранее определенном участке. А затем добавить необходимые фрагменты.

С момента открытия CRISPR-Cas9 стал чрезвычайно популярен в качестве инструмента редактирования генома. С его помощью удалось создать злаки, способные противостоять плесени, вредителям и засухе, продвинуться в лечении рака и других тяжелых заболеваний и даже сделать шаг в сторону избавления от генетических болезней.

«В этом инструменте заложена огромная сила, которая влияет на всех нас. Он не только произвел революцию в фундаментальной науке, но и позволил создать новые сельскохозяйственные культуры, а в будущем приведет к новаторским методам лечения заболеваний», — говорит Клас Густафссон, председатель Нобелевского комитета, работающего над премиями по химии.

«По одной из версий, почему так долго не давали нобелевку за CRISPR, Нобелевский комитет не хотел влиять на историю патентования — хотели сначала разрешить этот вопрос, — добавляет Панчин.

CRISPR — очень современный метод генной инженерии, который позволяет точечно вставлять мутации в геном, некий аналог контекстной замены в Microsoft Word. И с тех пор, как его придумали, нашли кучу способов, как его модифицировать. Как повысить его точность, сделать так, чтобы генетическое изменение передавалось не только половине потомков, но и всем потомкам. Как использовать CRISPR, чтобы что-то метить, а не редактировать».

Специалисты компании Clarivate Analytics, анализирующей цитируемость статей в научной базе данных Web of Science, прогнозировали присуждение Нобелевской премии по химии за исследования в области нанокристаллов. Хен Тэ Хван из Национального Университета Сеула разработал относительно недорогой метод создания нанокристаллов переходных металлов, которые можно применять, например, в качестве контрастного вещества при МРТ. Кристофер Мюррей из Университета Пенсильвании и Маунги Бавенди из Массачусетского технологического института придумали, как получать полупроводниковые нанокристаллы, или квантовые точки заданного размера.

Исследователи продолжают развивать методы их синтеза и применения в оптике и биомедицинской визуализации, а также занимаются усовершенствованием свойств нанокристаллов.

Еще одной парой кандидатов были Стивен Бухвальд из Массачусетского технологического института и Джон Хартвиг из Калифорнийского университета. Используя палладий как катализатор, они смогли присоединить аминогруппу к ароматическому кольцу. Этот способ был назван в честь его создателей — реакция Бухвальда-Хартвига. Это не первый метод связывания атомов азота и углерода, но большинство предшественников плохо работали с ароматическими соединениями. Реакция Бухвальда-Хартвига позволила синтезировать в лабораторных условиях многие природные алкалоиды.

И, наконец, премия могла достаться Макото Фудзите из Токийского университета, который специализируется в области супрамолекулярной химии комплексных соединений. Его работы посвящены самосборке органических молекул в крупные, скрепленные атомами металлов пористые комплексы — молекулярные контейнеры.

Часть первая: Энергопарк как недосягаемая мечта

В октябре 2014 года Новосибирский Академгородок (конкретно – Институт теплофизики СО РАН) посетила внушительная иностранная делегация, представленная, в основном, руководителями итальянских компаний, чья деятельность была непосредственно связана с созданием инженерной инфраструктуры. В то время европейцы активно искали выход на представителей городского руководства. Главным инициатором тогда выступал руководитель Департамента развития и реконструкции городов Палаты экспертов Европейского Союза Марко Феррарио. В частности, им были установлены контакты с Департаментом промышленности, инноваций и предпринимательства мэрии Новосибирска. Поскольку господин Феррарио был профессиональным архитектором, он живо интересовался вопросами комплексной застройки, общался с новосибирскими девелоперами и даже предложил мэрии включить Новосибирск в ассоциацию «зеленых» городов Европы.

Предложение насчет «зеленого» города появилось совсем не случайно. Господин Феррарио являлся автором нескольких проектов современных малоэтажных поселений, реализованных им в третьих странах. Имея столь солидный портфель предложений, он попытался заинтересовать таким же проектом и новосибирских чиновников. Напомню, что современное поселение – в свете новейших европейских тенденций – это «зеленое» поселение. «Зеленое» в том смысле, что оно до минимума снижает вредное воздействие на окружающую среду и потребление энергоресурсов. У европейского гостя была надежда на то, что вокруг Новосибирска достаточно места, где можно разместить как раз такой современный, «образцово-показательный» поселок.

Как нетрудно догадаться, в контекст этого обсуждения сама собой вплелась тема Новосибирского Академгородка. Думаю, нет смысла напоминать, что для новосибирцев это место является главной достопримечательностью города. Причем, мы до сих пор считаем территорию Научного центра (точнее, Верхнюю зону) вполне себе современной во многих отношениях. Для нас это как раз то, что совсем не стыдно показать иностранцам. Мало того, наличие на этой территории зеленых островков почему-то вселяло в нас уверенность, что наш Академгородок в каком-то смысле воплощает принципы «зеленого» поселения. Однако впоследствии стало совершенно очевидно, что укоренившееся в нашем сознании восприятие территории Научного центра есть не более чем заблуждение. Точнее, мы имеем дело с иллюзией, наличие которой до сих пор сводит на нет любую попытку придать Академгородку подлинно современный вид – в духе тех трендов, что набирают силу в развитых странах.

