На конец декабря прошлого года численность населения нашей планеты перевалила за 7,6 млрд человек. Примерно полмиллиона из них в настоящий момент ожидают в очереди на пересадку почки. И это только один орган, если же говорить об очереди на трансплантацию в целом, то речь пойдет о миллионах человек. Помимо всего прочего, это рынок медицинских услуг с оборотами в миллиарды долларов, сложнейшими технологиями и криминальными схемами. О том, какое влияние на эту отрасль оказывают достижения в области клеточных технологий и геномного редактирования рассказала младший научный сотрудник сектора геномных механизмов онтогенеза Татьяна Шнайдер. Ее доклад прошел в рамках цикла публичных лекций в Институте цитологии и генетики СО РАН, который не первый год организовывает профессор, д.б.н. Павел Бородин.

А начала она свой доклад с краткой характеристики текущего состояния дел. Современная медицина осуществляет пересадку самых разных органов и тканей, но существуют и приоритетные направления – абсолютное большинство операций по пересадке приходится на почки, печень и сердце. Высокий спрос рождает и долгое ожидание: срок ожидания почки доходит до двух лет, сердца – до полугода. Добавьте к этому высокую стоимость операции (в американских клиниках пересадка сердца стоит, к примеру, более миллиона долларов, в европейских – цена не сильно отличается). Российским пациентам трансплантация обойдется несколько дешевле – операция по пересадке печени в Новосибирской областной больнице стоит полтора миллиона рублей – но это тоже намного превосходит годовой доход среднестатистической новосибирской семьи. К тому же, в цену операции не включены все дополнительные услуга, включая послеоперационный уход. Еще одна особенность России – законодательная: у нас разрешено только два вида донорства – посмертное и от генетических родственников (за исключением костного мозга), что, естественно, сужает возможности поиска подходящего донора. Эти два обстоятельства – высокая цена и долгий срок ожидания – приводят к тому, что многие из нуждающихся в операции так до нее и не доживают. Для большей наглядности, вернемся к почкам: в год в мире проводится около 30 тысяч операций по их пересадке, ожидающих своей очереди – в пятнадцать раз больше. Многие из них своего донора так и не дождутся. А ведь еще есть так до конца и нерешенная проблема иммунного отторжения организмом донорского материала. И совершенно понятно, какое высокое значение придается во всем мире разработке технологий искусственного выращивания органов для трансплантации.

Сегодня есть несколько типов пересадки органов. Самый простой (с точки зрения восприятия организмом) – аутоиммунная трансплантация, когда донор и реципиент – один и тот же человек. Она «снимает» проблему отторжения, но есть другое серьезное ограничение – таким способом можно пересаживать волосы, кожу, на этом, пожалуй, все.

Еще один способ, почти исключающий опасность иммунного отторжения – изотрансплантация, когда донором выступает однояйцевый близнец пациента.  Как понимаете, этот вариант носит еще более ограниченный характер, просто в силу того, что такие близнецы рождаются не часто (в среднем один случай на триста рождений). Но, кстати, первая успешная пересадка органов от человека к человеку, состоявшаяся в 1954 году, была осуществлена именно таким способом. Но большинству последовавших за братьями Херрик пациентов пришлось идти по пути аллотрансплантации (органы получены от стороннего донора) со всеми сопутствующими проблемами, о которых уже сказано выше.

Но вернемся к разрабатываемым в настоящее время технологиям в области трансплантации. Продолжается развитие ксенотрансплантации (пересадки человеку органов животных, прежде всего, свиней). На сегодня из-за проблемы сильнейшего иммунного ответа успешно удается пересадить только части отдельных органов, например, сердечные клапаны. Но ученые продолжают поиск способов решить эту проблему, один из возможных путей – скажем так, «очеловечивание» органов. Достичь этого можно изменив геном животного-донора и к настоящему моменту уже получено более двух десятков трансгенных свиней, у которых нокаутированы («выключены») некоторые родные гены или вставлены отдельные гены человека. Цель – «обмануть» иммунную систему пациента. Результаты первых опытных пересадок были вдохновляющими, но проводились они без участия человека, между свиньями и человекообразными обезьянами.

Еще один способ - вырастить в организме животного орган, состоящий из человеческих клеток. Конечно, для этого потребуются не обычные свиньи (или мини-пиги, выращиваемые для медицинских исследований), а т.н. «химерные» животные. Лидерами в этой области считаются Хиромицу Накауши и Хуан Бельмонте (оба в настоящее время работают в США). Эти ученые довольно далеко продвинулись в деле создания «химер».

Это сложный и многоэтапный процесс. Для начала надо добиться того, чтобы в организме животного не вырос «родной» орган (например, поджелудочная железа), что достигается редактированием генома на стадии эмбрионального развития, нокаутом генов, отвечающих за его формирование. А уже затем – «вырастить» из внедренных стволовых клеток орган, предназначенный для пересадки. Пока такой эксперимент удалось совершить на лабораторных животных (грызунах), но в 2017 году профессор Бельмонте сумел получить химерный эмбрион с генами человека и свиньи и довести его до стадии в 38 дней. Правда, там это смешение произошло по всему телу.

– Сразу начались опасения в духе, а что, если эти изменения коснутся не только нужного органа, той же железы, но еще и нейронов, - рассказала Татьяна Шнайдер. – Ответ очевиден – надо нокаутировать гены, отвечающие за нейрогенез, с помощью методики CRISPR-Cas.

Еще больший интерес вызывает идея создания искусственных человеческих органов. И речь, понятно, идет не о протезах конечностей (а в этой области тоже немало успехов, к примеру – бионические протезы), а о внутренних органах – тех же почках, сердце и пр.

Как известно, каждый орган состоит из клеток, каркаса и сосудов. И задача тканевой инженерии (которая и занимается созданием искусственных органов) – не просто создать и объединить все эти три компонента, но и заставить их работать слаженно.

Главные источники клеток для искусственных органов – костный мозг и индуцированные плюрипатентные стволовые клетки, являющиеся основой для «строительства» нашего организма на эмбриональной стадии. Каркас создается из биосовместимой синтетики и органики, самый популярный в тканевой инженерии материал для этого – коллаген. Наиболее проблемный сегмент на сегодня – создание сосудистой системы искусственного органа. И не забудем, что потом все эти материалы надо объединить по весьма «сложному чертежу» в требуемый орган.

Как и в случае с трансплантацией, наука идет к решению задачи несколькими параллельными путями. Первый – инкапсуляция клеток, которая используется для создания небольших конструкций. Клетки-доноры покрываются оболочкой, проницаемой для поступления пищи, энергии и т.д., но непреодолимой для лимфоцитов организма-хозяина. Тем самым, для иммунной системы «чужак» остается невидимым, что снимает проблему отторжения. Сегодня по такому принципу работает созданный в Австралии препарат, который вводится в организм пациента и вырабатывает там инсулин животного происхождения, избавляя человека от необходимости регулярных инъекций безо всякой аллергии. В настоящее время его разработчики пытаются создать на основе этого метода и более сложные трансплантаты.

Второй способ называется децеллюляризация (или, по определению докладчика – «генеральная уборка»):

– Допустим, вы купили холодильник «с рук». Первое, что вы сделаете – тщательно избавитесь от всех следов прежнего владельца, проведете в нем генеральную уборку. То же самое можно проделать и с органами.

В результате децеллюляризации избавляются от всех клеток, оставляя только каркас, как правило – коллагеновый. С пациентами-людьми операции по трансплантации трахей на основе этого метода проводил печально известный хирург Паоло Маккиарини, в том числе и в России. Печально – потому что практически все пациенты через некоторое время скончались. В результате, на его работы в этой области в настоящее время наложено «вето», а его самого обвиняют в частности в фальсификации данных. Но вся эта ситуация не означает бесперспективности самой методики, скорее говорит о том, что она требует значительной доработки перед внедрением в клиническую практику.

