​Мы узнаем о достижениях красноярских ученых из случайных новостей и разговоров, но порой недооцениваем значимость этих открытий. Newslab выбрал восемь поводов для гордости сибирской наукой — поводов, о которых уже говорит весь мир, а вы о них обязательно скоро услышите. 

Биополимеры для искусственных тканей и органов

В 90-х годах ученые Института биофизики СО РАН разработали новый материал — биопластотан. «Природный пластик», произведенный из продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, предназначен для создания изделий биомедицинского назначения — от нитей, с помощью которых сшивают раны (после регенерации тканей биополимеры разрушаются), до каркаса для живой ткани.

Сегодня работа с материалом ведется как в Институте биофизики, так и на базе Сибирского федерального университета. В 2010 году стартовал проект по производству и исследованиям материалов. Исследованием медицинских приложений руководит доктор медицинских наук, заведующая кафедрой медицинской биологии Института фундаментальной биологии и биотехнологии СФУ Екатерина Шишацкая. В работе принимают участие исследователи из других сибирских городов (например, Томска), а также коллеги из Германии. Путь до медицинского рынка тернист — биополимеры (конструкции из ультратонких волокон) должны пройти десятки испытаний, но, будем надеяться, в ближайшие годы разработка сибирских ученых станет доступна ученым и врачам во всем мире.

Еще одна сфера использования биополимеров — печать имплантатов из биопластотана, на 3D-принтере. «Запчасть» помещается в организм на место поврежденной кости, а на поверхности оседают остеобласты — клетки, задача которых восстановить и обновить костную ткани. Полимер совместим с организмом, не отторгается, а постепенно полностью разрушается до углекислого газа и воды — по мере того, как клетки начинают формировать костную ткань и твердую костную структуру.

Примечательно, что биопластотан может использоваться не только в качестве медицинского изделия, но и для производства экологичного пластика. Утилизация изделий из биоразрушаемого материала в естественных условиях не наносит вреда окружающей среде.

Исследования биолюминесценции
Красноярский край является одним из лидеров по изучению процессов биолюминисценции в России - видимого в темноте свечения живых организмов. Старт этому направлению дал красноярский академик Иосиф Гительзон. В настоящее время известно более 800 видов светящихся живых существ, среди которых рыбы, ракообразные, моллюски, бактерии, черви, грибы и другие виды.

В 2017 году коллектив Института биофизики СО РАН получил биолюминесцентные белки, которые могут использоваться при тестировании лекарственных препаратов нового поколения. Примечательно, что методика уже внедрена в производство немецкой фармацевтической компанией Bayer AG, в рамках сотрудничества с которой был запущен проект. Белки, выделенные из светящегося планктонного рачка Metridia longa, сибирские учены предлагают использовать для анализа препаратов — проверять их безопасность и эффективность.

Кроме того, красноярские биофизики СФУ с помощью биолюминесценции (прибора-биолюминометра) научились оценивать состояние воздуха и почвы — степень загрязнения и токсического воздействия на живой организм.

Наконец, светящийся белок может быть использован в диагностике, заменяя радиоизотопную метку. Белок направляют в органы, а затем в организм вводят субстрат для свечения. Результаты позволяют в динамике проследить, как уменьшается или увеличивается, например, доброкачественная и злокачественная опухоль. Метод уже прошел доклинические испытания на животных.

Марсианские хроники
В 60-70-е годы в красноярском Академгородке по проекту отца космонавтики Сергея Королева и директора Института физики в Красноярске Леонида Киренского построили бункер - прообраз космической станции - в которой люди могли месяцами жить автономно, без поступлений воды, воздуха или пищи - как в условиях колонизации условной Луны или Марса.

Зимой 1976-1977 гг. прошел четырехмесячный эксперимент, в ноябре 1983 г. - апреле 1984 г. состоялся последний, пятимесячный эксперимент. В конце 1980-х годов финансирование проекта практически прекратилось и БИОС законсервировали, однако результат проекта до сих пор не повторили нигде в мире.

Красноярские ученые дышали кислородом, выделяемым растущими в нем растениями, вода очищалась внутри системы, а рацион, состоявший преимущественно из растительной пищи, также добывался из того, что росло в БИОСе. Бункер был разделен на четыре равных по площади отсека: жилой и еще три с растениями и водорослями. Самый длительный и известный эксперимент занял 180 суток - с 24 декабря 1972 года по 22 июня 1973 года. Удалось достичь полного замыкания системы по кислороду и углекислому газу и почти полного (95 %) по воде. Экипаж получал 100 % необходимой растительной пищи (огурцы, редис, лук), выращенной в БИОСе. В конце 1980-х годов финансирование проекта практически прекратилось и БИОС законсервировали. Однако красноярский опыт вовсе не пропал. Интерес к подобным работам проявили китайцы и европейцы. Именно гранты Европейского Союза стали толчком к модернизации БИОСа.