Скажу прямо, что упомянутая делегация, посетившая тогда Академгородок вместе с представителем Палаты экспертов ЕС, ничего особенного для себя здесь не увидела. «Уникальным» и «современным» это место является только для нас. Но для любого человека, мало-мальски осведомленного в вопросах урбанистики и новейших инженерных систем, территория Научного центра будет явственно «отдавать» прошлым веком.  Да, Академгородок БЫЛ современным поселением во времена академика Лаврентьева. К сожалению, за прошедшие полвека он таким и остался.

Есть даже какая-то ирония в том, что защитники культурной уникальности этого места так преуспели в его апологии, что оно даже сохранило в неприкосновенности все основные признаки той эпохи. Въезжая на территорию Научного центра, вы и впрямь как будто попадаете в 1960-70-е годы. Я не говорю сейчас о работе научных институтов. Возможно, в своих исследованиях они идут в ногу со временем. Я говорю именно об уровне организации жизни самого поселения. Уникальность – уникальностью, но за прошедшие десятилетия современный мир продвинулся в этом плане довольно далеко. Чего как раз не скажешь об Академгородке.

Начнем с того, что сама архитектурно-пространственная среда организована в нем в лучших традициях модернизма с ее жестким функциональным зонированием территории. Зеленые островки естественного ландшафта в мировом масштабе не несут в себе ничего уникального. На Западе в ту пору это даже было «писком» моды. Найдите, например, американские каталоги по гражданской архитектуре за 1950-60-е годы, и вы поймете, какими примерами на самом деле вдохновлялись проектировщики Академгородка. Впрочем, проблема не в этом. В принципе, любое поселение можно реконструировать в духе требований современной эпохи. Казалось бы, территория, претендующая на роль локомотива в деле инновационного развития страны, должна отражать этот уровень даже в бытовых мелочах. Может ли Академгородок этим похвастаться? Увы…

Возьмем инженерную инфраструктуру. Есть ли в ней что-то передовое, до чего не «дотягивают» другие районы Новосибирска? Собственно, ничего такого выдающегося здесь нет. Скажем, система теплоснабжения Академгородка не только никакая не передовая – она морально устаревшая. Газовые станции, снабжающие теплом жителей ННЦ, вызывают у специалистов грустную улыбку. Руководство этих объектов, как стало известно, показало настолько низкую эффективность работы, что повязло в долгах на приличную сумму. Теперь в высоких кабинетах решается его судьба. Что будет с ним дальше, не совсем понятно. Однако совершенно ясно одно – никакого инновационного прорыва в плане теплоснабжения данная история не обещает.

Насколько здесь вообще успешно решаются вопросы энергосбережения, экономии энергоресурсов? В принципе, как и везде. По энергоэффективности здания, построенные в советские годы, так и остались на том же уровне. Никакой реконструкции ради соответствия новейшим «зеленым» трендам на официальном уровне не предполагается. Ставить вопрос о повышении теплозащиты домов путем применения новейших достижений, внедрять энергосберегающее оборудование, использовать, наконец, принципиально новые подходы к организации теплоснабжения – все это воспринимается как блажные идеи. Во всяком случае, эта тема никогда не выходит на первый план, как будто она не имеет серьезного значения для тех, кто определяет судьбу Академгородка.

Приведу на этот счет красноречивый пример. Лет семь или восемь назад у меня состоялся разговор с одним подрядчиком, принимавшим участие в строительстве зданий Технопарка. Как мы знаем, Технопарк стал для Академгородка своего рода знаковым объектом. По отношению к Научному центру он играет примерно ту же роль, какую Академгородок играет по отношению к Новосибирску: смотрите, мол, вот здесь у нас куют инновации! Так вот, собеседник рассказал, что согласно проекту, здания Технопарка должны были оснащаться энергоэффективным оборудованием, позволявшим экономить энергоресурсы за счет солнечной энергии. Но потом от этой идеи почему-то отказались и сделали «как всегда». То есть сделали так, как делали в прошлом веке. Собеседник по этому поводу иронизировал: «Какой же это теперь центр инноваций? Ведь это то же самое, как если на новенький BMW поставить движок от старого «Москвича»!».

Я понимаю, что в действиях застройщика (по нашим меркам) не было ничего экстраординарного. Подобные «упрощения» проектов у нас происходят где угодно. Но, согласитесь, если речь заходит о локомотивах инновационного развития, то стоило бы проявить куда большую щепетильность в таких вопросах. Тем более что в Научном центре есть несколько институтов, как раз занимающихся разработками в сфере технологий энергосбережения и энергоэффективности. Об этих разработках рассказывается на многочисленных форумах и конференциях, но что меняется от этого в жизни людей, если подобные достижения нельзя, что называется, потрогать руками? Причем, не где-то, а в самом Академгородке?

Впрочем, были и проблески надежды. Так, в 2013 году главный фасад Института теплофизики СО РАН был утеплен с помощью термопанелей, которые разрабатывались здешними специалистами. Наглядный, в общем-то, пример современного подхода к повышению теплозащиты зданий. Этим примером, в принципе, вполне могли воспользоваться и другие институты.