Более позитивно идет развитие третьей технологии – сборки органа de novo. Один из лидеров этого направления – Энтони Атала (США), еще в 2006 году он первым в мире создал искусственный мочевой пузырь. Отличие этого метода в том, что ученые не берут готовый каркас, а создают его сами, а потом заселяют клетками. Пока метод de novo удается применять для получения относительно несложных по строению органов, таких, как упомянутый мочевой пузырь. Зато пациенты, прооперированные Аталой, даже спустя годы чувствуют себя превосходно. Правда, в последнее время Атала много внимания уделяет биопринтингу.

Биопринтинг – еще один метод создания искусственных органов с помощью 3D-принтеров. В последнее время достижения в этом направлении часто становятся темой для репортажей СМИ.

– 3D-принтинг захватил умы человечества, сейчас печатают все, от маленьких пластиковых фигурок до жилых домов. Так почему бы не напечатать и орган, - продолжила Татьяна Шнайдер.

Подход такой же, как и с печатью домов, вы послойно наносите «чернила». Но в случае домов это бетон, а в случае органов – клетки и внеклеточные материалы. Видимо, в силу популярности и достаточной разработанности аддитивных технологий, именно этот подход в создании искусственных органов вызывает наибольший интерес со стороны коммерческих компаний. В виду большого количества опубликованных работ на эту тему можно уже говорить о некоем общем протоколе работ по этому методу. Что радует, такие работы ведут и в нашей стране – одна из компаний в Сколково напечатала искусственную щитовидную железу, а после успешно трансплантировала ее мыши.

Последний метод, упомянутый в докладе – создание мини-органов. К слову, Татьяна и сама проводит работы, основанные на этом методе. Эта технология позволяет из плюрипотентных стволовых клеток выращивать ткани, похожие на отдельные части органов, или – органоиды. Первые органоиды получили в Австрии в 2013 году. С тех пор направление быстро развивается. Ученые уже создали, например, органоиды почек, печени, легких, сетчатки глаза. Эта технология, отметила докладчик, важна не только для трансплантологии:

– По сути, это уникальная возможность наблюдать органогенез на ранних периодах. В том числе, развитие некоторых наследственных заболеваний, моделировать болезнь в лабораторных условиях.

Если же говорить о возможностях для пересадки органов, то главное в этом методе – научиться создавать в его рамках полноценные органы (а не органоиды).

В любом случае, учитывая актуальности этой задачи для человечества в самом широком смысле слова и количество научных групп по всему миру, которые работают над ее решением, можно ждать новых технологических прорывов, причем, в самом ближайшем будущем.

Сергей Исаев

Заинтересовала тема – рекомендуем прослушать лекцию «Искусство искусственных органов» Татьяны Шнайдер

Ученые обратились к государству за финансированием международных академических обменов, рассказал глава РАН Александр Сергеев на встрече с президентом России Владимиром Путиным. В планах Академии наук создание при поддержке государства центров, которые будут принимать зарубежные рабочие группы, функционирующие по принципу мозговых штурмов. Идея привлечения зарубежных «мозгов» не нова, и в научном сообществе отторжения не вызывает. Вместе с тем, на практике часто встречается имитация международного научного обмена, говорят ученые. Какие подводные камни встречаются в академической дипломатии и как отличить пиар-акции от подлинного научного сотрудничества?

«Фактически академический обмен с 2013 года приостановлен, и очень важные программы, по которым велось сотрудничество со многими странами, сейчас просто заморожены», - посетовал Александр Сергеев на встрече с главой государства.

Именно на возобновление и развитие научного взаимодействия с зарубежными коллегами и направлен, по его словам, проект Академии наук по созданию центров межакадемического обмена. Как подчеркнул президент РАН, организовывать такой обмен планируется по-новому.

«Мы хотим в стране открыть несколько центров, которые будут принимать рабочие группы, работающие по принципу мозговых штурмов. Есть сейчас достаточно новая форма в науке, когда собираются на одну-две недели самые сильные люди из всех стран. Это не конгрессы, а именно 20–30 человек высочайших профессионалов. Они анализируют тренды и результат, намечают пути. Те страны, которые очень активно участвуют в организации подобной деятельности, привлечении на свои территории таких мозговых штурмов, автоматически оказываются в центре внимания науки в соответствующей области», - пояснил Александр Сергеев.

На встрече с президентом возможные темы мозговых штурмов перечислены не были. Эксперты полагают, что такими темами могут стать проблемы перехода к ресурсосберегающей энергетике, создания новых способов транспортировки и хранения энергии, развитие цифровых производственных технологий и роботизированных систем, в частности роботизация медицины и другие приоритетные направления научно-технологического развития страны.

При этом сама практика международного академического партнерства не является чем-то новым для российских научных и образовательных учреждений, отмечают ученые. Ректор Петербургского экономического университета Игорь Максимцев, говорит, что его вуз регулярно сотрудничает с иностранными профессорами. В течение года приглашаются порядка 120 ученых со всего мира в качестве приглашенных преподавателей.

«Финляндия, Германия, Франция, Италия, Швеция, Китай и Япония – основной блок стран, с которыми ведется сотрудничество. В среднем программы рассчитаны на две недели, но бывают и интенсивные лекции, занимающие от одного до трех дней. В этом случае человек может выступать целый день – до семи часов. Его знания настолько интересны нам, что мы его приглашаем и оплачиваем необходимые расходы», - отмечает Максимцев.

Кроме того, существуют программы двойного диплома с зарубежными партнерами, в рамках которых студенты на протяжении двух лет слушают лекции приглашенных профессоров, говорит Игорь Максимцев.

Вместе с тем, случается, что вузы и научные учреждения приглашают зарубежные «мозги» с целями далекими от развития науки. Так, тех же иностранных профессоров привлекают, чтобы попасть в международный рейтинг вузов или повысить престижность заведения.

«Это происходит повсеместно: пиар на пустом месте делается за счет тех или иных великих людей, которые приезжают в вуз практически случайно, по приглашению. Иногда достаточно, чтобы человек находился в университете буквально полчаса. За это время делаются необходимые фотографии, пишутся новости и разносятся по миру. Но это можно сделать максимум раз или два. А дальше придет студент и спросит: вы в своих рекламных проспектах показывали, что у вас нобелевские лауреаты лекции читают, когда я его могу услышать?», - поясняет Игорь Максимцев.

Когда наука получает на дипломатию средства от государства, подход к выбору приглашенных профессоров зачастую не такой строгий, как в случае, если тратятся внебюджетные средства, замечает ректор Государственного университета аэрокосмического приборостроения Анатолий Оводенко. А то бывает, что приглашение зарубежного ученого никак не сказывается на развитии научного процесса, и научное общение оборачивается пустой говорильней.

«Если вуз зарабатывает своим горбом, они такой ерунды себе позволить не могут – приглашают только тогда, когда это действительно нужно и знания уникальны», - уверен Анатолий Оводенко.

В технических вузах, занимающихся прикладной наукой, результат тех или иных научных исследований должен переноситься на производства. Как раз с этим у многих зарубежных ученых дела обстоят неважно, считают их российские коллеги.

«Качество кадров во многих мировых инженерных университетах – в Германии, Великобритании, Норвегии, Америки – крайне низкое. Преподаватели оторваны от производственных задач, и фактически сильны только одним – цитируемостью своих публикаций. И самое печальное, что инженерные научные проблемы, которые раскрываются в этих статьях, никакого отношения не имеют к реальным подтверждениям этих результатов в лабораториях. Идет, так называемый, теоретический диалог. Иногда он воспринимается производственниками как практическая реальность, они пытаются ее внедрить и понимают, что там нечего внедрять. Деградация научных исследований – это общая проблема в мире по инженерным исследованиям», - считает ректор Санкт-Петербургского горного университета Владимир Литвиненко.

Он подчеркивает, что для российской науки ценен потенциал зарубежных ученых. В то же время интеграция в международное академическое пространство не должна скатываться к поверхностным и малосодержательным рассуждениям о «путях развития науки», за которыми зачастую стоит лишь желание получить солидную финансовую господдержку.

