40 лет назад считалось, что до полной победы над туберкулезом осталось совсем немного. Масштабная вакцинация и широкое применение таких эффективных антибиотиков, как изониазид и рифампицин, вселяли надежду, что болезнь почти побеждена. Однако уже в начале 1990-х появились штаммы туберкулеза, устойчивые к имеющимся лекарствам, и эта болезнь снова стала глобальной угрозой. Сегодня она, согласно докладу ВОЗ за 2018 год, в списке десяти главных причин смерти людей в мире.

В зоне высокого риска

Если же проанализировать статистику по смертности от одного определенного возбудителя инфекции, то туберкулез и вовсе лидер. Он уносит больше жизней, чем ВИЧ. В 2017 году он него умерли 1,3 млн человек, тогда как от ВИЧ — 300 тыс.

Согласно данным ВОЗ, около 10 млн людей в 2017 году поставили диагноз "туберкулез". И эти цифры могут вырасти, ведь, согласно оценкам ВОЗ, около 1,7 млрд человек или 23% населения планеты живут с латентной туберкулезной инфекцией. А значит, почти у каждого четвертого человека в определенный момент может развиться активная форма заболевания.

"В зоне высокого риска Россия, Индия и Китай. В 2018 году именно в этих странах была зарегистрирована почти половина случаев первичного заражения штаммами туберкулеза, устойчивыми к уже упомянутым изониазиду и рифампицину. Лекарственно резистентный туберкулез отличается быстрым прогрессом и тяжелым течением болезни, часто приводит к патологическим процессам, поэтому ВОЗ уделяет особое внимание его распространению. А в Сибири и на Дальнем Востоке ситуация хуже, чем в остальных регионах России. И заболеваемость туберкулезом, и распространенность резистентных форм здесь в два раза выше, чем в среднем по стране", — поясняет Елена Уфимцева, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории медицинской биотехнологии НИИ биохимии Федерального исследовательского центра фундаментальной и трансляционной медицины (ФИЦ ФТМ).

Угроза настолько серьезна, что ее нельзя игнорировать. Выступая в ноябре 2017 года на Первой глобальной министерской конференции ВОЗ "Ликвидировать туберкулез", президент России призвал делегатов объединить усилия и вместе разработать эффективные средства диагностики и лечения.

Результаты совместной работы сотрудников НИИ биохимии ФИЦ ФТМ в Новосибирске и Уральского НИИ фтизиопульмонологии уже доказали, что этот подход плодотворен. Впервые получив живые клетки с возбудителями туберкулеза из тканей легкого человека, они разработали методики, которые перевернули традиционные представления о диагностике и лечении смертельно опасной болезни.

Пленных — брать

Чтобы понять, как работают новые методики, нужно разобраться в механизме возникновения заболевания. Туберкулез вызывает патогенная микобактерия Mycobacterium tuberculosis, которую далекие от медицины люди знают под названием "палочка Коха". В организм человека она попадет воздушно-капельным путем.

В легких человека ее встречают особые клетки — альвеолярные макрофаги, чья главная задача — защищать органы дыхания от микробов и всех других чужеродных агентов, способных нанести им вред. Это первый защитный барьер на пути любой инфекции. Однако палочки Коха макрофагам удается победить далеко не всегда.

"Заболеет человек туберкулезом или нет, зависит от того, справятся ли макрофаги в его легких с возбудителями туберкулеза. Каждый раз ход дальнейшего развития инфекции зависит именно от этого. Если макрофаги сумеют захватить и уничтожить микобактерии, человеку ничто не угрожает. Однако в процессе долгой эволюции, которую возбудители туберкулеза прошли вместе с человеком, они выработали механизмы, помогающие им подавлять бактерицидную функцию макрофагов", — поясняет Наталья Еремеева, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Уральского НИИ фтизиопульмонологии Минздрава РФ.

Если инфекция преодолеет первый защитный барьер, микобактерии проникают внутрь макрофагов и колонизируют их. При этом палочки Коха могут годами и даже десятилетиями жить внутри клеток-хозяев и не размножаться.

Это и есть латентная туберкулезная инфекция, которая, по оценкам ВОЗ, есть у четверти населения земного шара. А потом микобактерии могут внезапно активизироваться, и человек заболевает. Поэтому так важно оценить содержание палочки Коха в макрофагах и их функциональное состояние в легких конкретного человека.

"К сожалению, пока об этом известно мало. Исследования взаимоотношений микобактерий туберкулеза с клетками-хозяевами проводятся в основном при инфицировании лабораторными штаммами микобактерий клеток постоянных, то есть трансформированных раковых, клеточных линий, или клеток, полученных из организмов мыши и человека, — как правило, из крови. Однако понятно, что нельзя считать полученные данные реальной картиной патогенеза туберкулезной инфекции в легких того или иного человека. Необходимы новые подходы к изучению механизма заболевания", — убеждена Елена Уфимцева.

Захватить врага живьем

В клинике Уральского НИИ фтизиопульмонологии каждый день проводят несколько операций по удалению у больных туберкулезом фрагментов легких, наиболее пораженных инфекцией. Елена Уфимцева предложила использовать часть удаленных тканей для выделения альвеолярных макрофагов, зараженных возбудителями заболевания. Технологию получения и культивирования живых инфицированных клеток из воспалительных образований Уфимцева уже отработала в НИИ биохимии на лабораторных мышах.

Однако развитие инфекционного процесса при туберкулезе легких у человека и мыши существенно отличается. Поэтому Уфимцева и Еремеева разработали новую методику, позволившую впервые выделить живые мишени инфекции — макрофаги, пораженные микобактериями, из легких пациентов, которых пришлось прооперировать, поскольку лекарственная терапия не дала результатов.

"Мы начали совместную работу в августе 2014 года, а в июле 2016 года получили первый патент Российской Федерации на изобретение "Способ получения ex vivo культур альвеолярных макрофагов из операционного материала больных туберкулезом легких и способ оценки вирулентности (вирулентность — способность заражать организм человека — прим. ТАСС) Mycobacterium tuberculosis с использованием полученных ex vivo культур альвеолярных макрофагов", — рассказывает Елена Уфимцева.

Если не вдаваться в детали, запатентованная технология выглядит так: когда в операционной удаляют фрагменты легких, пораженных туберкулезом, часть тканей тут же направляется в микробиологическую лабораторию. Там их обрабатывают в стерильных условиях, выделяя иммунные клетки, которые помещают в лунки планшета с питательной средой. 

"Менее чем за сутки макрофаги прикрепляются ко дну лунки, образуя одинарный слой клеток, — продолжает рассказ Елена Уфимцева. — Через 16–18 часов, когда прооперированный пациент еще лежит в реанимации, мы уже получаем клеточные культуры, которые можно исследовать под микроскопом. Мы имеем возможность оценить, в какой степени макрофаги инфицированы микобактериями, каково функциональное состояние возбудителя заболевания и самих клеток-хозяев, а также насколько вирулентны бактерии в легких пациента, больного туберкулезом, на момент проведения операции".

Чем более вирулентны микобактерии, тем опаснее они не только для самого больного, но и для окружающих. "Оценка вирулентности важна не только для продолжения лечения пациента, но и для врачей. Они должны знать, какие пациенты инфицированы высоковирулентыми микобактериями, чтобы не заразиться самим, предотвратить распространение возбудителя болезни и не допустить эпидемии", — подчеркивает Елена Уфимцева.

Игра на опережение

Ни один из методов диагностики, использующихся сейчас в клинических лабораториях противотуберкулезной системы Минздрава РФ, не способен дать подобные результаты за столь короткий срок. Согласно принятой медицинской практике, после плановых операций часть удаленных у пациента тканей направляется для проведения анализов — гистологического, бактериологического и ПЦР.

Их задача — оценить, есть ли в тканях ДНК микобактерий и произошли ли в них мутации, вызывающие устойчивость к противотуберкулезным препаратам. А чтобы определить вирулентность возбудителя туберкулеза, патогенами, полученными из организма больного, заражают морских свинок.