Вообще, надо отдать должное руководству ИТ СО РАН в плане попыток демонстрации своих жизненно важных разработок прямо на месте, в самом Академгородке (недаром иностранная делегация направилась именно туда). Мэрию Новосибирска в течение многих лет заваливали многочисленными предложениями о совместных пилотных проектах, которые позволили бы вывести организацию жизни в наших поселениях на новый, более высокий уровень. Предлагалось даже создать отдельный Энергопарк для продвижения таких технологий. Был, например, план реанимировать законсервированную маленькую котельную, приспособив ее для сжигания водно-угольной суспензии (чем как раз занималась одна из лабораторий ИТ СО РАН). Вот вам и альтернативный, инновационный вариант теплоснабжения.

В принципе, ничто не мешало выделить в Академгородке отдельное здание, обеспечив его более высокой теплозащитой и оборудовав современными энергосберегающими устройствами, включая и те, над которыми как раз работают  специалисты Научного центра. Благодаря такому объекту (по-настоящему современному) можно было бы рассчитать сумму реальных затрат на инновационную реконструкцию зданий, подвести необходимый баланс и на основе предварительных данных разработать соответствующую программу развития территорий Академгородка и Новосибирска в целом (в свете, еще раз подчеркну, новейших прогрессивных веяний). В принципе, каких-то астрономических сумм для такого пилотного проекта не требовалось. Но, как выяснилось, у руководителей города и области имелись несколько другие приоритеты.

Сегодня эти приоритеты отражаются реально астрономическими суммами, фигурирующими в планах по созданию «Научной Столицы Сибири». Речь, как вы поняли, идет о стратегической программе «Академгородок 2.0», взволновавшей наши ума и сердца. Кому-то может показаться, что перед нами открывается путь в будущее, где нас ждут суперсовременные поселения, состоящие из суперсовременных зданий, обеспеченных суперсовременной инфраструктурой. Однако я не спешил бы рисовать в воображении такие захватывающие картины, поскольку их несколько портит проза реальной жизни.

Константин Шабанов

Продолжение следует

Нобелевскую премию по физике в 2020 году присудили трем исследователям, один из которых доказал существование черных дыр, а еще двое нашли черную дыру в центре нашей галактики. Эти открытия породили множество вопросов о структуре подобных объектов и дали почву для дальнейших исследований.

Нобелевская премия по физике за 2020 год досталась британскому физику Роджеру Пенроузу за изучение черных дыр, немецкому астрофизику Райнхарду Генцелю и американскому астроному Андреа Гез за открытие супермассивного компактного объекта в центре нашей галактики. Имена лауреатов были объявлены на церемонии Нобелевского комитета в Стокгольме.

«В последнее время премию стали давать знаменитым людям за более-менее абстрактные вещи, — поделился с «Газетой.Ru» академик РАН, специалист в области космологии Валерий Рубаков. — В данном случае речь идет о математических теоремах сингулярности. Это теоремы в общей теории относительности. Есть теорема Хокинга – Пенроуза. Сингулярность никто не видел. Если есть черная дыра, и они глубоко по горизонту черной дыры. Это немножко отвлеченная штука. Но можно их и так понимать, что образуется черная дыра. При определенных условиях теории относительности образуются черные дыры.

Теория Пенроуза о том, что черные дыры обязательно будут существовать - это довольно математическая история».

В 1965 году Пенроузу удалось доказать, что общая теория относительности предполагает существование черных дыр. Он выяснил, что они действительно могут образовываться, и смог подробно их описать. Его открытия до сих пор считаются важнейшим вкладом в развитие теории относительности после исследований Альберта Эйнштейна.

Группы Генцеля и Гез установили, что в центре нашей галактики, Млечного Пути, находится невидимый объект массой более 4 млн солнечных масс и размером не более Солнечной системы, который заставляет множество звезд вокруг двигаться с умопомрачительной скоростью.

Дальнейшие наблюдения показали, что единственным объектом, способным на это, может быть черная дыра.

«Открытия лауреатов этого года открыли новый путь в изучении компактных и сверхмассивных объектов. Но эти экзотические объекты по-прежнему вызывают много вопросов, требующих ответов и подталкивающих к дальнейшим исследованиям. Они порождают не только вопросы о внутренней структуре объектов, но и о том, как проверить нашу теорию гравитации в экстремальных условиях в непосредственной близости от черной дыры», — говорит Дэвид Хэвиленд, председатель Нобелевского комитета, работающего над премиями по физике.

По прогнозам компании Clarivate Analytics, анализирующей цитируемость статей в научной базе данных Web of Science, Нобелевской премии по физике могли удостоиться два специалиста в области наук о материалах: Томас Кэрролл и Луис Пекора из Военно-морской исследовательской лаборатории США. Внимание аналитиков привлекли их работы по нелинейной динамике, в том числе по синхронизации хаотических систем — исследователи продемонстрировали эту возможность на примере электрических устройств.

На основе их открытия позже было предложено множество идей схем связи с помощью хаотической синхронизации.