«Российским вузам необходимо приглашать профессоров, обладающих уникальными знаниями и способными консолидировать вокруг себя специалистов, работающих в данной конкретной области. Результатом должно стать создание постоянно действующих групп учёных и новых современных лабораторий. Только такая концепция обеспечит научные прорывы в стратегически важных для России отраслях. И принесёт реальную пользу отечественной экономике, народному хозяйству. Создаст условия для трансферта инноваций в конкретные производства. Это стратегическая цель, которая позволит вузовской науке превратиться в реальную опору государства», - уверен Владимир Литвиненко.

В последние годы набирает обороты сотрудничество между Новосибирской областью и Республикой Беларусь. 21 – 24 января большая представительная делегация во главе с губернатором НСО Андреем Травниковым посетила союзное государство.

В состав новосибирской делегации, помимо руководства области и города, вошел ряд ректоров новосибирских вузов, представители президиума Сибирского отделения РАН и директор ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» Алексей Кочетов. А значительная часть программы визита была посвящена развитию научно-технического сотрудничества. Как отметил Андрей Травников, «Есть такой термин – народная дипломатия, считаю, что научная дипломатия – явление еще более сильное».

Подтверждением этому служит тот факт, что на сегодня уже десять научных институтов Сибирского отделения заключили соглашения о сотрудничестве с научными учреждениями НАН Республики Беларусь. В этот список вошел и ИЦиГ СО РАН, по итогам визита новосибирские генетики заключили такое соглашение со своими коллегами из Института генетики и цитологии НАН Беларуси.

В дальнейшем ученые намерены проводить совместные исследования по целому ряду направлений, включая биоинформатику, разработку новых методов селекции животных и растений, а также биомедицину. Среди других форматов сотрудничества предусматриваются взаимная стажировка научных сотрудников и аспирантов, приглашение ведущих специалистов для чтения лекций, совместные издательские проекты.

В целом, отметил Алексей Кочетов, по итогам переговоров наметилось достаточно много точек для возможного сотрудничества, очевидна обоюдная заинтересованность в такой работе, а потому визит в Белоруссию можно считать полностью удавшимся.

Пресс-служба ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН»

Денисова пещера — единственное место на Земле, где обнаружены останки одного из подвидов людей, денисовского человека. В этой алтайской пещере также жили неандертальцы, а вот люди современного типа, по-видимому, до нее не добрались. Две международные группы, среди которых множество россиян, уточнили датировку слоев грунта в пещере, а также орудий труда, животных и растительных останков, найденных в ней, и создали подробную хронологию жизни пещеры и ее обитателей.

Денисова пещера в Алтайских горах стала широко известна в 2010 году, когда известный палеоантрополог Сванте Паабо идентифицировал новый подвид людей по остатку фаланги детского пальца, найденного в пещере в 80-х годах прошлого века. С тех пор работы в ней не прекращаются. За эти годы археологам удалось найти тут четырех денисовцев, двух неандертальцев и Дэнни, девочку-метиса двух подвидов людей.

Предыдущие датировки останков и грунта проводили в основном с помощью радиоуглеродного анализа. Однако этот метод позволяет «заглянуть» лишь на 50 тысяч лет назад — более старые объекты хорошо датировать уже не удается. Поэтому исследователи из России, Австралии, Англии и Германии провели большую работу по уточнению датировок, чтобы получить единое представление о хронологии событий в Денисовой пещере. Их отчеты были только что опубликованы в новом номере журнала Nature.

Авторы первой статьи занимались оптическим датированием слоев пещерного грунта. Для этого они собирали свои образцы в темноте, прятали их в специальные контейнеры и везли в оксфордскую лабораторию, где светили на них инфракрасным светом и измеряли интенсивность их люминесценции. Считается, что каждый минерал может так или иначе люминесцировать под воздействием света, и чем дольше он пробыл в темноте, тем сильнее будет светиться. Таким образом, это позволяет оценить, когда на исследуемые объекты в последний раз падал солнечный свет.
С помощью оптического датирования исследователи создали подробную послойную карту всех трех галерей Денисовой пещеры с указанием возраста каждого слоя. С использованием этой карты они уточнили древность животных и растительных останков, ранее найденных в пещере. Это позволило им установить то, как менялся климат в районе пещеры со временем, и их выводы сошлись с палеоклиматическими моделями, построенными с опорой на данные отложений озера Байкал, за исключением того, что в то время как 150 тысяч лет назад байкальский климат был холодным, в Денисовой пещере он был теплым и влажным. Оговаривая этот момент, исследователи пишут, что, во-первых, в пределах всего одной тысячи лет климатические флуктуации могут быть достаточно значительными, а оптическая датировка, которой они пользовались, имеет слишком большой «разброс».

Самые древние из обнаруженных в пещере находок — каменные орудия — были извлечены из слоев, которые авторы статьи датировали приблизительно 287 тысячами лет, а самые ранние останки денисовцев встречаются в слое возрастом около 200 тысяч лет. Из этого они заключают, что денисовские люди жили в этой пещере уже как минимум 300 тысяч лет назад. Неандертальцы появились в пещере позже — самая древняя находка, которую можно им атрибутировать, имеет возраст около 193 тысяч лет.

Авторы второй работы работали с более ранними останками, устанавливая их возраст с помощью радиоуглеродного анализа. Таким образом они датировали многие артефакты — орудия и украшения, найденные в пещере.

Для исследования останков людей ученые использовали зоо-масс-спектрометрию (zooMS) — метод, чем-то напоминающий построение филогенетических деревьев. Только здесь вместо ДНК для сравнения используют коллаген, один из основных белков костной ткани. Кроме того, исследователи выделили фрагменты ДНК из почвы пещеры и сравнили их с ДНК, выделенными из костей. Они определяли возраст останков, основываясь на отличиях в последовательности ДНК и времени, за которое они могли возникнуть (для этого используют среднюю частоту мутирования).

По итоговым оценкам, самые старые из найденных останки денисовцев можно датировать примерно 195 тысячами лет, а самые молодые — 52—76 тысячами.

Во время существования последних известных денисовцев на Земле уже жили люди современного типа. Некоторые из них жили неподалеку от Денисовой пещеры около 45 000 лет назад. Однако до сих пор неизвестно, были ли какие-либо контакты между этими двумя подвидами в Денисовой пещере (а вот популяции людей в Восточной Азии скрещивались с денисовцами как минимум дважды). Останков современных людей в пещере нет, а артефакты, судя по глубине залегания, все же скорее принадлежат денисовцам.

Полным ходом идёт подготовка к IV форуму «Городские технологии», который пройдет в Новосибирске 4-5 апреля этого года. Вспоминаем о некоторых итогах прошлых форумов и рассказываем о том, что ждет участников этого – в интервью с начальником департамента промышленности, инноваций и предпринимательства мэрии города Александром Люлько.

– Александр Николаевич, уже можно сказать, что форум «Городские технологии» стал традиционным. Чем, по-Вашему, вызвана его популярность?

– Действительно, форум проводится уже в четвертый раз. И с каждым годом он становится все масштабнее. А причина достаточно очевидна: мы живем в мире, где наука играет все большую роль. И вполне естественно стремление использовать научные достижения для улучшения качества жизни людей. С этой целью мы уже на первом форуме подписали соглашение с Сибирским отделением Академии наук и теперь активно работаем в этом направлении. Форум позволяет познакомиться с технологичными новинками, которые можно применить для совершенствования городской инфраструктуры, ознакомиться с практикой их внедрения в различных городах, а также рассмотреть механизмы внедрения.

– Что именно удалось внедрить по итогам форумов прошлых лет?

