​Так уж вышло, что вся жизнь профессора Максима Тимофеева связана с Байкалом. Здесь прошло детство директора Научно-исследовательского института биологии Иркутского государственного университета, лауреата премии Правительства РФ в области науки и техники для молодых ученых, автора более 50 статей, опубликованных ведущими иностранными журналами, здесь он ведет перспективные исследования, Байкалу обязан известностью в научном мире.


- Байкал - удивительное место, - рассказывает Максим Тимофеев. - Гигантское озеро содержит 23 тысячи кубических километров воды и по объему превосходит, например, Балтийское море. Здесь обитают более 2500 видов животных, большая часть из которых - эндемики. Биоразнообразие организмов огромно: на многих участках побережья озера на одном квадратном метре дна можно обнаружить несколько десятков видов эндемиков, их количество исчисляется тысячами. Это уникальное явление, ничего подобного нет ни в одном пресноводном водоеме мира. Здешнее биоразнообразие организмов сопоставимо с экосистемами коралловых рифов тропических морей.

Почти 20 лет я занимаюсь изучением механизмов стрессовой устойчивости байкальских обитателей. Эндемичная фауна - уникальный объект для подобных исследований. В озере встречаются виды, крайне чувствительные к малейшему изменению условий среды, и виды, обладающие выдающимися адаптивными способностями, например, способностями приспосабливаться к критическим перепадам температуры. В прибрежной зоне озера часто можно наблюдать резкие понижения температур - даже на 20 градусов (когда ветер сгоняет с поверхности нагретую до 20-25оС воду и почти мгновенно ее охлаждает до 4-6о С.

При этом прибрежные обитатели испытывают так называемый холодовой шок. Незакаленный человек с трудом выдержит подобные перепады, а многие байкальские рачки, моллюски, другие организмы прекрасно их переживают. Они всегда наготове, а потому специально накапливают мощные энергетические ресурсы и большие запасы так называемых универсальных стрессовых белков - это позволяет им переживать неожиданные стрессовые ситуации. Зимой некоторые виды примерзают ко льду, но, разморозившись, обязательно выживают. В то же время в Байкале встречается множество видов, суперчувствительных к малейшим изменениям среды обитания. Некоторые глубоководные виды не способны переносить даже минимальные отклонения газового состава среды или сдвиг температуры обитания на 1-2 градуса, другие крайне чувствительны к загрязнениям.

- Когда говорят о многообразии фауны Байкала, обычно имеют в виду сохранность эндемиков. Вы же используете добытое знание еще и в практических целях? 
- Да, уникальность древнего озера открывает широкие возможности прикладных исследований, но о них мало кто задумывался. Наш институт старается не только придерживаться определенного уровня “фундаментальности” исследований, но и не забывать про перспективы дальнейшего прикладного использования их результатов. Изучая, например, влияние симбиотических актинобактерий - они водятся в глубоководных байкальских рачках-падальщиках - на стрессовую устойчивость этих рачков, мы обнаружили, что многие бактерии интенсивно синтезируют биологически активные вещества и антибиотики. Интересно, что, питаясь трупами, содержащими токсины и болезнетворные бактерии, эти “санитары” Байкала живут довольно долго (некоторые - больше 10 лет), успешно размножаются и достигают гигантских для этой группы размеров - более 10-15 сантиметров. И помогают им выживать эти самые симбиотические бактерии. Мы основательно взялись за изучение этого вопроса и сформировали в институте новое прикладное направление. Его задача - поиск актинобактерий, синтезирующих новые антибиотики. А конечная цель - выделение неизвестных науке штаммов и химических молекул с фармацевтической активностью.

Мы получили уже несколько сотен штаммов таких высокоэффективных продуцентов, убивающих болезнетворные бактерии, изучили их и описали. Из этого “сырья” можно получать антибиотики для борьбы с инфекциями. И не только в медицине, но и ветеринарии - животноводстве, птицеводстве, в аквакультуре. Последние четыре года исследуем штаммы-продуценты вместе с коллегами из Института фармацевтических исследований им. Гельмгольца в Саарбрюккене (Германия). Выделенными нами штаммами заинтересовались и несколько отечественных фармкомпаний. Сейчас ведем переговоры о возможности дальнейших исследований, так что перспективы серьезные. 

- Но исследования требуют немалых средств, есть ли они у университета? 
- Нет, у университета, конечно, таких средств нет. Мы работаем исключительно благодаря грантам - отечественным и международным. Многие работы, особенно высокотехнологичные, выполняем в зарубежных научных центрах, в основном в Германии. Сейчас интенсивно сотрудничаем сразу с тремя институтами объединения им. Гельмгольца: вышеупомянутым Институтом фармацевтических исследований в Саарбрюккене (HIPS), Центром экологических исследований в Лейпциге (UFZ) и Институтом полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера в Бремерхафене (AWI). Это крупнейшие известные научные центры Германии и Европы. С ними мы образовали коллаборации, разрабатывающие совместные проекты, рассчитанные на 5-10 лет. Сотрудничаем также с коллегами из Финляндии, США, Сингапура. 