Также премия могла достаться еще одной паре исследователей — Хунцзе Даю из Стэнфорда и Алексу Цеттлу из Калифорнийского университета. Оба они специализируются на работе с нанотрубками: первый — с углеродными, а второй впервые синтезировал их из нитрида бора. Одна из наиболее известных работ Дая — эксперимент по «разрезанию» углеродных нанотрубок на графеновые ленты.

На «Нобеля» претендовали и астрофизики — Карлос Френк из Даремского университета, Хулио Наварро из университета Виктории и Саймона Уайта из Астрофизического института Макса Планка. Они внесли вклад в изучение образования и эволюции галактик, космических структур и гало темной материи.

Сегодня разработанная ими модель пространственного распределения плотности темной материи (профиль Наварро — Френка — Уайта) остается одной из самых используемых.

В физике элементарных частиц важной задачей при создании детекторов является покрытие различных пластиковых волокон и металлических проволок (диаметрами от нескольких десятков микрон и больше) тонким слоем заданного металла. Наиболее распространенная в мире технология «гальваники» не подходит как для непроводящих волокон, так и для тонких металлических проволок из-за интенсивной эрозии, которая происходит из-за используемых химических реактивов. Технология магнетронного разряда, при которой сквозь область разряда протягивается покрываемое волокно (или проволока), позволяет обойти эти сложности. Поэтому в ИЯФ СО РАН была создана опытная установка магнетронного напыления металлических покрытий на проволоки и волокна. К настоящему моменту произведена металлизация десятков километров оптоволокна.  

Технология магнетронного распыления металлов может быть востребована при создании дрейфовой камеры детектора для электрон-позитронного коллайдера Супер С-тау фабрика – мегасайенс проекта ИЯФ СО РАН. «Для разработки и производства дрейфовой камеры, – пояснил старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат физико-математических наук Александр Попов, – очень интересны металлизированные углеродные волокна, которые сочетали бы весовые и прочностные свойства углеволокна со свойствами проводящих металлических проволок. Также в мире очень остро стоит проблема золочения тонких алюминиевых проволок для получения химической стойкости и возможности крепежа (пайки проволок)».  

С 2018 года в ИЯФ СО РАН ведется разработка матричного регистратора рентгеновского излучения с высоким разрешением, в котором для переноса светового сигнала от кристаллов сцинтилляторов до фотоприёмника используются оптические волокна, склеенные в матрицу. Увеличение контрастности регистрируемого изображения тесно связано со светоизоляцией элементов детектора. Существует несколько методов светоизоляции в подобных системах, например, использование красок или кембриков, что неприменимо в конструкции регистратора из-за сильного увеличения диаметра оптоволокна. В связи с этим, по словам аспиранта ИЯФ СО РАН Сергея Афанасенко, было принято решение наносить алюминиевое покрытие (до 50 нм) методом магнетронного распыления металлов на поверхность оптоволокна. Для этой задачи в ИЯФ СО РАН был создана опытная установка для распыления алюминия с производительностью 10 км в неделю.  

Размеры установки – 1,2 метра в длину и 1 метр в высоту, а вес составляет несколько сотен килограмм. Она состоит из цилиндрического магнетрона, системы протяжки волокон (несколько сотен метров за цикл работы), системы для получения вакуума и напуска рабочего газа.  

По словам разработчиков, тесты напылённого оптоволокна дали положительный результат, переход света был значительно подавлен, при этом светопередающие свойства волокна не нарушены.  

Разработанная в ИЯФ СО РАН станция является перспективной для применения в различных областях ядерной физики и ядерных технологий. Александр Попов также отметил, что несмотря на плюсы технологии, она требует дальнейшей отработки. Например, для тонких проволок (до 60 микрон) пока не до конца решена проблема перегрева. В случае ее решения, учёные ИЯФ СО РАН получат широкие возможности по созданию проволок и волокон с многослойными покрытиями из большого набора материалов для обеспечения требуемых свойств поверхностей.

Нобелевской премии по физиологии и медицине за 2020 год удостоились американские вирусологи Харви Олтер и Чарльз Райс и британский вирусолог Майкл Хотон за открытие вируса гепатита С. Имена лауреатов объявили на церемонии Нобелевского комитета в Стокгольме.

«Впервые в истории вирус гепатита С теперь можно вылечить. Открытия лауреатов премии в области медицины выявили причину оставшихся случаев хронического гепатита и сделали возможными проведение анализов крови и применение новых лекарств, которые спасли миллионы жизней», — рассказали представители Нобелевского комитета.

Это одно из самых больших открытий ХХ века, — поделился с «Газетой.Ru» вице-президент Общества специалистов доказательной медицины профессор Василий Власов. — Очень важно, что оно произошло относительно недавно, всего каких-то 30 с небольшим лет назад. Это открытие в перспективе двадцати лет привело к появлению лекарства, которое эффективно излечивает практически любого от этой болезни. Такого в истории человечества еще не было, и я чрезвычайно счастлив, что эти джентльмены получили Нобелевскую премию.

Это тот случай, когда хочется стоя аплодировать решению Нобелевского комитета».