"Многие из этих методов очень трудоемки, а главное, результата обычно приходится ждать очень долго — от одного до трех месяцев, — говорит Елена Уфимцева. — А разработанная нами методика позволяет оценить зараженность микобактериями в первый же день после операции".

В клинике Уральского НИИ фтизиопульмонологии также проводятся все анализы, предусмотренные протоколом, утвержденным Минздравом РФ. Елена Уфимцева и Наталья Еремеева уже исследовали ткани из легких 30 пациентов. Одновременно проводились стандартные исследования этих же фрагментов. И каждый раз авторы новой методики получали результаты намного быстрее, чем позволяют обычные методы.

Новая методика превосходит традиционные методы не только по скорости, но и по результативности. У одного из прооперированных пациентов исследовали на микобактерии ткани легкого, удаленные от основных очагов туберкулезной инфекции — каверн и туберкулем.

Гистологический анализ, на который ушла неделя, вообще не выявил микобактерий в макрофагах в этих участках. Бактериологический анализ через два месяца показал, что возбудитель заболевания не растет и не образует колонии в лабораторных условиях.

А исследовательницы из Сибири и Урала всего за 18 часов определили, что в этих тканях легкого заражены более 3% клеток-защитников и почти в половине этих клеток микобактерии уже образовали колонии. Были и другие случаи, когда методика Еремеевой-Уфимцевой позволяла найти пораженные клетки там, где их не находили традиционные исследования. 

"Так мы убедились: методы, использующиеся сейчас в клинических лабораториях, не позволяют точно оценить ни зараженность клеток легких возбудителем заболевания, ни функциональное состояние микобактерий и самих клеток-хозяев в прооперированных легких пациентов," — резюмирует Елена Уфимцева.

Убить, но не навредить

Скорость и результативность — далеко не основные преимущества новой методики. Ее главное достоинство в том, что она позволяет получить из легких пациентов, больных туберкулезом, живые клетки, инфицированные микобактериями.

Взаимодействие возбудителя заболевания и клетки-хозяина исследуют в искусственной среде в сроки, наиболее приближенные к их нахождению в организме больного. Поэтому результаты изучения поведения клеток-защитников и заражающих их микобактерий настолько же достоверны, как если бы они продолжали оставаться в легких пациентов.

"А значит, можно провести персонифицированную оценку ситуации, что не позволяет сделать ни один из использующихся сейчас методов диагностики, — поясняет Наталья Еремеева. — Если через два-три дня культивирования вне организма пациента количество микобактерий внутри макрофагов начинает увеличиваться, можно сделать вывод: туберкулезный процесс может прогрессировать".
Когда проведенное ранее лечение не помогло уничтожить возбудителя заболевания, крайне необходимо корректировать лекарственную терапию. Ведь, если не подобрать эффективный препарат, риск рецидива после операции резко повысится.

"Внутри макрофагов бактерии надежно защищены от внешнего воздействия, поэтому далеко не каждый антибиотик способен их уничтожить. А теперь мы имеем возможность прямо в лаборатории протестировать различные препараты и оценить, способны ли они справиться именно с теми штаммами микобактерий, которые стали причиной туберкулеза у прооперированного пациента", — подчеркивает Наталья Еремеева.

"Методы тестирования противотуберкулезных препаратов, которые используются обычно, занимают много месяцев. Но главное, чтобы их провести, нужно обязательно получить чистые изоляты микобактерий из тканей легких пациентов в лабораторных условиях. Однако существует так называемый "феномен некультурабельности микобактерий туберкулеза": изоляты удается получить лишь из легких единичных пациентов. Поэтому традиционные методы применимы только для ограниченного круга больных. В нашей методике подобных ограничений нет", — добавляет Елена Уфимцева.

Найти подходящий именно для данного больного антибиотик — половина дела. Не менее важно подобрать дозу, которая сможет уничтожить палочки Коха, но при этом нанесет минимум вреда ослабленному после операции организму пациента.

Новая технология позволяет за пару дней сделать и это — найти оптимальное соотношение эффективности противотуберкулезного препарата и его токсичности. Авторы методики уже получили патент РФ на изобретение "Способ оценки антимикобактериального действия противотуберкулезных препаратов с использованием биологического материала пациентов, больных туберкулезом легких".

Методики есть, а политической воли нет

Разрабатывая описанную выше методику, Елена Уфимцева и Надежда Еремеева сделали еще одно открытие.

"Исследуя ткани из легких различных пациентов, мы обнаружили, что микобактерии внутри макрофагов периодически образуют так называемые корды: выстраиваются вдоль своих длинных осей, заплетаясь в косы, — поясняет Елена Уфимцева. — Мы первыми в мире обнаружили корд-колонии микобактерий в альвеолярных макрофагах из легких пациентов, больных туберкулезом. Раньше такой рост в кордах иногда фиксировали, но лишь в лабораторных условиях при размножении штаммов микобактерий на плотных питательных средах. Феномен объясняли повышенной вирулентностью патогена. Мы связали появление корд-колоний в макрофагах с повышенной вирулентностью микобактерий, инфицирующих легкие больного туберкулезом".

Новая методика позволяет обнаружить корд-колонии тоже всего за 16–18 часов. Сразу же можно сделать вывод: микобактерии в легких больного отличаются повышенной вирулентностью. А как уже говорилось, чем раньше удастся это установить, тем легче предотвратить распространение возбудителя туберкулеза и избежать эпидемии.

"Потому так важно, что мы можем выявить корды уже на следующий день после операции. Напомню, что для анализа вирулентности на морских свинках понадобится три месяца", — подчеркивает Елена Уфимцева.

Корды из палочек Коха — это аналог бактериальных биопленок, которые наиболее устойчивы к действию антибиотиков. Даже если использовать повышенную концентрацию препарата, справиться с бактериями в таких случаях крайне сложно. Поэтому, если вовремя обнаружить корд-колонии, это позволит разработать индивидуальную стратегию лечения пациента после операции. А не допустить обострения и рецидива болезни поможет еще одна разработка сибирских и уральских исследователей.

"Проанализировав поведение микобактерий в исследованных нами тканях легких, мы разработали способ оценки рисков реактивации туберкулезного процесса после операции на легких. Мы уже получили патент на изобретение "Способ определения способности микобактерий туберкулеза к размножению в альвеолярных макрофагах пациентов, прошедших курс противотуберкулезной терапии", — рассказывает Елена Уфимцева.

Авторы инновационных разработок убеждены, что их можно быстро внедрить в медицинскую практику клиник, в которых проводят операции по удалению из легких пациентов тканей с очагами туберкулезной инфекции.

"Еще раз подчеркну, что наши методики просты в исполнении, информативны, наглядны и всего за пару дней позволяют получить результаты, которых не дают стандартные методы, которые сейчас используются в российских клиниках и финансируются государством. Необходимое оборудование для культивирования клеток, световые и флуоресцентные микроскопы во многих клинических лабораториях уже есть. А расходные материалы для выделения клеток из тканей легких стоят копейки. Даже если учитывать, что в России в год проводится примерно 10 тысяч операций по удалению пораженных туберкулезом тканей легких пациентов, сумма все равно получится не слишком большой", — говорит Уфимцева. 

Что касается ближайших планов, то научные исследования по своей тематике ученые будут продолжать. "В этой работе неоценимую помощь нам оказывает Центр коллективного пользования по анализу микроскопических объектов Института цитологии и генетики, которым руководит Сергей Байбородин. Однако считаю, что необходимо начать целенаправленно заниматься внедрением наших методик в практику", — убеждена Елена Уфимцева.

Полина Виноградова

Мы гораздо больше знаем о том, что находится в космосе, чем о том, что расположено в нескольких километрах под поверхностью Земли. Это справедливо и в отношении глубин Мирового океана. В его водах масса загадок еще ждет своего часа. Теме исследования океанских глубин была посвящено выступление сотрудников Института океанологии РАН в Информационном центре Минатома в Новосибирске.