- А в РФ кто вам помогает?
- Три года назад в отечественной науке произошли серьезные изменения: был создан Российский научный фонд (РНФ). Благодаря РНФ появились ранее недоступные возможности привлечения средств на научные исследования, сопоставимые с крупными международными грантами. Нам удалось победить в самом первом конкурсе 2014 года. Думаю, фонд привлекла возможность поддержать фундаментальные исследования на уникальной научной площадке - Байкале. В следующем году сотрудники нашего института вместе с коллегами из Финляндии получили еще один грант. И мы запустили принципиально новое для нас направление исследований по разработке новейших методов оценки состояния живых организмов с помощью имплантируемых оптических сенсоров, о них я расскажу позже. В этом году, когда закончился наш первый грант, выиграли новый (третий по счету) - на разработку темы стресс-адаптации эндемиков.

Сейчас изучаем группу организмов, обитающих под метровым байкальским льдом. Зимой там возникают уникальные условия перенасыщения кислородом - гипероксия. Сквозь прозрачный байкальский лед проникают солнечный свет и ультрафиолет. Это приводит к тому, что фитопланктон и разнообразные подледные водоросли усиленно размножаются, формируя второй (зимний) пик цветения. Подо льдом происходит накопление выделяемого ими кислорода - он скапливается, не имея возможности покинуть воду. Образуется перенасыщенная кислородом “газировка”, в которой при температурах, близких к точке замерзания, и в практически дистиллированной ультрапресной воде находятся эндемичные виды.

Обитание в подобных условиях для большинства водных организмов токсично, а переизбыток кислорода в среде крайне разрушительно действует на организмы и вызывает окисление клеточных структур: мембран, белков, ДНК. Наблюдается так называемый окислительный, или оксидативный, стресс. Отмечу, что оксидативные повреждения - одни из главных причин многих тяжелых патологий не только у байкальских подледных рачков, но и в целом у всех аэробов - от насекомых до человека. Они лежат в основе множества заболеваний, например сердечно-сосудистых и онкологических, а также процессов старения. И если мы выясним, как байкальские эндемики с ним справляются и почему рачкам не страшен окислительный стресс, то, возможно, удастся выработать меры повышения антиоксидантной устойчивости и для других организмов, включая человека.

Еще одно важное направление, о котором я уже говорил, связано с биосенсорикой. В настоящее время разработка технологий непрерывной прижизненной (так называемой in vivo) оценки стрессовых состояний живых организмов - один из самых актуальных и востребованных трендов в мировой науке. Несколько десятков лабораторий по всему миру конкурируют в этой области. Мы вплотную занялись сенсорными исследованиями несколько лет назад после знакомства с работами коллег из Сингапура и Финляндии. Сначала мы учились у них, а теперь они уже многому учатся у нас. Так нам удалось не только создать работающие микросенсоры, чувствительные к pH (уровню кислотности внутренней среды), но и с их помощью впервые измерить динамику изменения кислотности в разных организмах в условиях стрессовых воздействий.

Созданные нами микросенсоры - это полупроницаемые полимерные капсулы диаметром несколько микронов - с биосовместимым покрытием - которые содержат флуоресцентные красители, реагирующие на различные воздействия. Сенсоры впрыскивают в жидкую среду организмов (кровь или гемолимфу), и они, легко проходя через капилляры, распространятся по всему кровотоку. С одной стороны, они служат своего рода маячками, позволяя отследить перемещение организмов, с другой - постоянно флуоресцируют, и характер их флуоресценции непрерывно меняется в зависимости от изменений химических условий среды (крови или гемолимфы), а следовательно, и состояния тестируемого организма. Мы считываем эти сигналы. Это практически идеальное средство для постоянного контроля ключевых показателей живых организмов. Сейчас у нас в разработке сенсоры на содержание кислорода, накопление разных метаболитов или тяжелых металлов и т.п.

Первую нашу статью о сенсорах-маячках мы опубликовали в одном из журналов издательства Nature Publishing Group, затем была целая серия статей. Недавно напечатали очередную статью, в которой показали возможность изменения кислотности in vivo в сверхмалых органах - в мозге микроскопических эмбрионов рыб данио-рерио (рыбы-зебры) - классического лабораторного объекта. Отмечу, что разрабатывают эти направления молодые и очень увлеченные наши сотрудники. Благодаря публикациям к нам обращаются желающие работать в данном направлении. Мне регулярно поступают письма с обращениями молодых и амбициозных исследователей из разных городов России (включая Санкт-Петербург и Москву), а также из Белоруссии, Украины и даже Германии. Молодежь готова приехать в Иркутск на работу, за тысячи километров от родного дома. Считаю, что этим можно гордиться, рассматривая как немаловажное свидетельство нашего признания в научном мире.