– Таких разработок несколько, и мы уже рассказывали о них горожанам. Например, «умные остановки» общественного транспорта с бесплатным Wi-Fi, устройство для зарядки мобильных устройств и интерактивным справочным экраном с «умной» кнопкой, при нажатии на которую в голосовом режиме можно задать вопрос и получить на экране ответ как доехать до нужного места и когда придет транспорт. Или «Умная школа» - система, контролирующая работу всей инфраструктуры школы: электрооборудования, водоснабжения, датчики пожарной безопасности. Ряд медицинских учреждений города оборудованы роботизированной системой записи на прием к врачу, т.н. «электронная регистратура». Дальнейшее распространение этой технологии позволит решить проблему дозвона в регистратуру и сделает запись к врачу быстрым и более комфортным для горожан. В школе № 115 начали устанавливать тепловые насосы, позволяющие отапливать здания используя тепло земли.

Еще один пилотный проект совместно с Институтом теплофизики и ЖКХ Новосибирского научного центра мы планируем запустить в ближайшее время на известном мусорном полигоне между Академгородком и Кольцово. Современные технологии позволяют не просто уничтожать мусор, а получать из него полезные вещи: тепло, электричество, полезные строительные материалы, в частности, тротуарную плитку, изделия из синтепона и т.д.

Нами поддержаны и внедряются несколько разработок для людей с ограниченными возможностями. Например, в аптеках города и отделениях Сбербанка стали устанавливаться сурдофоны, которые позволяют переводить язык глухонемых на обычный язык и наоборот. В нашем бизнес-инкубаторе выпускается коляска-вездеход «Катервиль», которая позволяет инвалидам с нарушениями опорно-двигательной системой перемещаться по лестничным маршам. Компания «Неограниченные возможности» выпускает тактильно-звуковую мнемосхему, позволяющую слепым людям ориентироваться в пространстве.

Это только часть того, над чем мы работаем. Полный их перечень хватит на отдельное большое интервью.

– Тогда давайте вернемся к предстоящему форуму. Прежде у каждого из них была своя сверхзадача. Например, первый был по сути смотром технологий и инноваций, которыми располагали новосибирские ученые и разработчики. Второй посвятили формированию программы «Умный Новосибирск». Что будет главной задачей этого, четвертого форума?

– Рассмотреть существующие механизмы реализации инновационных проектов. Этот форум будет отличаться масштабностью – одновременно мы проводим встречу членов Ассоциации крупных городов СНГ, где будут рассмотрены лучшие практики внедрения новых технологий. Потому что сегодня уже речь идет не про отдельные продукты или технологические решения, у нас целые отрасли городского хозяйства требуют масштабной модернизации. Речь идет о качественно новых подходах, которые мэрии еще предстоит выработать, в том числе с учетом опыта других городов.

– Вы говорите про опыт ближайших соседей. А мировой опыт создания «умных городов» планируете как-то использовать?

– В этом году сопредседателем форума согласился быть председатель Российско-сингапурского делового совета Николай Анатольевич Волобуев (заместитель гендиректора Госкорпорации Ростех, председатель Российско-сингапурского делового совета). В числе гостей форума будет большая делегация из Сингапура. Цель нашего приглашения – более глубокое знакомство с опытом Сингапура, который стабильно занимает лидирующие позиции в разных рейтингах «умных городов». И нам, безусловно, есть чему у них поучиться. Еще мы ожидаем приезд делегации из Гуанчжоу – одной из наиболее продвинутых, в плане «умных технологий», провинций Китая. Проявляют интерес к Форуму специалисты из Германии. Очень интересные технологии планируют представить наши друзья из Белоруссии. Так что на форуме будет достаточно много говориться именно о мировом опыте строительства «умных городов».

– Возможен ли прямой перенос того же сингапурского опыта в российскую действительность, или их решения потребуют серьезной адаптации под наши условия?

– Представители Сингапура уже приезжали на наш форум, но в этом году мы ожидаем визит руководителя правительственного агентства, отвечающего за внедрение «умных технологий». То есть, у них есть специальная структура, проводящая эту работу. Сами они говорят, что в области собственно создания технологий они не могут тягаться с ведущими странами мира, включая и Россию, которые располагают несравненно большими ресурсами для этого. Но в Сингапуре есть отлично проработанная система внедрения этих технологий в повседневную жизнь, которая включает обучение людей их использованию, интересный опыт эффективной господдержки и т.д. Это достаточно сложно организованный механизм, но Сингапур доказал, что он может работать с потрясающей эффективностью. И этот опыт для нас является ценным в первую очередь.

– Разве главным барьером для модернизации городского хозяйства не является высокая «цена вопроса»?

– Некоторое время назад я был на российском форуме, посвященном «умным городам» в Сколково и там поднималась эта тема. Понятно, что сегодня масштабное внедрение этих технологий может позволить себе только Москва, чей бюджет в 55 раз больше, чем у Новосибирска. Но как раз в этой ситуации и полезен опыт Сингапура – государства, у которого практически не было своих ресурсов, даже питьевая вода у них импортируется из Малайзии. Но они сумели создать механизм привлечения этих ресурсов извне и максимально эффективного их использования. И сегодня они в числе лидеров и по ВВП на душу населения, и по внедрению «умных технологий». Как это применимо в нашем случае.

Простой пример, перед нами встала задача ко времени проведения в городе молодежного чемпионата мира по хоккею оборудовать «умными остановками» наиболее оживленные маршруты транспорта. Очевидно, что для городского бюджета это серьезная нагрузка. Поэтому мы пошли по пути привлечения бизнеса к этому процессу: остановка делится на две части, одна из которых имеет «коммерческую нагрузку».

На первой остановке там разместили банкомат, на второй – точку по продаже горячей выпечки. В обмен этот бизнес берет на себя часть расходов по оборудованию и содержанию остановки, облегчая нагрузку на бюджет. Схожий подход, в формате «энергосберегающего контракта» мы будем применять в распространении системы «умная школа» и т.д.

– Что еще нового подготовили организаторы форума этой весной?

– По просьбе аппарата полпредства Президента РФ в СФО, мы готовим стратегическую сессию по технологиям для Арктики. Эта масштабная программа предусматривает развитие арктических поселений. Их жители живут и работают в достаточно экстремальных условиях и обеспечить им нормальное качество жизни можно только с использованием современных технологий (энергосберегающих, медицинских, строительных и т.п.). Мы рассмотрим вопрос создания таких технологий, используя наши научные и производственные возможности. Это не только наш вклад в решение общенациональной задачи, но и возможность загрузить наши предприятия новыми заказами. Кроме того, надо помнить, что в Сибири тоже достаточно непростые условия для жизни, поэтому ряд разработок можно будет внедрять не только в Заполярье, но и у нас. Еще одно новшество –участие в работе форума представителей крупных государственных корпораций. Я уже упоминал, что сопредседателем «Городских технологий» в этот раз будет один из руководителей Ростеха, мы также пригласили представителей Росатома и Роскосмоса. Каждая из этих корпораций располагает своими наборами уникальных технологий, которые могут пригодиться не только в их основной деятельности, но и для городской инфраструктуры. Например, Росатом обладает технологиями выпуска мощных литий-ионных батарей, которые используются, в частности, для современного электротранспорта. Роскосмос имеет в своей структуре производство скоростных трамваев. Есть много интересных разработок и у предприятий, входящих в структуру Ростеха. В большинстве своем это оборонные предприятия, перед которыми сейчас поставлена задача увеличения выпуска продукции для гражданских нужд. Так что интерес у нас взаимный, а это лучший фундамент для сотрудничества.

Георгий Батухтин

Специалисты Томского политехнического университета (ТПУ) разработали экономически выгодный и экологически чистый метод утилизации твердых бытовых отходов (ТБО) путем сжигания в составе композиционного топлива (низкосортный уголь + вода + жидкий горючий отход). Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Cleaner Production.

Ежегодно на территории России образуется более 50 миллионов тонн твердых коммунальных отходов. Система обращения с таким перспективным для промышленности сырьем развита слабо: повторное использование, вторичная переработка, применение в качестве топлива для выработки тепла и электричества на сегодняшний день мало распространены.