Гепатит — это воспалительное заболевание печени, как правило, вирусного происхождения. К 1989 году уже было известно о вирусах гепатитов А и В, но множество случаев заражения гепатитом через кровь оставались необъясненными. Не зная, что вызывает болезнь, врачи не понимали, как с ней бороться.

При этом вирусный гепатит, передаваемый через кровь, связан со значительной заболеваемостью и смертностью и вызывает более миллиона смертей в год во всем мире, что делает его глобальной проблемой здравоохранения, сопоставимой с ВИЧ-инфекцией и туберкулезом.

В 1960-х годах был открыт вирус гепатита В, что несколько снизило число заражений при переливании крови, но их число все еще оставалось значительным. Анализы на гепатиты А и В давали отрицательный результат, и врачи не знали, что за вирус приводит к болезни.

Хотон, Олтер и Райс выяснили, что неизвестный вирус поражает также и шимпанзе. Это позволило провести серию экспериментов и выявить новую форму хронического вирусного гепатита. Болезнь получила название «ни А, ни В» гепатит. Но выделить сам вирус никак не удавалось.

Существующие методы поиска вирусов оказались бесполезны, и исследователи разработали новый. Они создали коллекцию фрагментов ДНК из нуклеиновых кислот, обнаруженных в крови инфицированных шимпанзе. Исходя из предположения, что антитела против вируса будут присутствовать в крови, взятой у пациентов с гепатитом, исследователи использовали сыворотки пациентов для идентификации клонированных фрагментов вирусной ДНК, кодирующих вирусные белки. И такой клон нашелся. Дальнейшая работа показала, что этот клон был получен из нового РНК-вируса, принадлежащего к семейству флавивирусов.

Ученые назвали его вирусом гепатита С.

Открытие вируса гепатита С стало важным достижением в борьбе с вирусными заболеваниями. Благодаря их работе теперь доступны высокочувствительные анализы крови на вирус гепатита С, что позволило практически избавиться от связанного с переливанием крови гепатита С во многих частях мира. Также удалось быстро разработать противовирусные препараты для борьбы с гепатитом С. Впервые хронический гепатит стало возможно вылечить, что вселило надежду на избавление от него в будущем полностью. Однако для этого потребуется слаженная работа органов здравоохранения по всему миру.
 

Этот текст можно рассматривать как колонку главного редактоора, поскольку он отражает его, сугубо личное, видение ситуации.

В 2019 году принят национальный проект «Наука», призванный вернуть лидерские позиции нашей страны в этой области. Только в этом году на его реализацию выделено полтриллиона рублей. Но участники процесса (как ученые, так и чиновники) признают, результаты пока не соответствуют ни заявленным целям, ни даже объему затрат.

Так куда уходят деньги и почему нет отдачи. Или есть? Разговоры на эту тему приходилось слышать не раз и сложилось свое видение. Сразу отмечу – причину «воруют» выношу за скобки. Во-первых, реальные масштабы «распилов» на освоении конкретно этих средств мне неизвестны, а высасывать из пальца не хочется. А во-вторых – есть и другие факторы, относительно которых понимания больше.

Для начала, полтриллиона рублей – это много или мало? Мировая наука, как и мировая экономика завязана на пару-тройку валют, прежде всего на доллар. Поэтому переведем в доллары по сегодняшнему курсу. 505 млрд делим на 78,44, получаем 6,44 млрд долларов. Уже поменьше, но все равно солидно.

Теперь сравниваем с бюджетами на науку у других стран. Данных по 2020 году пока нет, но есть данные по прошлому году

Внутренние затраты на исследования и разработки в России (то есть не только нацпроект, а все в совокупности) составили 40 млрд долларов (93 тысячи на исследователя), в США - 511 млрд (360 тысяч на исследователя), в Китае – 451 млрд (266 тысяч на исследователя), в Корее 79, 4 млрд, Индии - 50 млрд, Бразилии – 41 млрд, Италии – 30 млрд. Полные данные можно посмотреть по ссылке. В общем, наша страна занимает место где-то между Бразилией и Италией. Что не так плохо, кстати, как было лет двадцать назад.

Но – есть нюанс. За пару десятилетий политики «игнора» науки, которого придерживалась власть с конца 1980-х годов (кризис финансирования начался уже в последние годы существования СССР, когда государству было уже не до науки) наша инфраструктура сильно «устала», по многим направлениям исследований мы банально отстали, а ведущие ученые этих направлений переехали работать за границу. И теперь нам надо догонять. А тому, кто догоняет, надо тратить больше усилий, чем тем, за кем он гонится. Исходя из финансирования, мы можем рассчитывать на то, чтобы догнать Италию, и вероятно, Бразилию, которая в 1991 году сильно нам уступала. А вот Корея, не говоря про Китай или Германию при таких вложениях все равно останутся впереди.