В первой части заведующий лабораторией донной фауны, д.б.н. Андрей Гебрук рассказал об удивительных системах, открытых менее полувека назад, но уже ставших важным объектом изучения для океанологов всего мира. И не только – океанлогов.

В 1977 году группа ученых работала в экспедиции на Галапагосском рифте (океанском разломе в 400 километрах от одноименных островов). Они проводили траление на глубине 2-3 километров, а затем изучали попавшиеся глубоководные формы жизни. По началу улов был небогат, что, в принципе, было ожидаемо. Но очередной трал принес неожиданно богатую добычу: множество желтых медуз, моллюсков в толстостенных раковинах, креветок и рыб нескольких видов. Откуда такое «бурление» жизни на глубине 2400 метров, в довольно холодной воде, без света и под огромным давлением? Что еще интереснее, планктона, которым могли бы кормиться пойманные обитатели океана, в трале практически не было. И в качестве «вишенки на торте», вместе с животными, известными науке, в нем оказались доселе невиданные – метровые белые трубки, из которых торчали красные щупальца. Эти существа назвали вестиментиферами.

Для того чтобы разобраться, что же там такое творится на глубине, в том же году была организована новая экспедиция, уже с глубоководным батискафом «Элвин». Именно ее участники – биологи и геологи – открыли необычное природное явление: на дне рифта было несколько конусовидных образований из которых поднимался… черный дым.

Ученые довольно быстро разобрались, что это вовсе не дым, а фонтаны горячей воды (градусов 300-400), насыщенной половиной таблицы Менделеева (в основном сульфидами металлов). Но за ними так и закрепилось название «черные курильщики». Спустя несколько лет были найдены похожие образования, которые выделяли горячую воду (температурой около 100 градусов), не насыщенную минералами и потому – белого цвета. Как вы, наверное, догадались, их назвали «белыми курильщиками».

Что же это такое, откуда и зачем взялось и почему вызывает интерес ученых? Давайте разбираться, тем более, за прошедшие десятилетия о них удалось узнать немало.

Во-первых, они не уникальные – черные и белые «курильщики» к нашим дням найдены во всех океанах, главным образом, на стыках тектонических плит. Больше того, недавно их обнаружили на дне Байкала (который также расположен на стыке двух расходящихся плит). Правда, фактически, увидеть их не удалось даже с помощью батискафа, поскольку дно глубочайшего озера покрыто многокилометровым слоем донных отложений, а курильщики расположены под ней. Зато в районе Камчатки их можно наблюдать вообще без батискафа, там несколько «курильщиков» расположено в прибрежной зоне, на глубине около метра. Правда, они маленькие – несколько десятков сантиметров высотой. А вот в Калифорнийском заливе в 1986 году экспедиция советских и мексиканских геологов на судне «Академик Мстислав Келдыш» открыла несколько гигантских «курильщиков» - самый высокий достигал 55 метров, а «дым» над ним поднимался еще на 200 метров.

Так что же такое «курильщик». Это гидротермальный источник, по своему строению ближе всего к гейзерам. На дне океана, вода сквозь трещины проникает довольно глубоко под землю. А в местах стыка тектонических плит раскаленная порода литосферы подходит довольно близко к поверхности дна. Вода, соединяясь с ней разогревается до тех самых 300-400 градусов и обогащается химическими элементами, содержащимися в литосфере. А затем, через другие трещины разогретая смесь прокладывает себе дорогу наверх. Так на дне начинает бить «гейзер». Поскольку происходит это обычно на глубине, где температура окружающей воды довольно низкая, то и фонтан с каждым метром вверх остывает (оставаясь горячим в месте выхода на поверхность), твёрдые частицы оседают и формируют вокруг водяных фонтанов конические трубы. Так формируется «черный курильщик». В случае с «белыми курильщиками» - схема похожая, но в создании конуса участвует большей частью донные отложения.

Понятно, почему «курильщиками» интересуются геологи. В частности, они изучают процессы нефтеобразования, которые протекают в некоторых из них. Но не меньший интерес к ним проявляют биологи.

Помните, с чего мы начали? Трал с глубины принес неожиданно богатый улов. Оказалось, что в окрестностях фонтана глубоководного кипятка бурно развивается жизнь, причем, достаточно специфическая. Активно изучать ее начали в конце прошлого века, после создания специальных глубоководных управляемых аппаратов. Миниатюрные подводные лодки позволили исследователям погружаться на глубины в несколько тысяч метров, своими глазами видеть дно и собирать образцы грунта с помощью механических манипуляторов.

Фауна «курильщиков» - это отдельный замкнутый мир, который приспособился жить не просто на глубине (без света и под огромным давлением), но еще и рядом с постоянно работающим гейзером, насыщающим воду вокруг себя ядовитыми химическими соединениями.

Настоящие мастера адаптации. Кстати, в последнее время эти механизмы адаптации заинтересовали исследователей, чьи научные интересы очень далеки от дна океанов. А именно – специалистов по Венере. Исходя из имеющихся сегодня данных, ученые склонны считать, что верхнюю часть атмосферы Венеры составляют плотные облака с высоким содержанием водяного пара и серной кислоты. Считалось, что жизнь в таких условиях невозможна. Но условия обитания в непосредственной близости от «черного курильщика» в чем-то похожи на венерианские. И если некоторые организмы смогли к ним адаптироваться, да еще и успешно размножаться, то, может быть, и венерианская атмосфера не так стерильна, как казалось ранее.

Как и везде самые многочисленные обитатели здешних мест – бактерии и другие микроорганизмы. Ареал их обитания подходит к вершине «курильщика» наиболее близко: там, где стенки трубы имеют толщину 4–6 см, а температура окружающей среды (назвать водой эту смесь язык не поворачивается) равна 100–120 градусам. Эти бактерии сплетаются в единую массу, которую называют – маты, размерами до нескольких квадратных метров.

Ниже, где температура опускается до 50 – 60 градусов располагаются организмы посложнее – помпейские черви. Так их назвали по аналогии с жителями Помпеи, которые жили у подножия вулкана. Сначала их можно было только наблюдать, причем издалека, поскольку при попытке извлечь червяка в более удобные для человека условия, он погибал. Но недавно, используя технику, которая поддерживала необходимое давление среды, учёным из Университета Пьера и Марии Кюри (Франция) удалось поднять червей живыми и здоровыми и доставить их в лабораторию. Тело червя находится в трубке и имеет длину около 12 сантиметров. Они окрашены в ярко-красный цвет, что обусловлено чрезмерно высоким содержанием гемоглобина в их крови. Помимо термоустойчивости, червь еще неплохо справляется с ядовитым содержанием выбросов «курильщика», благодаря живущим в симбиозе с ним сероводород-окисляющим нитчатым бактериям, которые густо покрывают всю его спину. Червь обеспечивает им регулярное омовение водой, а их органические выделения являются для него основным источником пищи.

Долгое время считали, что помпейские черви единственные существа на планете, кроме бактерий, которые могут постоянно жить при таких высоких температурах. Но затем выяснилось, что между ними ползают мелкие кольчатые черви, заселяющие пустые трубки погибших «помпейцев».

Чем дальше от жерла «курильщика», тем богаче становится биосфера. Там, где температура опускается ниже 40 градусов, видны сплетения белых трубок гигантских (до 2,5 м) червей с ярко-алыми щупальцами. Это вестиментиферы, о которых говорилось выше, тоже, по сути, эндемики здешней фауны. Далее пространство вокруг трубы курильщика на несколько десятков метров заселено огромными двустворчатыми моллюсками длиной 30–40 сантиметров. Между ними и в зарослях трубок ползают тысячи белых крабов и слепых раков, миллионы креветок и т. д. Всего на сегодня открыто около 500 различных видов животных, и для 80 % из них нет аналогов на поверхности океана. При этом большинство из них толком не изучено. Так что работы хватит не на одну диссертацию.

А ведь есть еще и загадки, к ответам на которые человек пока даже близко не подобрался. О некоторых из них шла речь во второй части лекции, прочитанной к.б.н. Дмитрием Астаховым (лаборатория океанической ихтиофауны), но о них – в следующий раз.