Как сообщил доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Дмитрий Глушков, добавление отходов в состав композиционного топлива ТЭС может стать основой для снижения общих объемов захоронения и стимулирования развития сопутствующих технологий обращения с ТБО, а также снижения объемов потребления углей энергетических марок для нужд генерации энергии.

При этом он пояснил, что научный коллектив провел исследование закономерностей и характеристик зажигания и горения группы составов композиционного жидкого топлива с мелкодисперсными частицами ТБО (древесина, резина, пластик, картон) в условиях, соответствующих условиям горения топлива в топках энергетических котлов.

"Мы установили, что топливо с ТБО горит не хуже, чем составы без добавления этого компонента, а содержание оксидов азота и серы в дымовых газах существенно ниже", ‒ отметил Дмитрий Глушков, подчеркнув, что максимальная разница в концентрациях достигает 70% и 45% соответственно.

По мнению ученых, это позволит обеспечить основу для разработки экологически чистой и экономически выгодной технологии утилизации ТБО, которые нельзя переработать в настоящее время. Такая технология, например, может быть внедрена на существующих объектах угольной теплоэнергетики в переходный период в течение 10–15 лет при модернизации системы обращения с отходами – переход от модели складирования и захоронения ТБО к модели их переработки и повторного использования, когда строительство мусоросжигательных заводов нецелесообразно.

Напомним, что в 2017 году специалисты ТПУ разработали группу составов жидкого композиционного топлива, основанного на промышленных отходах (низкосортный уголь, вода и горючая жидкость), теплота сгорания которого сравнима с показателями энергетического угольного топлива при меньших выбросах парниковых газов.

По словам ученых, широкое использование перспективного топлива на практике будет способствовать решению глобальных экологических и энергетических проблем.

Как мы и предполагали, правительство оперативно откликнулось на высказывание главы государственной корпорации Роснано Анатолия Чубайса по поводу низких тарифов на электроэнергию. Недавно стало известно, что Министерство экономики подготовило свои предложения по введению социальной нормы потребления электроэнергии для населения. Эта тема обсуждалась еще в прошлом году, и теперь данная инициатива, судя по всему, может получить «добро» на самом верху. Какие изменения нас ожидают? В первую очередь, речь идет о дифференциации тарифов для населения. Установлен верхний порог – до 300 кВт/час в месяц – когда оплата будет осуществляться по обычному (базовому) тарифу. При превышении этого порога оплата будет идти уже по повышенному тарифу. А если потребитель превысил 500 кВт/час – вступает в силу «экономически обоснованный» тариф. При этом количество людей, занимающих жилое помещение, в расчет не принимается. Кроме того, постепенно будут сокращаться льготы для горожан, пользующихся электроплитами.

Как мы знаем, тема тарифов всегда вызывает острые дискуссии. Ее постоянно обсуждают с таким пылом, что создается впечатление, будто от нее напрямую зависит судьба российского энергетического комплекса. Хотя, если вникнуть в суть разговоров, то обнажается одна неприглядная составляющая: вся эта проблема, в конечном итоге, сводится к тому, чтобы «справедливо» перераспределить  имеющиеся ресурсы, в том числе и те, которые были созданы предыдущими поколениями. И в этом плане стоило бы понять: а как формируется энергетический комплекс сейчас – в его чисто технологической, а не экономической составляющей? Идем ли мы здесь по пути передовых стран?

Часто, говоря о тарифах, наши «эксперты» кивают на Запад. Дескать, там никто потребителям поблажек не дает и «энергорасточительства» не допускает. Именно этот «убойный» аргумент использовал в своих выступлениях Анатолий Чубайс. К сожалению, от его взора ускользнул другой аспект энергетической проблемы, куда более важный. А именно – развитие технологий производства электроэнергии и модернизация генерирующих мощностей.

Как с этим обстоят дела у нас и у них? Коль уж наши ответственные руководители начинают говорить об эффективности в сфере энергетики, то неплохо было начать не с потребителей, а с производителей. Насколько эффективны российские энергетические объекты в сравнении с зарубежными?

Например, в США, в странах ЕС и в Японии эксплуатируются десятки тепловых электростанций на сверхкритических параметрах. Индия, Китай и Южная Корея идут тем же путем, инвестируя в современные технологии сжигания угля. Причем, сверхкритические параметры еще не предел. В последнее время появляются энергоблоки на так называемых «суперсверхкритических» и даже «ультра-сверхкритических» параметрах. То есть угольная энергетика за рубежом не стоит на месте и достаточно активно развивается, опираясь на новейшие научные разработки и планомерно повышая КПД электростанций. Интересно, что в США на долю угольной энергетики приходится до 60% вырабатываемого в этой стране электричества. Лидерство американцев в энергетической сфере напрямую связывают с развитием современных технологий для электростанций, работающих на угле.

Угольная энергетика традиционно считается «грязной», тем не менее, американские специалисты пытаются устранить этот изъян. Серьезный интерес проявляется, в частности, к технологиям газификации угля и к технологиям «чистого» сжигания. Принципиально, что всё это поддерживается американским правительством. Так, на программу «чистый уголь» было выделено три миллиарда долларов из государственного бюджета. Кстати, Китай в последнее время идет тем же курсом, вкладывая серьезные средства в развитие своей угольной генерации.

Мы сейчас не затрагиваем тему развития альтернативной энергетики. Как известно, возобновляемые источники энергии стали особенно популярными в странах ЕС, где на волне очевидных успехов в этой области даже хотят отказаться от угольных электростанций в ближайшей перспективе. Мы не будем обсуждать здесь эти шаги, а равно и влияние «зеленых» на энергетическую политику европейских стран. Важно подчеркнуть, что энергетика во всех передовых странах является для государства приоритетной отраслью и пользуется существенной поддержкой, в том числе финансовой. Кстати, в США также уделяют внимание ВИЭ, даже таким «экзотическим» для нас источникам, как тепло глубинных пород. Напомним, что к 2050 году американцы намерены за счет глубинного тепла вырабатывать 100 ГВт электроэнергии (по объему это составляет 40% от всей российской генерации сегодняшнего дня).

Коль уж речь зашла об эффективности, стоит напомнить о том, какую роль играют современные экологические требования при модернизации традиционных генерирующих мощностей (в той же угольной энергетике). В странах ЕС, как мы знаем, экологические требования очень жесткие. Это вынуждает производителей энергии всерьез заниматься внедрением передовых технологий, дабы сократить выбросы тепла и парниковых газов в атмосферу. В этом, собственно, - слагающая энергоэффективности, которая начинается не с потребителей, а с производителей. 

Как обстоят дела с эффективностью в нашей стране? Какие успехи могут продемонстрировать российские «эффективные» менеджеры в столь важной стратегической сфере? Где у нас очевидные технологические прорывы, где новейшие энергетические объекты, соответствующие уровню XXI века? Наконец, много ли вложено государственных средств в эту стратегически важную отрасль, дабы не было отставания от других стран?

Думаю, любой из нас понимает, что похвастаться здесь особо нечем. Я не хочу сказать, что у нас этих проблем не понимают. Понимание есть, безусловно. Мало того, российские ученые, чья работа прямо или косвенно затрагивает технологии в сфере энергетики,  постоянно напоминают властям о необходимости коренной модернизации в этой отрасли. Отметим, что более половины крупных энергетических объектов в России уже подходят к тому рубежу, когда им потребуется капитальный ремонт. Тепловые электростанции в нашей стране уже морально устарели. Но если сегодня даже в развивающихся странах переходят на сверхкритические параметры, то у нас это всё происходит пока что только на уровне разговоров.