Естественно, молодые люди не представляют особенностей нашего положения, что у нас, например, нет ставок и я не могу гарантировать им постоянную зарплату. Ведь на весь наш институт с более чем 50 сотрудниками у нас всего семь (!) гарантированных бюджетных ставок, остальные - проектные и хозрасчетные. Конечно, это заставляет много работать, изрядно изматывает, зато помогает держать форму. 

- Что дальше? Как собираетесь развивать новые научные направления?
- Все зависит от финансирования, поэтому главная наша цель - подготовить полновесные отчеты и заработать новые гранты. Но и о старых не забывать: второй грант РНФ заканчивается в этом году, и мы рассчитываем на продолжение, поскольку уверены, что наши новые направления чрезвычайно перспективны и важны. Надеемся, что микросенсоры быстро найдут применение не только в научных исследованиях, но и в промышленности. У нас полно идей, как применить наши сенсоры для нужд сельского хозяйства и животноводства. Есть интересные мысли их использования в медицине, например, для наблюдения за распространением метастаз при онкозаболеваниях. Так что работы хватит на много лет. 

В заключение отмечу, что сегодня внимание к Байкалу концентрируется исключительно на природоохранной деятельности и фундаментальных исследованиях. Безусловно, это чрезвычайно важно, но нельзя игнорировать эксклюзивные возможности этого озера для развития прикладных направлений, разработки современных технологий, особенно биотехнологических. Надеюсь, научный интерес к Байкалу будет только возрастать. 

Юрий ДРИЗЕ

Похожие новости

  • 01/06/2017

    Что защищают экологи?

    ​Несмотря на то, что на территории Новокузнецка расположено много крупных промышленных объектов, в его зеленой зоне сохранилось много уникальных природных памятников, о существовании которых большинство горожан даже и не подозревает.
    319
  • 06/11/2017

    Нестоличная наука

    ​​Новый минерал с Камчатки, программа по борьбе с борщевиком и другие открытия и разработки российских учёных, сделанные вне Москвы и Санкт- Петербурга.  1. Петропавловск-Камчатский  Новый минерал описали ученые из Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН совместно с австралийскими коллегами.
    122
  • 02/01/2017

    Главные научные события 2016 года: секвенирование экзома, перепрограммирование клеток и трансфер технологий

    Редакция STRF.ru выяснила у представителей российского сектора исследований и разработок, что они считают главным научным событием 2016 года, каких наиболее значимых результатов они и их научные коллективы достигли в уходящем году, а также каковы их планы на 2017-й.
    995
  • 17/05/2016

    Профессор Джулиан Мертон: «Котловины вроде Батагайки могут возникнуть в других местах»

    ​Ученые Института прикладной экологии Севера Северо-Восточного федерального университета вернулись из экспедиции в Верхоянский район, где исследовали термокарстовую котловину Батагайка. Несмотря на прохладную погоду и снег, исследователи спустились на глубину 100 метров и отобрали образцы почв, растений, древних отложений.
    959
  • 14/06/2017

    Сотрудники ИРНИТУ и ВСЕГЕИ будут изучать геологические процессы на Байкале

    ​Сотрудники ИРНИТУ, Всероссийского научно-исследовательского геологического института им. А. П. Карпинского (ВСЕГЕИ, г. Санкт-Петербург) и Лимнологического института СО РАН 13 июня отправились в экспедицию по изучению особенностей проявления опасных геологических процессов, связанных с природной миграцией углеводородов.
    476
  • 02/02/2017

    Стратегические академические единицы НГУ в журнале «Наука из первых рук»

    Вышел очередной номер журнала «Наука из первых рук». Ряд статей посвящен работам, которые ведутся в рамках Стратегических академических единиц Новосибирского госуниверситета. Тема номера — «Грани науки будущего».
    524
  • 07/12/2017

    Участники семинара в ИРНИТУ исследуют снежный покров

    ​ИРНИТУ организовал первый научно-исследовательский полевой семинар "Т еоретические и практические аспекты исследования снежного покрова: Южный Байкал". Открытие мероприятия состоялось в Технопарке.
    66
  • 05/05/2017

    Ученые ИРНИТУ представили исследования в области экологических рисков

    ​Недропользователи и инноваторы ИРНИТУ выступили на IV Всероссийской научной конференции с международным участием "Экологический риск". Форум состоялся в Институте географии им. В. Б. Сочавы СО РАН при поддержке Иркутского областного отделения Русского географического общества.
    718
  • 10/05/2017

    Сергей Прокопьев: переработка золошлаковых отходов - это настоящий клондайк

    ​Инжиниринговый центр Иркутского государственного университета - единственный в России, который разрабатывают технологии по переработке техногенного сырья. О том, что на свалках в стране лежат миллиарды рублей, известно многим.
    535
  • 06/11/2017

    Иркутские ученые создали сенсор для оценки состояния крохотных животных

    ​Российские ученые из НИИ биологии Иркутского государственного университета совместно с коллегами из Финляндии и Сингапура разработали микросенсоры, которые отследили физиологическое состояние небольших по размеру животных на примере рыбок данио-рерио (Danio rerio).
    85