Сергей Исаев

С 10 по 13 сентября 2019 года в Институте космических и информационных технологий Сибирского федерального университета прошла VI Международная научная конференция «Региональные проблемы дистанционного зондирования Земли». В рамках конференции ведущие учёные со всего мира обсудили проблемы построения и развития региональных систем дистанционного зондирования Земли из космоса и их роли в решении социально-экономических задач регионов.

«Масштабная конференция по дистанционному зондированию Земли, открывающая учебный год, уже стала знаковым событием и точкой сбора ведущих специалистов отрасли, где эксперты обмениваются опытом, дискутируют и представляют новейшие исследования в одной из самых актуальных отраслей науки нашего времени», — отметил и. о. директора ИКИТ Алексей Кытманов.

В рамках конференции более сотни специалистов из Армении, Казахстана, Киргизии, Испании и России обсудили современные и перспективные системы регионального дистанционного зондирования, мониторинг окружающей среды, природных и антропогенных объектов и явлений, модели и методы обработки данных дистанционного зондирования, а также представили новейшие разработки в отрасли.

Так, группа учёных из Университета Гранады (Испания) представила две разработки компании Garnata Drone по дистанционному зондированию для улучшения сельскохозяйственных показателей в сложных климатических условиях и алгоритм изменения экологической ситуации в городской среде с помощью регулирования посадки зелёных насаждений.

«Первое исследование проводилось на юге Испании, где преимущественно жаркий и засушливый климат, соответственно большинство культур выращивается в теплицах, где особенно важны такие факторы, как водный баланс растений, плотность посадки и использование удобрений, — рассказал научный сотрудник Университета Гранады Альваро Ногес Паленсуэла. — Особенностью нашего метода является съёмка через пластик далее сравнение полученных параметров с дрона и данных собранных вручную. С помощью установленной корреляции между мультиспектральным анализом и количеством выращенных культур мы определяем спектр мер для дальнейшего роста. По результатам съёмки посадки томатов и перца Хабанеро делились на сектора, где в каждом отдельном сегменте можно было оптимизировать полив, использование удобрений и плотность произрастания, а самое главное снизить финансовые затраты».

Как рассказал научный сотрудник Университета Гранады Хавьер Родригес Утрилья, второе исследование посвящено положительному и отрицательному влиянию городских зелёных зон на температурный режим локальной местности и глобальное потепление: «Чем больше плотность насаждений, тем ниже температура в этой зоне. В свою очередь количество вредных веществ в атмосфере всегда выше там, где зелени меньше. Учитывая эти два фактора, мы сегментировали пространство в городе Сеута на юге Испании для построения алгоритма и модели насаждений для улучшения экоситуации. Исследования были проведены на разных территориях с использованием данных дронов и спутников и отслеживания определённых участков, значимых с точки зрения экологии. Можно сказать, что мы составили определённую зелёную карту города, где насаждения ранжированы по видам, расположению, степени очистки воздуха и потенциального индекса аллергии, а также спрогнозировали объём необходимых посадок для улучшения городской экоситуации и экономии государственного бюджета. Добавлю, исследование выполнено при участии выпускницы СФУ, аспирантки Университета Гранады Анастасии Сафоновой».

В конце прошлой недели в Москве прошло заседание Совета по реализации Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий на 2019-2027 годы. На нем подвели тоги конкурса на создание центров геномных исследований мирового уровня.

Напомним, в рамках реализации национального проекта «Наука» к 2024 году планируется создать 16 научных центров мирового уровня, в том числе не менее трех центров геномных исследований. На выполнение этой задачи (речь именно о геномных центрах) из бюджета в федеральном бюджете заложено 11,2 млрд. рублей, из них 1,3 млрд. руб. выделено в 2019 году.

Всего было подано одиннадцать конкурсных заявок, из них восемь допущены комиссией Министерства образования и науки России к участию в отборе. В числе победителей конкурса - «Курчатовский геномный центр», в котором будут осуществлять исследования по направлениям «Генетические технологии для развития сельского хозяйства» и «Генетические технологии для промышленной микробиологии». Помимо организаций, входящих в структуру НИЦ «Курчатовский институт», в работе центра будут задействованы ФИЦ «Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», ряд других научных институтов, а также Никитский ботанический сад РАН.

Несмотря на то, что большая часть организаций-участников проекта находятся в Москве, Институт цитологии и генетики будет играть одну из ключевых ролей в этом сложном и амбициозном проекте, благодаря имеющимся у новосибирских ученых уникальным компетенциям и опыту использования передовых генетических технологий.

Пресс-служба ФИЦ ИЦиГ СО РАН

Бюджет образовательного портала GeekBrains сопоставим с бюджетами крупных российских вузов. Онлайн-обучение вытесняет традиционных учителей. Уже сегодня у молодежи возникает вопрос, зачем педагог, который пересказывает автора учебника, если можно послушать самого автора вживую? Сложно предположить, какие профессии будут востребованы через пять лет, однако уже сейчас люди доверяют искусственному интеллекту выбор будущей специальности ребенка. О том, как будет трансформироваться система образования, мы поговорили с директором Новосибирского городского открытого колледжа Сергеем Чернышовым.

- Сергей Андреевич, на ИТ-форуме СИИС-2019 вы планируете обсудить проблемы образования и подготовки кадров в Новосибирске. Какие вопросы назрели?

- На самом деле их много. Одни вопросы связаны с подготовкой ИТ-специалистов, а другие – с изменением самой системы образования под влиянием цифровизации. Технологии меняются довольно быстро, и учебные программы за ними не успевают.

Например, в школах Новосибирска на уроках информатики дети в основном программируют на языке Pascal. Этот язык уже устарел, но нет преподавателей, которые могут учить на Python. Их не готовят в Пединституте, потому что пять лет назад никто еще не знал, что Python придет на смену. Про С++, C# я вообще не говорю, это космос для большинства наших школ.

Конечно, некоторые внедряют новые языки программирования. Но таких школ - единицы. С другой стороны, мы видим, как меняется ландшафт образования под влиянием информационных технологий. Искусственный интеллект, оцифровка коммуникаций, онлайн-курсы – все это критическим образом изменит всю систему образования.

- Означает ли это, что роль учителя в традиционном смысле будет уменьшаться?

- Это сложный вопрос.  Сейчас в сфере образования существует такая же конкуренция, как в мобильном сегменте. Только конкурируют не AppStore и Google Play, а образовательные системы Яндекса, Ростелекома, Учи.Ру, Нетологии и других. Эти платформы приходят в школы. Но возникает вопрос, готовы ли мы всё обучение отдать компьютеру. Что останется человеку? Специалисты из АСИ считают, что компьютер лучше знает, чему надо учиться, ведь он анализирует персональные данные человека, его поведение в соцсетях. Но когда ребенок мечтает стать дизайнером, а искусственный интеллект определяет, что ему надо выбрать профессию юриста, кому мы будем доверять – себе или компьютеру? В проекте Остров-2019 тысячи людей два года подряд соглашаются носить датчики, чтобы контролировать всю свою жизнь 24 х 7. Когда спать, когда тренироваться, сколько есть и в какие периоды… И надо сказать, что это передовые люди - руководители компаний, вузов. На деле это означает, что ребенку по итогам тестирования компьютер может выбрать специальность, на которую он поступит.

- Цифровые технологии меняют форму и методы обучения. К чему все это может привести? Как человек, находящийся внутри системы, вы как думаете?