Расшифровка генома лиственницы
В начале 2019 года группа исследователей лаборатории лесной геномики научно-образовательного центра геномных исследований СФУ объявила о полной расшифровке генома лиственницы. Отметим, геномы хвойных имеют громадный размер, в несколько раз превышающий геном человека. На сегодняшний лишь две команды ученых в мире смогли расшифровать геном хвойного дерева.

Методика расшифровки генома, которую использовали сибирские ученые, позволяет быстро и точно исследовать невероятный объем данных - 12 млрд нуклеотидных оснований. Результаты исследования опубликовал авторитетный журнал BMC Bioinformatics.

Результаты расшифрованного генома могут использованы для создания базы генетических ресурсов лесов и в лесном хозяйстве - например, чтобы использовать для восстановления лесов деревья, оптимально подходящие для конкретных погодных условий и почвы. Кроме того, данные расшифрованного генома красноярцы планируют использовать в качестве инструмента борьбы с нелегальным оборотом древесины.

Аптамеры для диагностики рака

С 2010 года руководитель Лаборатории биомолекулярных и медицинских технологий КрасГМУ Анна Кичкайло (Замай) с коллегами работает с синтетическими одноцепочными молекулами ДНК — аптемерами.

Молекулы могут быть использованы для диагностики и терапии ряда заболеваний (среди них, например, онкология — рак легких, молочной железы, глиобластома головного мозга) — они связываются с молекулами-мишенями и распознавать пораженные клетки на ранних стадиях развития болезней. Успешные эксперименты на лабораторных мышах уже проводились и были успешными.

Аптамеры способны адресно доставлять лекарственные препараты до клеток и тканей, что позволяет разрабатывать препараты на их основе.

В 2019 году красноярские ученые рассказали о первых наработках по выявлению рассеянного склероза новым методом. Исследователи Красноярского научного центра СО РАН совместно с коллегами из Института фундаментальной медицины и химической биологии и медуниверситета предлагают выявлять заболевание с помощью аптамеров и биолюминесцентных белков, которые взаимодействуют с клетками крови (сейчас заболевание выявляют с помощью ряда анализов и МРТ). Это поможет обеспечить раннюю диагностику заболевания.

Исследование метода уже провели на 177 пробах крови здоровых и больных людей с подтвержденным диагнозом. Распознавание здоровых пациентов с отрицательными показателями составляет 96 %. Вероятность того, что пациенты с положительными результатами действительно имеют заболевание — 52 %.

Деревья и глобальное потепление

Огромный вклад в мировую науку внесли красноярские дендрологи. В середине 80-х Евгений Ваганов и Александр Шашкин предложили модель роста деревьев — она описывает рост годичных колец деревьев в зависимости от разных факторов внешней среды. Сегодня модель используется для этих целей во всем мире.

Исследования в области дендрохронологии продолжаются — ученые Сибирского федерального университета на основе модели Ваганова-Шашкина научились делать прогнозы о состоянии лесов в зависимости от изменения климата в долгосрочной перспективе.

Стоит отметить, что проблема реакции деревьев на возможные климатические изменения — одна из главных в современной лесной экологии. Несмотря на значительное количество исследований, четкого ответа на то, как будет реагировать древесная растительность в естественных условиях на эти изменения среды при разном составе древостоев в разных физико-географических зонах, до сих пор не было.

Сейчас ученые подтвердили гипотезу о том, что в холодных и засушливых условиях главную роль в формировании ксилемы (ткани, составляющей основную полезную биомассу древесины) играет влажность почвы. А вот начало и конец периода годичного роста определяется температурой окружающей среды. Планируется создание нейросети, которая поможет предсказать развитие лесов Северного полушария.

Лечение алмазами
Еще в Советском союзе ученые Института биофизики в Красноярске получили первые наноалмазы - серый порошок, получаемый из серии коротких взрывов углерода.

В свое время за детонационную технологию получения наноалмазов ученый Анатолий Ставер, который занимался разработкой технологии вместе с коллегами, даже получил государственную премию РФ.

Их используют в одном из наиболее активно развивающихся направлений современной медицины - контролируемой доставке лекарств к биологическим мишеням (например, к клеткам нужного органа или ткани). Наночастица и прикрепленная к ней молекула взаимодействуют только с избранными клетками. Это используется, например, в создании эффективных лекарств от рака, но без разработок красноярских ученых, которые придумали способ получения наноалмазов, дальнейшие исследования не были бы возможны.