Теперь пару замечаний о том, куда уходят деньги. Не надо думать, что все они тратятся на исследования. Во-первых, в эти суммы входит содержание чиновников «от науки», опять же сумму не назову, но это федеральное ведомство и его региональные аналоги, это сотни людей на зарплате, содержание зданий, оплата их командировок и прочее (мы считаем только целевые расходы без «распилов»). Во-вторых, содержание самой научной инфраструктуры. Современную науку в гараже не делают. Научные институты и вузы – это большие комплексы зданий, сооружений, полигонов и прочее. Их надо отапливать, освещать, снабжать водой, охранять от воров, мыть полы и проч. Эти статьи расходов тоже складываются в неплохие суммы. Дальше – больше. Многие объекты за десятилетия недофинансирования обветшали и требуют немалых вложений в ремонт, другие – устарели и не соответствуют требованиям современного оборудования. Вот на эти расходы, кстати, заложена заметная часть средств нацпроекта «Наука». Но надо понимать, что это лишь база для научной работы, необходимая база, но сам по себе ремонт или строительство лабораторного корпуса не приносит выдающегося научного результата. Просто без этого никак.

А еще есть такая вещь как налоги. Да, часть (и опять немалая) денег, выделенных из бюджета на науку, возвращается в бюджет в виде налогов с этих сумм, попутно обеспечивая зарплатой людей, которые по налогам отчитываются и тех, кто эти отчеты принимает и проверяет. Дело нужное, но опять же, это не наука сама по себе (хотя входит в общую сумму затрат на нее).

Ну ладно, все равно большая часть средств идет на исследования. Например, на закупку приборной базы. Ее, кстати, в стране почти не производят. Поэтому покупаем импорт. И на границе его цена возрастает почти вдвое. Почему? Правильно – пошлины. Дальше, большинству приборов нужны дорогие «расходники», которые у нас тоже обычно не делают. Снова импорт, снова пошлины. Так значительная часть оставшихся денег перетекает импортному производителю и таможенной службе РФ. Есть еще проблема. Весь этот импорт очень долго пересекает границу. Бывает, например, так: куплен дорогой расходник для биологических исследований со сроком годности в месяц. Пару дней он едет до границы, там зависает на пару месяцев из-за бюрократических проволочек и просроченный приходит по месту назначения. А деньги за него не вернуть, поскольку товар испорчен не по вине продавца. Или другой пример – группа исследователей провела работу, написана статья в высокорейтинговый западный журнал, а там (так часто бывает) говорят, статью мы опубликуем, но для этого надо провести еще вот такую серию экспериментов. Пока нашли деньги, пока купили расходники, пока те прошли таможню, другая группа ученых из ЕС успевает проделать ту же работу и опубликоваться первыми. В мировой науке сегодня темпы конкуренции очень высокие. Это все были реальные примеры.

И наконец, еще одна причина. На мой взгляд самая важная. У нас сейчас фактически нет связующего звена между наукой и промышленностью. Наука производит новые знания, которые публикуются в научных журналах. Их читают и оценивают только специалисты. А общество оценивает работу науки по рыночным продуктам – гаджетам, лекарствам, материалам и т.п. Их производит промышленность.

Но предприятию для новой линии не нужно открытие, ему нужна технология, расписанный протокол производственного процесса. Потому что сделать штучный объект в лаборатории и произвести их тиражирование в масштабах хотя бы тысяч штук – принципиально разные вещи. В СССР эту работу делали в отраслевых НИИ, и в 1990е годы несколько тысяч таких организаций закрылось. А в нашем веке открылось несколько десятков. Чувствуете разницу? Вот она и дает разрыв между наукой и производством.

Поэтому значительная часть того, что создается в наших лабораториях просто остается невостребованным в наших производствах. А часто – в силу условий патента или финансирования исследований – недоступным и для не наших производств. Но те сильно не переживают, у них есть свои разработчики. А мы покупаем созданные ими импортные продукты. Вот еще один пример. Создали в одном из институтов препарат для лечения рака молочной железы. Применяется в комплексе с традиционной «химией», но в разы снижает побочные явления от самой «химии» и вероятность рецедива. Препарат успешно прошел вторую стадию клинических испытаний (это когда уже не здоровым добровольцам, а реальным пациентам дают), разработчик получила премию от органов власти. И все. На третью стадию (завершающую) и лицензирование – финансирования по гранту от государственного фонда не хватало, другие источники не нашлись (частникам хотелось бы права, но они уже были запатентованы). И вот уже лет пять-шесть ситуация не меняется. И таких примеров множество.

А в совокупности и получатся моя версия ответа на вопрос – почему полтриллиона на нацпроект «Наука» есть, а выдающихся результатов нет.

Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН вошел в число победителей конкурса грантов на проведение крупных научных проектов по приоритетным направлениям научно-технологического развития РФ. В рамках программы исследователи будут заниматься определением фундаментальных физических закономерностей систем квантовых полупроводниковых материалов.

Возможности современной кремниевой технологии по уменьшению размеров элементной базы электроники фактически достигли своего предела. Ее основные элементы, транзисторы, такие маленькие (единицы нанометров), что трудно сделать их еще меньше. Более того, взаимодействуя друг с другом, они нагреваются и выходят из строя. Для нас как для пользователей важно, чтобы электронные устройства работали надежно и быстро, не нагревались, потребляли мало электроэнергии, а также обладали большим объемом памяти. В процессе достижения этих целей возникают трудности, которые напрямую связаны с материалом, из которого сделана вся электроника.