- Ответ мы еще не знаем. Онлайн-образование появилось давно. Открытый университет Великобритании еще в 70-е годы высылал людям по почте видеозаписи. И сейчас многие вузы живут по той же модели – высылают презентации. Онлайн-курсы могут быть намного полезнее студенту, чем курс лекций в родном университете. Вот, например, идея Высшей школы экономики. Зачем аграрному университету маленького городка содержать кафедру философии, прямо скажем, c сомнительным качеством образования? Не лучше ли скинуться по 2000 рублей за онлайн-курс на одного студента? Уровень знаний студентов будет намного выше. Правда, тут возникает одна проблема – педагоги могут потерять работу. Это конкуренция в чистом виде. Преподаватели читают устаревшие курсы, не развиваются как ученые. Но встает гуманитарный, социальный вопрос, что важнее - повысить уровень подготовки студентов или сохранить рабочие места. Например, выйти на российскую Открытую платформу онлайн-образования стоит порядка 500 тысяч рублей. Для вуза это не такая большая сумма. На онлайн-курсах ВШЭ - миллионы подписчиков, просто потому что они нашли хороших лекторов со всей страны. Очевидный эффект от цифровизации - в перспективе вузы будут конкурировать на мировом уровне, все будут конкурировать со всеми. И если ЕГЭ сделал первый шаг в мобильности талантливых абитуриентов, то цифровизация образования - второй. Талантливые ребята смогут выбирать лучшие места для учебы и работы. Внедрять онлайн курсы «Вышки» по всей стране технологически понятно, экономически выгодно, остается только решить социальную проблему. Исключительно человеческую. Сколько мы готовы отдать искусственному интеллекту в образовании? Все разумные аргументы – за.

- Недавно вы возглавили Новоколледж, первый негосударственный колледж в городе. У вас свой взгляд на высшую школу и образование в целом. Как возникла такая идея? В чем преимущество обучения в колледже?

- В Новосибирске за последние 10 лет было фактически убито все частное профессиональное образование. Практически все негосударственные вузы были закрыты, негосударственных колледжей де-факто никогда и не было. Это, конечно, плохо для образовательной системы. Почему, собственно, образование должно быть только государственным? Давайте вспомним госмедицину, государственные магазины. Это всё не гибкое, сложно изменяемое, не реагирующее ни на что.

Знаете, какие самые высокие конкурсы на бюджетные места в Новосибирске? Две специальности в сфере питания (кондитеры, повара) и информационные технологии. С ИТ еще понятно. А вот с поварами? Не знаешь, куда идти, иди в кондитеры. Вот такая система образования. Очень немногие современные вузы хотят что-то менять. Яркие примеры – госуниверситеты Томска и Тюмени. Они имеют разные стратегии. У томичей – она консервативная и основательная, а в Тюмени сыграл роль фактор личности ректора Валерия Фалькова и привлечение лучших преподавателей со всей страны. За несколько лет ТюмГУ создал лучшую в стране магистратуру, попал в программу 5-100, дал студентам свободу выбора предметов, сократил филиалы в области и нарастил количество очников.  Мы тоже решили что-то менять, но начали с профессионального среднего образования. В этом году в Новоколледже первый набор по 9 направлениям, в том числе ИТ, реклама и дизайн, право, экономика и менеджмент. Можно поступать после 9 и 11 классов. На первом курсе любого отделения будем давать фундаментальные предметы – математику, историю, биологию, физику. Также ребята будут вовлечены в проектную деятельность. Они создают проектные команды и решают комплексную задачу. Среди них - программисты, дизайнеры, финансисты и маркетологи. Если в школах обычно задают задачи с правильным решением, то у нас они не имеют одного решения.  Ученики должны разработать несколько стратегий. К примеру, перед нашими юными дизайнерами мы поставили практическую задачу – разработать дизайн интерьера для одной из аудиторий. Посмотрим, что получится.

- Какая мотивация у ребят, которые приходят к вам учиться?

- У всех разная. Хочется освоить новую профессию и зарабатывать самим, интересно все новое, привлекает камерная обстановка… Колледжи сегодня становятся популярными еще и потому, что для многих детей сдача ЕГЭ превращается в стресс. Здесь не надо сдавать ЕГЭ. Мы не проводим конкурс аттестатов по среднему баллу, но организуем мотивационное собеседование. И оказалось, что пришли очень заинтересованные, талантливые ребята. Это как история с рестораном, в котором собственники решили убрать цены из меню по принципу «платите, сколько считаете нужным». В итоге получилось, что чек в среднем вырос на 20 %. К нам поступили дети со средним баллом 4,6. Есть одна девочка – круглая отличница. Кроме того, ребята после колледжа смогут поступать в вузы, но по внутреннему экзамену, и также претендовать на бюджетные места.  Еще в перспективе мы хотим сделать колледж интернациональным, обучать студентов из других стран.

- Какие профессии будут востребованы в будущем, как вы считаете?

- Этот вопрос мы и собираемся обсудить на форуме СИИС. И еще поговорить о том, кто будет готовить профессиональные кадры для разных отраслей. Есть ощущение, что ремесленные специальности должны быть отданы в колледжи, тогда в университетах останутся направления фундаментальной подготовки – физика, математика, история, химия. Во всем мире то, что у нас называется средним профессиональным образованием, считается прикладным бакалавриатом. Кто не хочет идти в науку, тот идет в колледж. Но у нас все перемешалось, и академии превратились в университеты, а училища – в колледжи.

Что касается профессий будущего, то здесь простой принцип – все что можно автоматизировать, будет автоматизировано. Если можно прописать последовательность действий, то автоматизация уже на подходе.  Недавно меня удивил такой пример. На Кудряшовском мясокомбинате только человек может отделять мякоть у животного, не робот. Все объясняется тем, что у животного строение тела уникально, нельзя автоматизировать процесс. Поэтому специалист занимается такой работой 8 часов в день. Есть и другие примеры. Недавно услышал на онлайн-лекции декана экономического факультете МГУ Александра Аузана такую веселую историю про лис и зайцев. Лисы уже много лет гоняются за зайцами, они умнее, быстрее, хитрее. По всем параметрам, лисы должны были бы всех зайцев изловить. Но они не могут этого сделать. Почему? Оказывается, лиса не может посчитать траекторию движения зайца. И это не самое смешное. Биологи выяснили, что заяц и сам не может предсказать свою траекторию. Он не знает, куда побежит. Это на протяжении многих лет дает ему преимущество перед лисой, логикой и алгоритмами.  По сути, это место человека во взаимоотношении с компьютером и искусственным интеллектом.

Беседовала Екатерина Вронская

Общее собрание Сибирского отделения РАН приняло резолюцию в связи с недостаточным привлечением специалистов и экспертов из Сибири к подготовке проекта Программы развития синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры на 2019—2027 годы.

В документе отмечено, что это упущение особенным образом относится к созданию в Новосибирской области источника синхротронного излучения поколения 4+ согласно указу президента Российской Федерации от 25 июля 2019 года. «Это подрывает основы региональной политики РФ, нарушает принципы связанности и ставит под угрозу научно-технологическое развитие Сибирского региона и России в целом», — констатирует резолюция. Указано также отсутствие официальной информации об альтернативном СКИФу проекте Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» источника синхротронного излучения с энергией около 6 ГэВ, предлагаемого к сооружению в Новосибирской области. 

Ситуацию со СКИФом председатель СО РАН академик Валентин Николаевич Пармон назвал «существенно менее благополучной» в сравнении с другим проектом класса мегасайенс — создаваемым в Прибайкалье Национальным гелиогеофизическим комплексом РАН. Глава Сибирского отделения подчеркнул, что при глубокой научной и инженерной проработанности СКИФа, его одобрении международными экспертизами и востребованности конкретными научными и индустриальными пользователями, федеральное финансирование проекта так и не состоялось. «Оно должно было начаться еще в мае, а на дворе середина сентября», — констатировал академик В. Н. Пармон, сославшись на возникшие в конце лета «неожиданные затруднения».

«Кто и как будет осуществлять этот проект — уже техническая сторона вопроса, — считает полномочный представитель президента России в СФО Сергей Иванович Меняйло. — Главное, что есть решение о том, что он будет реализовываться здесь, в Новосибирской области». Полпред призвал «не перетягивать одеяло», выясняя «кто в этой ситуации главный», и сосредоточиться на конечном результате — реализации проекта согласно поручениям и указу главы государства.