В последнее время представители Минэнерго начали много говорить о модернизации ТЭС. Такое впечатление, что российские чиновники неожиданно открыли для себя новые возможности, о которых они как будто не помышляли все последние двадцать-тридцать лет – то есть за всё то время, когда в других странах шло стремительное обновление генерирующих мощностей. Конечно, в теории мы выглядим неплохо. Я бы даже сказал, что чиновники научились очень красиво и складно говорить – настолько складно, что придраться к их словам просто невозможно. Неприглядная картинка, как всегда, замечается на практике, которая почему-то постоянно не срастается с правильной теорией.

Возьмем наш город. Как мы знаем, в Новосибирской области электроэнергии потребляется больше, чем совокупно производится здешними электростанциями. Для региона, претендующего на новый индустриальный рывок, ситуация выглядит не очень хорошо. Прежде чем оглашать амбициозные планы, стоило бы для начала поставить вопрос о преодолении энергодефицита. Когда-то у нас рассматривался вопрос о строительстве еще одной крупной ТЭЦ, но со временем стало понятно, что частным инвесторам такие проекты не интересны, а государство раскошеливаться на это дело также не намерено (денег, как всегда, у нас нет). Сегодня мы видим, как построенная в середине 1980-х ТЭЦ-5, с которой в то время связывали прорывные технологии сжигания угля (речь идет о водно-угольной суспензии), банально переводится на бурый уголь.  Никаких впечатляющих прорывов здесь мы не наблюдаем, как и строительства новых суперсовременных энергетических объектов (я говорю сейчас о большой энергетике). Фактически, в этой отрасли всё остается по-старому. Никаких технологических прорывов мы не наблюдаем вовсе. И если говорить откровенно, то мы видим использование остатков советского наследия (до каких пределов, пока еще не понятно).

Тем временем сибирские ученые презентуют свои разработки для угольной энергетики, предлагают новые подходы и проекты, уже практически не надеясь быть услышанными теми, кто в этом (по идее) должен быть заинтересован. Речь идет о крупных энергетических компаниях и о правительстве. До последнего времени были надежды на начало серьезных перемен (ведь в теории мы ориентируемся на передовые страны). Однако в прошлом году в Минэнерго недвусмысленно дали понять, что никаких масштабных государственных вложений в технологическую модернизацию генерирующих мощностей (по примеру США или Китая) не планируется. Денег, как всегда, у нашего правительства не оказалось. Что касается руководителей Минэнерго, то их, судя по всему, в большей степени интересует так называемое «управление спросом», чем внедрение современных технологий. При таких приоритетах тема тарифов кажется куда более актуальной, чем переход на «какие-то там» сверхкритические параметры.

Андрей Колосов

«Мне дух земли родней, желанней / Благодаря его влиянью я рвусь вперед, как во хмелю» - эти строки из бессмертного творения Гёте о докторе Фаусте в какой-то мере отражают общий настрой немецких естествоиспытателей, живших на рубеже XVIII – XIX веков. Примечательно, что дух ренессансной натурфилософии задержался в Германии на пару столетий, найдя себе открытое выражение как в отвлеченных философских трудах, так и в работах тогдашних натуралистов. Более того, именно здесь вызревала мощнейшая реакция на торжество механицизма и рационализма, которые в названный период определяли пути развития не только науки, но и всей западной цивилизации.

В наши дни уже плохо понимают необычную коллизию, возникшую в интеллектуальной среде благодаря убедительной победе современной науки, отринувшей старую натурфилософию. Естествознание классической эпохи принято называть «аналитическим», намекая тем самым на характерный метод познания, когда объект исследования разбирался на отдельные «винтики» и рассматривался по частям. Целое в этой картине утрачивало свое значение, отходило на задний план и фактически никак не определяло понимания сущности вещей. Исследователь, взявший на вооружение принципы точной науки, не рассматривал природные объекты в их связи с единым целым. Точнее, его это единство почти никак не интересовало. В XVIII веке такой подход к объекту считался прогрессивным, и его сторонники (как это часто бывает) даже во многом перегнули палку, воспринимая природу как безжизненную механическую конструкцию, постигаемую через рассмотрение ее составных частей.

Реакция на эту крайность не заставила себя ждать. В частности, немецкие натуралисты не скрывали своего романтического отношения к природе, усматривая в ней наличие жизненных и творческих сил. Этот взгляд может показать архаичным, но именно он, как ни странно, во многом предвосхитил современные тенденции в естествознании, определившие характер научной мысли XX столетия.

Труды Гёте в этом плане особенно показательны. В то время увлечение естественными науками было для образованных людей в порядке вещей. Но есть один принципиальный момент, касающийся самих истоков этой жажды познания.

Гёте, как и его единомышленники, не ограничивался сбором и анализом фактов. Факты и аналитика для него – не главное. Скрупулезно сопоставляя кости различных животных, он пытается увидеть то, что недоступно взору обычного ученого-эмпирика – он пытается увидеть единый план строения живых существ. Гёте стремится проникнуть в святая святых – узреть общий замысел творения, разгадать основную тайну природы. Причем, он совсем не скрывал своих мотивов, заявляя о них прямо и недвусмысленно.

Мы не можем сказать, будто это была всего лишь причуда отдельно взятого поэта, увлекшегося естествознанием. Как я заметил выше, в трудах Гёте отразилась целая тенденция, имеющая далеко идущие последствия для науки. Немецкий поэт был не одинок в своих романтических изысканиях. По сути, так зарождалось эволюционистское направление в естествознании, без чего сегодня невозможно представить науки о природе вообще. Мы отчетливо видим, на какой идейной почве зарождался эволюционизм, какие принципы были поставлены здесь по главу угла и главное – какое отношение имел эволюционизм к познанию как таковому, откуда взялась эта идея и для чего её с таким пылом утверждали и отстаивали в научных баталиях.

К сожалению, эта предыстория уже не воспринимается как что-то принципиально важное. После триумфальной победы дарвинизма его предшественники остались в тени знаменитого английского ученого. Однако нужно понимать, что именно они формировали ту идейную атмосферу, благодаря которой теория Дарвина получила такой оглушительный успех. Без их «подготовительной работы» на нее мало бы кто обратил внимание. Не без стараний таких натуралистов, как Гёте, тема происхождения видов получила «прописку» в академическом сообществе. В противном случае она была бы отринута «строгими» учеными как явный пережиток старой натурфилософии.

К слову, понятие эволюции в его нынешнем значении утвердилось только после Дарвина. Во времена Гёте (то есть в первой половине XIX столетия) под эволюцией обычно понимали индивидуальное развитие живого существа – от эмбриона к взрослому организму. В трудах натуралистов того времени вы не найдете дотошно составленных эволюционных родословных, не найдете никаких «прогулок с динозаврами» и прочих углублений в доисторические эпохи (чем сегодня неизменно сопровождаются картины становления жизни на Земле). Ученые того времени не оперировали с такой легкостью миллионами и миллиардами лет, как это принято в наши дни. Всё только-только начиналось.

Задача, которую ставили перед собой предшественники Дарвина – обосновать саму возможность трансформации живых существ. Условно говоря, обосновать возможность превращения гипотетического бегемота в гипотетического слона. В качестве обоснования таких трансформаций как раз и выступал единый план строения всех живых существ. Его как будто угадывали при сопоставлении скелетов различных животных. Сторонники эволюции были уверены в том, что единый план существует, а раз так, значит, превращения возможны и могут укладываться в логику естественных процессов, нисколько не противореча законам природы.

Гёте в некоторых отношениях шел еще дальше своих коллег-единомышленников, пытаясь стереть границу между животным и человеком. О том, что человек имеет анатомическое сходство с обезьяной, говорили уже тогда, задолго до Дарвина. Но не всем хватало смелости поставить разумное существо в один ряд с неразумными тварями. Объективной преградой к подобному допущению служил один факт – отсутствие у человека межчелюстной кости, явно присутствующей у прочих млекопитающих. Гёте попытался дать тому собственные пояснения. Он доказывает наличие таковой кости и у человека (точнее, следы её былого присутствия), тем самым обосновывая возможность (давайте вдумаемся в это!) родства между обезьяной и человеком.