«На сегодняшний день кремний — это база современной техники: большая часть всей электроники изготавливается из него. Современные кремниевые электронные устройства содержат, кроме кремния, и другие материалы — небольшие включения арсенида галлия, диоксида гафния, кремний-германиевые сплавы. Однако уже сейчас нужно задумываться, каков будет следующий шаг? А это — поиск новых возможностей и материалов, способных прийти на замену кремнию», — говорит заместитель директора по научной работе ИФП СО РАН доктор физико-математических наук Александр Германович Милёхин.

Проект «Квантовые структуры для посткремниевой электроники» направлен на поиск возможности замены кремния на другие материалы, более эффективные, нежели он, которые способствовали бы решению задач наноэлектроники. Создание основ новых технологий, установление фундаментальных физических закономерностей квантовых полупроводников материалов, исследование гетеросистем (систем из различных компонентов) — его основные цели. Руководит работой директор ИФП СО РАН академик Александр Васильевич Латышев.​

В исследование квантовых структур вовлечены пять организаций: Институт физики металлов им. М. Н. Михеева Уральского отделения РАН (Екатеринбург), Институт физики микроструктур РАН (Нижний Новгород), Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН (головное учреждение), Санкт-Петербургский и Новосибирский государственные университеты. Всего задействованы 62 научных сотрудника.

«По условиям проекта среди исследователей как минимум 35 % должны быть не старше 39 лет. К примеру, в ИФП СО РАН среди 25 участников 10 человек — молодые ученые», — поясняет Александр Милёхин.

Исследования предполагают несколько направлений. Одно из них — это работа с квантовыми структурами на основе соединений кадмий — ртуть — теллур. К примеру, его можно использовать в разработке различных оптико-электронных приборов. В частности, на основе этого вещества физики из ИФМ РАН (Нижний Новгород) создают светоизлучающие устройства — лазеры, работающие в терагерцовом диапазоне. Его особенность в том, что терагерцовое излучение просвечивает многие материалы, не ионизируя и не разрушая их, и может быть применимо в диагностической медицине или системах безопасности.

«Наш институт — единственный в стране, обладающий мощной технологической базой по производству высококачественных эпитаксиальных структур на основе кадмия, ртути и теллура. Используя эту базу, мы уже много лет производим матричные фотоприемники. В рамках этого направления проекта необходимо добиться повышения их чувствительности и, соответственно, уменьшить размеры, стоимость, энергопотребление, что достаточно непростая задача», — говорит Александр Милёхин.

Другое направление связано с созданием технологий разработки однофотонных фотодиодов на основе квантовых гетероструктур, которые бы применялись в оптоволоконных линиях связи. Еще один вектор исследований направлен на изучение и разработку физических принципов технологий создания посткремниевых материалов, включая полупроводниковые и плазмонные метаматериалы, для нанофотоники, плазмоники и наносенсорики. Для того чтобы понять, какие физические решения, конструкции потребуются для создания полупроводниковых приборов, ученые исследуют материал А3Б5 на основе индия, мышьяка, галлия и других элементов. Также ученые будут заниматься исследованиями полупроводниковых квантовых точек (нанокристаллов) и дефектов в алмазе. Такие материалы перспективны для создания кубитов ― элементов квантового компьютера.

Квантовые структуры для посткремниевой электроники — фундаментальный проект, то есть в итоге ожидается решение определенных научных задач, напрямую не связанных с созданием устройств, например объяснение энергетического спектра нового материала, установление физических свойств материала и так далее. Такие исследования нужно рассматривать как необходимый этап в развитии современных технологий для повышения быстродействия компьютеров, увеличения производительности электронных устройств, расширения их функционала, снижения энергопотребления.

Грант рассчитан на три года.

«Здорово, что институт смог выиграть этот конкурс и был высоко оценен экспертами комиссии. Мы понимаем, что сейчас на нас возлагается большая ответственность», — говорит Александр Милёхин.

 
Анастасия Федотова

Ученые ФИЦ ИЦиГ СО РАН и НГУ выявили два фрагмента некодирующей ДНК, ответственных за реакцию на появление гормона ауксина в клетках и тканях. Коллеги российских исследователей из Голландии и Испании экспериментально подтвердили, что эти участки ДНК действительно играют важную роль в регуляции ответа на главный растительный гормон. Например, блокирование лишь одного из фрагментов приводит к ослаблению растения. Также зарубежным ученым удалось обосновать и прогноз новосибирцев о том, что одна из найденных последовательностей отвечает не только за активацию работы ауксин-чувствительных генов, но и, в некоторых случаях, за подавление. Результаты совместной работы опубликованы в PNAS.

Гормон ауксин управляет протеканием практически всех процессов у растения с помощью специальных белков ответа на ауксин. Однако до сих пор неизвестны подробности того, по какому принципу белки «выбирают» те или иные гены, чтобы запустить их работу. Международной группе ученых удалось закрыть часть белых пятен благодаря инициативе новосибирских биоинформатиков, которые специализируются на анализе полногеномных, а именно — транскриптомных данных. Последние дают сведения о том, какие гены активны в клетках или тканях.