«Для нас не самое важное, кто будет “нести знамя”, — в целом согласился с ним В. Н. Пармон. — Главное, чтобы объект был сдан в срок и на нем можно было начинать работу. Это объект не для одних ядерщиков, а для большого консорциума пользователей».

При этом участники Общего собрания подчеркнули обязательность привлечения сибирских специалистов и их проектных наработок к созданию стратегически важной российской установки класса мегасайенс под Новосибирском. «Как раз на Общем собрании нужно выработать принципиальную позицию о том, что и как должно быть, — уверен глава Сибирского территориального управления Министерства науки и высшего образования РФ Алексей Арсентьевич Колович, — и донести эту позицию  до руководства нашего министерства, отстаивать ее на соответствующих группах и совещаниях».

Уже никого не нужно убеждать, что глобальные климатические изменения стали реальностью, с которой приходится считаться. Европа изнывает от жары, по центру Рима прошелся торнадо, а на Гавайях выпал снег. Тем временем на просторах Сибири смешались стихии огня и воды: здесь невероятные по площади лесные пожары соседствуют со столь же беспрецедентными наводнениями.

Новосибирская область в этом отношении всегда считалась достаточно стабильным регионом. Однако и у нас дают о себе знать изменения климата, что лучше всего чувствуют наши садоводы и владельцы фермерских хозяйств. Фактически ситуация складывается так, что старые рекомендации по агротехнике, составленные еще в советские годы, в скором времени придется серьезно пересматривать. Во всяком случае, объективные условия подталкивают наших аграриев к тому, чтобы делать хоть какие-то поправки на изменившиеся условия, для чего им, безусловно, придется обращаться к ученым.

Наши ученые также начинают принимать во внимание не совсем привычные природные факторы, которые (судя по всему) из простой случайности грозят перейти в норму.

Показательно, что в сравнении с прошлым годом, в нашем регионе заметно увеличилась площадь посева технических культур. Об этом сообщил начальник отдела развития растениеводства, семеноводства и технической политики Министерства сельского хозяйства Новосибирской области Сергей Дулепов. По его словам, в этом году техническими культурами засеяно 150 тысяч га, что на два процента выше запланированных объемов и примерно на 17 процентов выше уровня 2018 года. Например, увеличены посевы сои – до 17 тысяч га. На две тысячи га увеличены посевы подсолнечника, составив чуть больше 13 тысяч га. Площади посева льна выросли в 2,5 раза. Посевы рапса остались на прежнем уровне, хотя его площади на сегодняшний день пятикратно превышают посевы сои. Что самое интересное – в этом году увеличены посадки картофеля – примерно на 18 процентов. Слегка выросли и посадки овощных культур открытого грунта – капусты, моркови и свеклы. 

Общая площадь посевов превышает уже два миллиона га и, судя по всему, она может заметно увеличиться в будущем главным образом за счет технических культур и (возможно) картофеля.

Иными словами, аграрный сектор НСО, как ни странно, становится выгодным для инвестиций. Такая динамика не может не радовать, поскольку интерес к сельскому хозяйству способствует диверсификации региональной экономики. Однако в свете погодных «сюрпризов» хорошие начинания однажды могут обернуться неожиданным разочарованием, и тогда процесс пойдет в обратную сторону.

Сибирь, как мы знаем, относится к зоне рискованного земледелия. Самой большой неприятностью всегда считались возвратные и ранние заморозки. Но к ним, худо-бедно, производитель хоть как-то приспособился. Во всяком случае, они не воспринимаются как каприз природы, поскольку для наших краев являются нормой. Другое дело – продолжительные дожди во время сева или в середине лета, когда за несколько дней выпадает месячная норма осадков. Данное погодное явление уже не первый год испытывает новосибирских аграриев. Нынешний год не стал исключением. Как сказал Сергей Дулепов, крайне неблагоприятная ситуация сложилась для земледельцев Барабинской зоны. Из-за частых дождей и переувлажнения почвы некоторые хозяйства даже не смогли нормально завершить посевную кампанию. Кроме того, в шести муниципальных образованиях были введены режимы чрезвычайной ситуации. Несмотря на то, что планы на урожай остаются достаточно высокими (в том числе для зерновых), все может неожиданно испортить именно «небесная канцелярия». И гарантий здесь нет совершенно.

Отметим, что традиционно годовая норма осадков в нашем регионе не была избыточной. Наоборот, хлеборобы больше всего опасались засухи, чем проливных дождей. Теперь ситуация начинает существенно меняться. В этой связи смягчить последствия от неблагоприятных факторов нашим земледельцам смогут помочь только необходимые знания. То есть успех будет напрямую зависеть от применения научно обоснованных подходов к агротехнике и подобру сортов. Это, в свою очередь, требует от наших аграриев повышения грамотности и постоянных консультаций с учеными. Всегда ли их работа в полях имеет такое научное «сопровождение»?

Как признался академик Анатолий Власенко, не все земледельцы прислушиваются к научным рекомендациям, зачастую не принимая во внимание комплексный подход. В сельском хозяйстве, заметил ученый, мелочей не бывает, и вообще, в природе ничего не бывает просто так. Например, если фермер игнорирует грамотную обработку почвы, это приводит к снижению ее влагопроницаемости – со всеми вытекающими последствиями. Скажем, если заблаговременно не делается глубокого рыхления, то обильные дожди, которые теперь запросто могут выпасть в самое неподходящее время, превратят поля в жижу. Своевременное глубокое рыхление способствует тому, чтобы вода ушла на нужную глубину. При осенней обработке паров таким путем создается и необходимый запас влаги. Влага, опять же, накапливается на нужной глубине, а не растекается по поверхности. Не меньшее значение имеет в этой связи и своевременные профилактические меры против сорняков. Соответственно, при выборе участка также необходимо учитывать возможные неблагоприятные факторы.

По мнению специалистов, некоторые хозяйства слишком легковесно подходят сейчас к «оптимизации» расходов, экономя средства на обработках почвы и связывая такой подход с «ресурсосбережением». Подобная «экономия», уверен академик Анатолий Власенко, обязательно выйдет им боком, поскольку, не добившись оптимальной фитосанитарной ситуации, вы не добьетесь хороших урожаев.

Есть и другая сторона проблемы, на которой заострил внимание ученый. Речь идет о выборе конкретной культуры для возделывания. Выбор зачастую диктуется чисто коммерческим интересом, к которому, к сожалению, не всегда «прилагаются» необходимые знания в вопросах агротехники. Почему, например, у нас в регионе стали возделывать так много рапса? Ответ прост: рапс – экспортный товар, поставляемый в Китай. Почему-то наши аграрии решили, будто китайский рынок «проглотит» любые объемы этой культуры. В итоге у нас случился «рапсовый» бум, неважно подкрепленный знаниями. Какая связь между рапсом и погодными «сюрпризами»? Связь прямая – именно эта культура становится в наших условиях главной жертвой несвоевременного переувлажнения. После продолжительных июльских дождей растения стали буквально гнить в полях. Как наши фермеры решают проблемы заболевания растений, понять не сложно – увеличивают количество химических обработок, нанося страшный вред экологии (о чем стоит поговорить отдельно).

Таким образом, решение проблем с развитием земледелия в нашем регионе не исчерпывается только простыми «техническими» рекомендациями. Проблему необходимо рассматривать комплексно, включая экономические и даже психологические аспекты этого дела. Рост посевных площадей, конечно же, - хороший показатель для экономики региона. Но за скупыми статистическими отчетами далеко не всегда видны некоторые принципиально важные вещи. В этой картине желание сиюминутной прибыли нередко реализуется вопреки научным подходам. В итоге мы рискуем получить тяжелые последствия как для экономики, так и для природы.

Олег Носков

Современные технологии требуют новых материалов, все более усовершенствованных, мультифункциональных, с теми или иными ярко выраженными свойствами. Специалисты Института химии твердого тела и механохимии СО РАН (ИХТТМ СО РАН) совместно с Институтом ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) занимаются разработкой технологии создания высокотемпературных композиционных материалов из боридов вольфрама и молибдена для атомной энергетики, а именно для контейнеров, транспортирующих радиоактивные отходы. Задача исследователей – создание материала, который одновременно будет ослаблять гамма- и нейтронное излучения, выдерживать высокие температуры и обладать достаточными прочностными характеристиками. Полученные образцы материала можно наносить на поверхность по принципу краскопульта, напыляющего краску. Результаты опубликованы в Известиях РАН.