С позиции наших дней такой взгляд оценивается не иначе, как «прогрессивный». Но во времена Гёте всё было совершенно по-другому. Тон в науке о жизни задавали мыслители иного плана. Самым влиятельным авторитетом тогда был великий французский натуралист Жорж Кювье, который для биологов играл примерно такую же роль, какую Ньютон играл для физиков. Кювье, прекрасно владевший немецким языком, очень высоко оценивал немецкую систему образования, ставя её выше французской. Однако при этом он укорял некоторых немецких натуралистов в том, что они тянут науку назад, пытаясь возродить давно уже устаревшую натурфилософию с её пантеистическим взглядом на мир. Гёте принадлежал как раз к этому «лагерю», и подобный упрек со стороны знаменитого французского ученого не мог остаться без ответа. Он, безусловно, признавал научные заслуги Кювье, но совсем не разделял его неприятия тех идей, которые провозглашали первые эволюционисты. То, в чем Кювье видел пережиток прошлого, для Гёте как раз являлось признаком прогресса.

Столкновение указанных позиций вылилось в знаменитую дискуссию между Жоржем Кювье и его коллегой Жоффруа де Сент-Илером. Дискуссия состоялась в стенах французской Академии весной 1830 года. Причем, что характерно, она приняла открытый, публичный характер (что для тех времен было не типично). Гёте внимательно следил за этим событием, вызвавшим с его стороны куда больше внимания и переживаний, чем бурные социальные протесты, охватившие Францию в том же году. Итог дискуссии стал для него неутешительным. Победу признали за Кювье, доказавшим несостоятельность идеи единого плана строения живых существ (именно за неё ратовал Сент-Илер, единомышленник Гёте).

Кювье, по признанию самого Гёте, стремился к точному описанию объектов, к освоению обширного материала. Сент-Илер, напротив, «в тиши трудится над аналогиями существ и таинственным родством их».  Первый движется от одиночного к целому. Второй хранит целое в своем «внутреннем сознании» и живет в убеждении, что «одиночное может постепенно развиться из него». Для Кювье отвлеченные рассуждения о происхождении и трансформации видов как раз и были явным пережитком натурфилософии. Однако, несмотря на убедительность выдвинутых им аргументов, его победа в дискуссии не поставила точку в этом вопросе. Мало того, дискуссия, будучи публичной, только подхлестнула интерес к указанной теме. Тридцать лет спустя она вспыхнула с новой силой, завершившись на этот раз триумфом эволюционизма. Гёте не дожил до этого времени (он умер в один год с Кювье), хотя, судя по его высказываниям, он нисколько не терял надежды именно на такой исход.

Впрочем, не стоит думать, будто для него был принципиально важен какой-то реванш. Он признавал необходимость (и даже неизбежность) обоих подходов к исследованию природы. И, тем не менее, случилось так, что именно противники эволюции попали со временем в число реакционеров и противников научного прогресса (куда ненароком угодил и сам Кювье).

Олег Носков

Если бы «Волшебника из страны Оз» писали в наше время, Страшила мог отправиться за мозгами прямиком в научно-исследовательский институт, ведь их уже выращивают в лабораторных условиях. В России всего несколько мест, где работают с новой технологией, одно из них — в новосибирском Академгородке.

Конечно, пока это не полноценные, а мини-мозги, или церебральные 3D-органоиды. «У нас они живут около трех месяцев и вырастают в среднем до 5 мм, при этом развиваются так же, как мозг человеческого эмбриона», — рассказывает младший научный сотрудник ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» Татьяна Александровна Шнайдер. Молодая ученая вместе с коллегами уже около года культивирует церебральные органоиды в отделе молекулярных механизмов онтогенеза.

3D-органоиды — трехмерные ткани, которые по строению очень близки к отдельным частям настоящих органов. Условно говоря, это зачатки органов, выращенные из стволовых клеток. Первые органоиды получили в Австрии в 2013 году. С тех пор направление быстро развивается. Ученые уже создали, например, органоиды почек, печени, легких, сетчатки глаза.

С церебральными органоидами можно проводить эксперименты, которые до того относились к области фантастики. Мини-мозги проходят те же стадии развития, что и мозг зародыша, а значит, позволяют in vitro наблюдать за процессом нейрогенеза и за тем, как на него влияют различные факторы. Ведь развитие плода в утробе матери — это период, когда закладываются многие наследственные заболевания мозга и нервной системы. С настоящим мозгом таких опытов проводить нельзя: так как он надежно спрятан в черепной коробке, его невозможно изучать без того, чтобы нанести вред организму, в том числе и самому серому веществу.

На мини-мозгах изучают формирование таких тяжелых психических расстройств, как шизофрения и болезнь Альцгеймера. Также эти органоиды оказались полезными в исследованиях механизмов действия вируса Зика, пандемия которого случилась в 2014 году (если вирус переносит беременная женщина, он вызывает микроцефалию у плода). А еще с помощью церебральных органоидов пытаются найти ген, который делает нас людьми. Например, ученые сравнивали органоиды человека, орангутангов и шимпанзе. Есть работы по «обнеандерталиванию» мини-мозгов: в США и в Швеции, в группе биолога Сванте Паабо, вырастили органоиды с вариантами генов, которые отличаются у неандертальца и homo sapiens.

Пионер в области выращивания мозговых органоидов — профессор Мадлен Ланкастер (Madeline Lancaster) из Кембриджского университета в Великобритании. В ФИЦ ИЦиГ СО РАН мини-мозги начали выращивать, чтобы изучить влияние на развитие головного мозга гена CNTN6, кодирующего белок контактин 6: у некоторых людей с умственной отсталостью ген не работает. Исследователи предполагают, что результат этой «поломки» может проявляться на самой ранней, эмбриональной стадии жизни клеток. Если эксперименты подтвердятся, полученные данные можно будет использовать в пренатальном скрининге — тестировании потенциальных проблем со здоровьем у будущего ребенка.

«Мы, по сути, моделируем болезнь в лабораторных условиях. К этому пришли не сразу. Сначала пытались работать с однослойными структурами из выращенных нейронов: это относительно простая по сегодняшним меркам процедура, но насколько такие клетки соответствуют настоящим нейронам, не ясно. Затем трансплантировали человеческие клетки в головной мозг эмбрионов мышей, но всё это не дало нужного результата», — рассказывает генетик. Неудачи подтолкнули Татьяну Шнайдер к тому, чтобы попробовать получить трехмерный церебральный органоид: несколько месяцев было потрачено на подбор нужных условий для роста мини-мозгов, теперь технология успешно работает.

Всё начинается с того, что у человека берут небольшой образец верхних слоев кожи. Это безболезненная процедура, которая нужна, чтобы получить так называемую первичную культуру. Для создания органоидов в ФИЦ ИЦиГ СО РАН используют клетки кожи пациентов с умственной отсталостью, у которых есть повреждения в гене CNTN6. Из соединительной ткани кожи выделяют отдельные клетки — фибробласты. Их пересаживают в чашки, где они какое-то время растут и делятся. Затем наступает этап перепрограммирования клеток: специальные вирусы доставляют в ядра клеток белки, запускающие процесс превращения фибробластов в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПС-клетки).

Из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток можно получить любой тип клеток. Это полные аналоги эмбриональных стволовых клеток, которые есть у зародышей всех млекопитающих на ранней стадии развития (на стадии бластоцисты), и из которых потом формируются все органы и ткани.

Чтобы получить трехмерную структуру, ученые скатывают ИПС-клетки в шарики. После чего клетки начинают специализироваться, превращаясь в три зародышевых листка, совсем как это происходит у настоящего эмбриона: эктодерму, энтодерму и мезодерму. В данном случае ученых интересует именно эктодерма, из которой образуются нейроны, а потом формируется нервная система, в том числе и головной мозг. «Мы помогаем эктодермальным клеткам. Они получают преимущество по сравнению с другими в виде определенных компонентов культуральных сред (питательных растворов), поэтому начинают хорошо расти. Остальные либо гибнут, либо остаются совсем в небольшом количестве», — говорит Татьяна Шнайдер.