 «Мы начали этот проект давно, более семи лет назад. Мне было интересно понять, как ауксин — очень простое химическое соединение, регулирует почти каждое “движение” растения. Сделав распознавание данных, находящихся в открытом доступе, мы буквально “на кончике пера” открыли один из механизмов регуляции, обнаружив два элемента, которые очень часто встречаются в ауксин-чувствительных генах. Наши зарубежные коллеги подтвердили, что найденные последовательности играют значимую роль в регуляции ответа на гормон. Экспериментаторы генно-инженерным способом вводили мутации в ДНК, получали трансгенные растения, и выяснили, что если у них “выключить” даже одну из последовательностей, то меняется облик растения. В частности, у корня остается один сосудистый пучок вместо двух — организм ослабевает», — говорит старший научный сотрудник лаборатории компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики ФЕН НГУ, ведущий научный сотрудник ФИЦ ИЦиГ СО РАН кандидат биологических наук Виктория Владимировна Миронова, руководившая работой новосибирской научной группы.

 Обнаруженные последовательности отвечают за присоединение специальных белков, реагирующих на гормон и запускающих транскрипцию — считывание генетической информации. Ученые ФИЦ ИЦиГ СО РАН и НГУ предсказали, что одна из последовательностей, состоящая из нуклеотидов TGTCGG гораздо более «привлекательна» для белков раннего ауксинового ответа, чем известная ранее и считавшаяся канонической последовательность TGTCTC.

Специалисты университета Вагенингена (Голландия) и Центра синхротронного излучения Альба (Испания) реконструировали кристаллографическую структуру ДНК. В результате исследователи увидели, что белки ауксинового ответа образуют дополнительную водородную связь с последовательностью TGTCGG и поэтому «предпочитают» взаимодействовать именно с этим фрагментом ДНК.

«Детализировав кристаллическую структуру с использованием синхротронного излучения, наши коллеги физически обосновали то, что мы обнаружили биоинформатическими методами», — подчеркивает Виктория Миронова.

Весной 2020 года новосибирские исследователи обработали массивы данных RNA-seq. Это наиболее современный метод изучения экспрессии генов. На предыдущих этапах работа велась с датасетами, произведёнными менее точным и чувствительным методом микрочипирования. Новые сведения позволили, во-первых, подтвердить правильность первоначальных выводов, а во-вторых, обнаружить связь одной из последовательностей не только с увеличением экспрессии гена в ответ на ауксин, а еще и со слабым ее подавлением.

«Моя задача состояла в сборе и обработке преимущественно RNA-seq данных, полученных при обработке растений ауксином. Причем нужно было выбрать те, для которых время обработки было от одного до шести часов,  так как нам требовалось проверить регуляцию раннего ответа на гормон. Мне предстояло определить парные последовательности, наиболее часто встречающиеся в промоторах — областях генов, которые отвечают за старт считывания генетической информации. Такие участки ДНК действительно обнаружились, и у одного из них мы нашли связь не только с активацией транскрипции, но и с ее подавлением», — объясняет соавтор статьи, аспирантка ФИЦ ИЦиГ СО РАН Яна Геннадьевна Сизенцова.

Яна Сизенцова, выпускница факультета естественных наук НГУ 2017 года проводит анализ данных, используя язык программирования R: сначала обрабатывает «сырые» данные — выравнивает их, затем сравнивает средние значения, выявляет статистически значимые, проводит коррекцию на множественное тестирование, объединяя несколько наборов данных. Последнее помогает избежать так называемой ошибки первого рода, когда различия между средними значениями ошибочно считаются значимыми.

«Я очень хотела заниматься биофинформатикой, поэтому в 2018 году пришла в группу Виктории Мироновой. Ранее я работала в лаборатории иммуногенетики Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН, одно из научных направлений подразделения — разработка готовых противоопухолевых агентов, в частности CAR-T клеток. Тематики предыдущей и текущей моей научной деятельности, конечно, сильно отличаются, но я считаю, что человек должен быть готов осваивать любые методы. Кроме того, когда исследователь владеет биоинформатическими технологиями, методами статистики, то он может провести систематический, прицельный поиск ключевого объекта. Это на порядки более результативное прогнозирование, чем, если использовать, например, лишь литературные данные», — добавляет Яна Сизенцова.

По мнению Виктории Мироновой, найденные закономерности можно в перспективе применять для управления приспособляемостью растения к внешним факторам. Причем, не привнося в растение чужеродных фрагментов ДНК, а лишь блокируя какие-либо участки в некодирующей части ДНК, которая еще совсем недавно считалась «мусорной». Такая методика принципиально отличается от разработки трансгенных растений, когда в ДНК вводится ген растения другого вида.

Исследования выполнялись при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований: гранты №18-04-01130 и №18-29-13040, бюджетного проекта № 0324-2019-0040-C-01.

Лаборатория компьютерной транскриптомики и эволюционной бифоинформатики ФЕН НГУ,

Сектор системной биологии морфогенеза растений ФИЦ ИЦиГ СО РАН