Сегодня многим отраслям промышленности, наукоемким производствам требуются материалы, обладающие новыми качественными характеристиками, комбинирующие в себе несколько свойств – повышенную прочность, высокую теплопроводность, термостойкость и др. Именно поэтому развитию технологий создания новых материалов уделяется повышенное внимание. Композиционные, полимерные, наноуглеродные материалы и керамика с высокими качественными характеристиками могут дать сильный импульс развития промышленности, медицины, сфере информационных технологий и многим другим областям, напрямую влияющим на качество жизни человека.

Например, в атомной энергетике в связи с увеличением количества радиоактивных отходов, которые образуются в результате переработки отработанного ядерного топлива, остро встала проблема модернизации контейнеров для их транспортировки и хранения.

Защитное покрытие контейнеров должно ослаблять поток гамма- и нейтронного излучений, при этом выдерживать высокие температуры и обладать высокими прочностными характеристиками. Атомной промышленности необходимы материалы, которые соединяли бы в себе лучшие свойства металлов и самых тугоплавких соединений – оксидов, карбидов, боридов.

Над этой задачей работают специалисты ИХТТМ СО РАН и ИЯФ СО РАН. В их арсенале – аддитивные технологии и специализированный источник электронного пучка.

«Материал защитного покрытия должен ослаблять поток альфа-, бета-, гамма- и нейтронного излучений. Для этой цели хорошо подходят бориды тяжелых металлов, например, вольфрама – рассказывает научный сотрудник ИХТТМ СО РАН, кандидат химических наук Алексей Анчаров. – Атомы металла поглощают альфа-, бета- и гамма-излучения, а атомы бора – нейтроны. Кроме этих свойств, бориды обладают высокой температурой плавления и высокой твердостью. Задача нашего исследования состояла в том, чтобы научиться комбинировать необходимые свойства в одном материале. Аддитивные технологии здесь очень подходят – они позволяют наращивать слои материалов с различными концентрациями, или добавлять новые слои с другими компонентами и обеспечивать градиент физико-химических характеристик по толщине образца».

Для предварительной подготовки образцов специалисты использовали метод механоактивации. В шаровой мельнице – специальном устройстве для смешивания и измельчения твердых веществ до микроразмеров – вольфрам и нитрид бора «вбиваются» друг в друга. Под электронным микроскопом получившийся механокомпозит выглядит как «слоеный пирог». Далее его исследуют в Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения ИЯФ СО РАН на экспериментальной станции «Дифрактометрия в жестком рентгеновском диапазоне» при помощи синхротронного излучения, генерируемого ускорителем ВЭПП-3. Третий, завершающий, этап приготовления – нагревание смеси и запуск химических реакций направленным пучком электронов на специализированном источнике электронного пучка в ИЯФ СО РАН.

«Источник электронного пучка ИЯФ СО РАН разработан и изготовлен специально для электронно-лучевых технологий. Он обладает редкими параметрами: энергией 60 киловольт при непрерывной мощности до 30 киловатт, – рассказывает научный сотрудник ИЯФ СО РАН Юрий Семенов. – При фокусировке электронного пучка меньше одного миллиметра в диаметре, мы получаем мощность около100 киловатт на квадратный миллиметр. Мощность преобразуется в тепло в обрабатываемом слое толщиной десяток микрометров, где температура может достигать отметки 6000 °C и выше. Такие характеристики позволяют нам плавить самые тугоплавкие материалы.

Но самая важная особенность нашей установки в том, что электронный пучок направляется на обрабатываемую поверхность не прямолинейно, а с поворотом на 270 градусов. Такое решение позволяет нам защитить катод и высоковольтную область электронной пушки от паров и мелких капель от обрабатываемого материала. Данная технология запатентована нами в России».

Специалисты отметили, что им удалось достаточно просто и с малыми энергозатратами получить композиты из разных боридов, управлять процессом синтеза. В будущем, меняя соотношение состава (стехиометрию), можно регулировать ослабление того или иного вида излучения. Композиционные материалы, где в составе больше вольфрама, будут лучше поглощать гамма-излучение, где больше бора – нейтронное излучение.

Алексей Анчаров также отметил, что разрабатываемая технология позволит делать как большие, так и маленькие детали, причем любой формы. Более того, если оборудовать электронную пушку специальным соплом, из которого выдувается порошок, то попадая в зону нагрева, он будет наплавляться на поверхность. Технология наплавления схожа с принципом работы краскопульта: защитный слой просто напыляется на уже существующее изделие, например, стенки контейнеров для перевозки и хранения радиоактивных отходов.

Результаты научных исследований Центра Мешалкина, посвященные применению оригинальной технологии хирургического лечения легочной гипертензии, вызвали большой интерес мирового научного сообщества. Доклады специалистов учреждения по данной тематике были признаны одними из лучших в программе ежегодного конгресса Европейского общества кардиологов (ESC Congress 2019).

Легочная гипертензия – заболевание, характеризующееся повышенным давлением в легочных артериях, которое приводит к сердечной недостаточности и преждевременной гибели пациентов. Причиной заболевания является закрытие просвета легочных артерий тромбами, однако до 40% пациентов после хирургического удаления тромботических масс из сосудов страдают резидуальной (остаточной) легочной гипертензией, значимо снижающей качество жизни. Основными жалобами больных резидуальной легочной гипертензией являются повышенная утомляемость, слабость, одышка при физической нагрузке. Постепенно у пациентов начинает страдать насосная функция правых камер сердца, проявляются симптомы сердечной недостаточности.

Единственным вариантом лечения данной группы пациентов была пожизненная дорогостоящая медикаментозная терапия. Специалисты Центра Мешалкина первыми в стране занялись разработкой и внедрением новой технологии хирургического лечения резидуальной легочной гипертензии, которая позволит остановить прогрессирование заболевания.

Радиочастотная денервация ганглионарных сплетений ствола и устьев легочной артерии заключается в воздействии на сеть нервных волокон, проходящих вдоль легочных артерий. В результате снижается вазоспастический компонент и сопротивление в сосудах малого круга кровообращения. Специалисты выполняют вмешательство с применением роботизированной системы с технологией магнитного позиционирования катетера, которая позволяет более точно воссоздать анатомию легочной артерии и ее ветвей для максимально прицельного нанесения радиочастотного воздействия.

В ходе конгресса Европейского общества кардиологов специалисты представили результаты пилотного рандомизированного клинического исследования, в котором доказали функциональные и клинические преимущества данного метода хирургического лечения резидуальной легочной гипертензии перед медикаментозной терапией. По данным контрольной диагностики, денервация легочных артерий приводит к значимому стойкому снижению легочного артериального давления, повышению толерантности к физической нагрузке, уменьшению степени и выраженности проявлений сердечной недостаточности.

Второй отмеченный организационным комитетом конгресса доклад был посвящен технологии лечения пациентов с поражениями митрального клапана с сопутствующей высокой легочной гипертензией. Остаточная легочная гипертензия снижает толерантность к физическим нагрузкам у пациентов, а также негативно влияет на отдаленную выживаемость, несмотря на успешную коррекцию порока митрального клапана.

Новая методика лечения, развиваемая специалистами Центра Мешалкина, заключается в одномоментном вмешательстве на митральном клапане и аблации ствола и магистральных ветвей легочной артерии. Результаты двухлетнего наблюдения в рамках пилотного рандомизированного исследования показали высокий потенциал данной технологии.

У пациентов, которым в ходе хирургической коррекции порока митрального клапана, осложненного легочной гипертензией, выполняли аблацию легочной артерии, отмечено более значимое снижение давления в легочной артерии, а также прирост толерантности к физическим нагрузкам.