На ранних этапах развития головного мозга клетки должны «понимать», где у него «верх» и где «низ»: это помогает им мигрировать в нужном направлении и правильным образом взаимодействовать. Чтобы помочь клеткам органоида определить его границы, ученые используют специальный гель. Татьяна Шнайдер поясняет: «Основной компонент геля — это белки, которые концентрируются на поверхности органоидов, клетки их распознают как сигнал “верхней границы” (базальная мембрана), а внутри самого органоида спонтанно образуются “внутренние границы” (апикальная мембрана)».

После этих манипуляций емкости с мини-мозгами переносят на орбитальный шейкер. Это платформа, которая вращается по кругу с определенной скоростью для того, чтобы питательные вещества и кислород лучше проникали внутрь органоида. Устройство довольно простое, однако нужно правильно подбирать скорость вращения: если она будет слишком большой, мини-мозги могут повредиться, слишком медленной — к клеткам не поступит достаточно питания.

«Я работаю с 10—12 линиями ИПС-клеток одновременно. На каждую линию приходится планшет с 96 лунками, в каждой лунке сидит будущий органоид. То есть всего около тысячи потенциальных мини-мозгов, о которых нужно индивидуально заботиться, менять среду. Сложнее всего первые две недели, когда они особенно чувствительны. Чтобы их не повредить, всё нужно делать очень аккуратно», — говорит Татьяна Шнайдер.

Многие генетики пытаются улучшать мини-мозги при помощи разнообразных дополнений. Например, их сдавливали с двух сторон стеклышками, и эта сила способствовала формированию у них подобия мозговых извилин. Но главной проблемой церебральных органоидов является отсутствие кровеносных сосудов. Из-за этого их размер и время жизни ограничено: клетки, находящиеся глубоко внутри, не получают достаточного количества питательных веществ.

Могут ли мини-мозги мыслить? По мнению Татьяны Шнайдер, это маловероятно: «Мы мало что знаем, а точнее, практически ничего не знаем о внутриутробном мыслительном процессе человека. У нас нет инструментов, позволяющих проверить, мыслят ли органоиды. Из того, что доступно сегодня, — это померить электрофизиологические параметры нейронов. Недавно вышел препринт статьи зарубежных ученых про похожесть энцефалограммы мини-мозгов и недоношенных детей, но сделать из этих результатов какие-то выводы невозможно. Органов “выражения мыслей” у органоидов нет: написать, нарисовать или сказать они не могут. Но главное, в процесс мышления вовлечены несколько отделов мозга, а органоид обычно представляет собой только один отдел».

В новосибирском Академгородке занимаются органоидами кортекса (переднего мозга), а вообще в мире уже искусственно выращены и гиппокамп, мозжечок, различные ядра.  Чаще всего это отдельные органоиды, поскольку для каждого типа нужны свои специальные условия (то есть разные химические соединения).

Работа выполняется при поддержке гранта РНФ 14-15-00772.
 
Александра Федосеева

В новосибирском Академгородке состоялось совещание министра науки и высшего образования Российской Федерации Михаила Михайловича Котюкова с руководителями научных организаций и ректорами вузов Сибири, посвященная национальному проекту «Наука».

На встрече обсуждались результаты работы стратегической сессии «Национальный проект ‘’Наука’’: механизмы, инструменты, реализация», которая прошла в Новосибирском государственном университете 24 и 25 января. Работа на сессии велась в четырех подгруппах по направлениям: приоритеты стратегии научно-технологического развития Сибири, образование научно-образовательных центров (НОЦ), достижение целей нацпроекта на уровне организаций, подготовка кадров.

«Для нас очень важно услышать итоги прошедших обсуждений: мы находимся на старте нацпроекта, и хотим получить обратную связь, которая позволит нам сформировать более взвешенные решения и вместе добиться более серьезных результатов», — отметил в приветственном слове Михаил Котюков.

Результаты работы группы по научно-технологическому развитию Сибири представлял директор Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН академик Александр Васильевич Латышев. Группа сформулировала необходимые изменения в системе организации исследований в Сибири, в частности: увеличение эффективности международного сотрудничества (конференций, совместных исследований) и взаимодействия с индустриальными партнерами; создание государственного реестра разработок и технологий, возможных к реализации и внедрению; формирование проектов полного цикла от генерации знаний до разработки технологий в интересах бизнеса; обеспечение тесной интеграции научных организаций и университетов в целях коммерциализации результатов исследований.

Директор Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН академик Валерий Иванович Бухтияров рассказал о трудностях, которые стоят на пути достижения целей национального проекта «Наука» на уровне организаций. «К этим целям относятся развитие публикационной активности, промышленно направленной науки и увеличение внутренних затрат на исследования и разработки за счет внебюджетных источников финансирования. Для того чтобы увеличить число и качество научных статей, конечно, необходимо думать об увеличении числа научных работников, но нужно и повышение эффективности их работы, в том числе обновление приборной базы и закупка организациями оборудования напрямую, без проведения конкурса. Речь идет о малых контрактах — условно говоря, до 100 тысяч рублей. Когда вы проводите эксперимент, быстрая покупка какой-то мелочи порой очень важна», — отметил Валерий Бухтияров. Академик также подчеркнул необходимость выведения патентов как средства заработка научной организации из перечня особо ценного имущества, так как в таком случае продажа патента заинтересованной фирме требует длительного и сложного согласования. «В прошлом году мы не смогли согласовать ни одного патента», — сказал директор ИК СО РАН.

Задачей группы, занимающейся научно-образовательными центрами, была выработка концепции НОЦ. «Хотя эти центры называются научно-образовательными, нужно не забывать, что они должны быть ориентированы на новые технологии. С нашей точки зрения, основная идея образования НОЦ — это создание территории, привлекательной для технологического бизнеса», — сказал директор Института гидродинамики имени М.А. Лаврентьева СО РАН доктор физико-математических наук Сергей Валерьевич Головин. В качестве источников развития НОЦ, помимо государственной поддержки, предполагается создание R&D центров отечественных и иностранных глобальных технологических компаний.

Директор Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН доктор технических наук Игорь Николаевич Ельцов, модератор подгруппы, посвященной научным кадрам, перечислил проблемы, существующие в этой сфере: «Необходимо возрождать академическую аспирантуру: сейчас материально-технические и финансовые условия работы аспирантов и молодых ученых не выдерживают международной конкуренции. Также сегодня большие трудности испытывают диссертационные советы, в частности, в Сибири нехватка диссоветов по педагогическим наукам. Большая группа проблем — отсутствие инфраструктуры для молодых специалистов и программ академической мобильности, это кампусы, служебное жилье, механизмы ‘’миграции’’ ученых по миру. Кроме того, у нас полностью отсутствует поддержка научно-вспомогательных кадров (инженеров, конструкторов, технологов, ИТ-специалистов), долгосрочные программы по подготовке и повышению квалификации кадрового резерва специалистов всех уровней, а также курсы повышения квалификации для директоров институтов, ректоров и проректоров вузов».

«Мы предлагаем на базе национальных центров компетенций организовать площадки (ими могут быть инжиниринговые центры), где в рамках отдельных проектов будут отрабатываться пути взаимопонимания бизнес-сообщества и научного сообщества. И это должно идти в рамках образовательного процесса. Только так мы можем воспитать те кадры, которые нужны для реализации проекта ‘’Наука’’. Используя опыт таких пилотных проектов, можно будет разрабатывать комплексные подходы и масштабировать их в формате страны», — добавил директор Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН член-корреспондент РАН доктор химических наук Дмитрий Владимирович Пышный.

«Эти масштабные задачи нам надо будет решать сообща, не надо ждать, что кто-то сверху спустит схему, которую необходимо выполнить. Нам следует совместно ее смоделировать и реализовать», — прокомментировал результаты встречи Михаил Котюков.