ESC Congress  является ключевым событием в жизни мирового профессионального сообщества кардиологов. Научная программа конгресса включает более 600 экспертных сессий, охватывающих все направления научных исследований в кардиологии, сердечно-сосудистой хирургии, интервенционной кардиологии. Более 33 000 специалистов со всего мира участвуют в обсуждении актуальных проблем с учетом последних тенденций и инновационных подходов в диагностике и лечении патологии сердечно-сосудистой системы.

Высокий интерес организаторов и участников ESC Congress 2019 к исследовательской деятельности Центра Мешалкина подтверждает интегрированность учреждения в мировое научное пространство. Специалисты Центра являются постоянными участниками ведущих международных научных событий в кардиохирургии, кардиологии, торакальной анестезиологии-реаниматологии, презентующими профессиональному сообществу результаты исследовательской деятельности.

Дарья Семенюта, специалист по связям с общественностью ФГБУ «НМИЦ им. ак. Е.Н. Мешалкина» Минздрава России

Некоторое время назад Правительство РФ, выполняя поручение Президента РФ, объявила об очередном этапе развития научной инфраструктуры страны – путем создания сети научных центров мирового уровня. И хоть в целом, реализация этой амбициозной программы идет не так быстро и гладко, как хотелось бы, но первые шаги уже сделаны.

В конце августа в Минобрнауки прошло заседание Совета по государственной поддержке создания и развития математических центров мирового уровня. Напомним, что создаваться они должны на конкурсной основе и на тот момент было отобрано 9 заявок, которые объединяют 11 городов из разных регионов России. В итоге, победителями стали четыре проекта, в число которых вошел «Математический центр в Академгородке» на базе Новосибирского госуниверситета и Института математики им. Соболева СО РАН. Подробности о проекте – в интервью с заместителем директора Института математики по научной работе Евгением Вдовиным, который является инициатором создания центра и, по крайней мере на начальном этапе, будет им руководить.

– Евгений Петрович, что будет представлять из себя Математический центр – это будет отдельный объект, со своими помещениями, реквизитами и прочее?

– Не совсем. Математический центр – это, скорее, не объект, а грант. Иначе говоря, целевое финансирование, которое получают организации-учредители для реализации заявленных в проекте целей. 

– Какие «плюсы» есть в таком формате?

– Сильно сокращается объем подготовительной работы – не надо создавать новое юридическое лицо, согласовывать и регистрировать его учредительные документы, формировать штатное расписание и т.п. Нам не нужна отдельная бухгалтерия для распоряжения этим финансированием. И все это позволяет сразу сосредоточиться на решении исключительно научных задач, поставленных в проекте.

– Но гранты носят «срочный» характер, не получится так, что через пять лет, когда эта программа будет выполнена, Центр подвиснет в воздухе в плане финансирования и это ударит по тем результатам, которые будут к тому времени получены?

– Юридическое лицо тоже может прекратить свою деятельность. Так что, дальнейшая судьба Математического центра зависит больше не от формата, в котором он создается, а от содержания, которым мы его наполним. И от политики привлечения ресурсов для работы со стороны его руководства. В качестве примера, могу привести Математический институт Эйлера в Санкт-Петербурге, который был создан еще в восьмидесятые  годы прошлого века, как раз для развития международного сотрудничества в области математики. Потом не стало СССР, институт Эйлера переживал разные периоды в своей работе, бывало финансирование со стороны государства почти прекращалось. Тем не менее, они выжили, сумели получить какие-то новые гранты, в том числе – международные, и продолжают работать. Так что, это вполне решаемая задача, особенно, если процесс уже пошел и есть люди, заинтересованные в его продолжении.

– Победа в конкурсе была ожидаемой?

– Конечно, мы изначально работали на результат, но не были до конца уверены в своей победе. Потому что все участники конкурса подали сильные заявки.

Достаточно сказать, что от Москвы было три заявки – от Математического института им. В. А. Стеклова РАН, это лидирующий математический институт России, от Московского госуниверситета и Высшей школы экономики совместно со Сколково. Была совместная заявка от математических институтов Санкт-Петербурга, где в 2022 году должен пройти Международный Математический конгресс и уже поэтому там логично было создавать один из таких центров.

Были заявки из Воронежа, Екатеринбурга, Казани, Нижнего Новгорода. И из всего этого списка отобрали только четыре, в том числе – нашу. Так что, победа в таком конкурсе дорогого стоит. 

– Можете кратко сформулировать главную задачу создаваемого центра?

– Сохранение и развитие в Новосибирске математической науки на мировом уровне. Любая изоляция научного сообщества ведет к его вырождению. Поэтому центр будет проводить международную интеграцию в самом широком смысле этого слова.

– Какой бюджет заложен под этот проект?

– Предусмотрено финансирование в объеме 720 млн рублей, которое поступит частями в течение пяти лет, до 2024 года. Причем, понимая, что в этом году времени для выполнения работ остается мало, и разумно освоить средства в полном объеме не получится, есть договоренность, что оставшиеся деньги можно перенести на следующий год.

– Центр создают научный институт и университет, так все-таки, что будет приоритетом – наука или образование, подготовка кадров для науки?

– Это равноценные задачи, как сказал один известный математик, главное прикладное значение математики – образование. Без поддержания образовательного процесса на должном уровне, невозможно будет обеспечить науку, и в частности, центр, кадрами, необходимыми для выполнения поставленных задач. Поэтому в нашем случае научная работа и образование – две неразрывных вещи.

– Мы хотим участвовать в международном научном сотрудничестве, а есть ли интерес к нам, нашим математикам, в мировой науке?

– В современной науке, в принципе, всегда есть интерес к сильным коллективам. И если мы сумеем создать такой коллектив в Математическом центре, то интерес со стороны зарубежных ученых будет. Ученые мирового уровня, я говорю сейчас именно о математиках, в стране в целом, в нашем Институте математики, в частности, конечно, есть. И они уже вполне успешно работают в различных международных проектах.

Наша же задача – перевести это индивидуальное сотрудничество на новый уровень, чтобы речь шла именно о коллективе Математического центра, пользующегося уважением и интересом со стороны мирового научного сообщества. Конечно, это непростая задача, нам придется столкнуться и с некоторой конкуренцией со стороны других игроков. Но я надеюсь, что все это, в конечном счете, пойдет нам только на пользу.

– Если говорить о пользе не только для науки, но и для общества в целом, в математике вообще могут быть свои прикладные результаты, или это – чисто фундаментальная научная дисциплина, создающая аппарат решения задач для других наук?

– Если мы говорим про традиционные науки и отрасли экономики, то математика без кооперации с другими дисциплинами никогда не сможет выполнять проекты т.н. «полного цикла», от фундаментальных исследований до готового рыночного продукта. Поскольку математика изучает некие идеальные объекты, которые не существуют в окружающем нас мире. Но за последние десятилетия огромное значение приобрели компьютерные технологии: работа с большими массивами данных, криптография, поисковые системы, машинное обучение и другие. И, как раз в этой области, чисто математические научные проекты могут иметь прикладное воплощение – в виде программного продукта, поступающего на рынок. Ведется такая работа и в нашем институте.

– Можете рассказать, какие проекты будут реализованы в Математическом центре в числе первых?

– Мы, собственно, еще на стадии подготовки заявки, привлекли наиболее активных наших сотрудников, прежде всего, молодых, чтобы они сформировали первоначальный пакет проектов, которые будут реализовываться в этом центре. На сегодня есть список из десяти направлений, по которым будет идти работа. В их числе, проект в области криптографии и машинного обучения, в частности, будут решаться задачи уменьшения потерь информации во время передачи ее по тем или иным коммуникациям. Есть проект по эффективным вероятностным алгоритмам, которые, к примеру, используют в своей работе поисковые системы в Интернете и т.п. Есть проект в области комбинаторной алгебры, направленный на создание быстрых алгоритмов для решения одних классических задач, и, в случае с другими задачами, доказательство того, что таких алгоритмов в принципе не существует. Это все также востребовано в деле разработки программного обеспечения.

Георгий Батухтин