Новые звезды
Открытие нескольких сотен новых звезд - еще одна заслуга сибирских ученых из обсерватории на крыше СибГАУ. Она работает в Красноярске с 2009 года. В 2011 году Сергей Веселков, директор обсерватории, а также ученые из анатомической обсерватории Сибирского государственного аэрокосмического университета открыли около 200 новых светил, а в 2012 - еще 300.

К сожалению, звезды, которые открыли сибирские ученые, не увидеть невооруженным глазом - большинство находятся на 13 величине удаленности (человеческий глаз видит до шестой величины), но обозначить положение объектов относительно известных созвездий можно - это Кассиопея и Большая Медведица.

Как уточняют ученые, наблюдения за звездами велись давно, однако заслуга красноярских специалистов состоит в том, что они подтвердили их переменность - яркость звезд изменяется со временем в результате происходящих физических процессов. После утверждения открытия в каталогах напротив звезд появились соответствующие пометки.

Список важных научных открытий и разработок красноярских ученых можно продолжить - сибиряки изобретают новые лекарства, материалы и технологии. К сожалению, путь от первых испытаний до массового потребления и публикаций в журналах с мировым именем тернист, поэтому о многих открытиях красноярцам еще только предстоит услышать. Остается ждать и гордиться.

Источники

"Летим на Марс!": истории самых громких научных открытий в Красноярске
NewsLab.ru, 21/10/2019
Истории самых громких научных открытий в Красноярске
Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ksc.krasn.ru), 21/10/2019

Похожие новости

  • 31/12/2017

    Топ-10 исследований российских ученых 2017 года по версии РНФ

    Около 35 тысяч российских ученых проводили и проводят фундаментальные исследования при поддержке Российского научного фонда (РНФ). Ежемесячно в российских и зарубежных СМИ выходят десятки новостей об их достижениях.
    3165
  • 24/10/2018

    Космический огород, светящиеся бактерии и пешеходное движение в Красноярске

    Как учатся выращивать растения и утилизировать отходы для будущих марсианских и лунных баз, как работает процесс определения загрязняющих веществ в воде с помощью светящихся бактерий, для чего нужно моделирование пешеходного движения? "Чердак" побывал в лабораториях Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета и узнал, какие там сейчас ведутся разработки и исследования.
    751
  • 21/01/2019

    Ученые исследовали биологическую активность углеродных наноструктур

    ​​Ученые Института биофизики Сибирского отделения Российской академии наук и Сибирского федерального университета исследовали биологическую активность углеродных наноструктур искусственного и естественного происхождения.
    1294
  • 14/03/2018

    Наноалмазы помогут обнаружить загрязнение воды фенолом

    ​Ученые Института биофизики Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН (ФИЦ КНЦ СО РАН) показали, что детонационные наноалмазы можно использовать для выявления фенолов в воде.
    890
  • 15/11/2016

    Красноярские ученые разработали прибор для диагностики иммунитета

    ​Ученые Научно-исследовательского института медицинских проблем Севера разработали сверхчувствительный прибор, способный оценить состояние иммунной системы пациента при различных заболеваниях.  Устройство позволит врачу быстро обнаружить ухудшение состояния больного и оперативно изменить терапию и тактику лечения.
    1570
  • 23/08/2019

    Ученые разрабатывают светящиеся белки для поиска раковых клеток в организме

    ​Международная группа исследователей, в которую вошли представители Сибирского федерального университета (СФУ, Красноярск), разрабатывает специальные белки, способные в составе медицинских препаратов определять в организме раковые клетки и сигнализировать о них свечением под лучами ультрафиолетовой лампы или лазера.
    676
  • 13/01/2017

    Лабораторные работы: ученые и инновации

    ​Ученые факультета наук о материалах и химического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова совместно с научной группой под руководством Михаэля Гретцеля (EPFL, Швейцария) определили причину, по которой органо-неорганические перовскиты формируются в виде нанонитей.
    2480
  • 04/03/2019

    Красноярские ученые рассказали, как утилизировать бытовые отходы в космосе

    ​Ученые Института биофизики Красноярского научного центра СО РАН разработали быстрый и безопасный физико-химический метод утилизации санитарно-бытовых отходов в космических условиях. Продукты переработки будут включаться в работу биолого-технической системы жизнеобеспечения человека в космосе.
    656
  • 01/11/2017

    Сибирские ученые изучили новый тип нанопластин для применения в медицине

    ​Ученые из Института физики имени Л. В. Киренского Красноярского федерального исследовательского центра Сибирского отделения РАН совместно с коллегами из Сибирского федерального университета впервые изучили магнитные свойства, структуру и состав новых наночастиц семейства халькогенидов (элементов 16-й группы периодической системы, к которым относятся кислород, сера, селен, теллур, полоний и ливерморий).
    1429
  • 28/07/2017

    Нестоличная наука: новгородские викинги, миниатюрный лазер и нейросеть-кардиолог

    ​​Робот-разведчик, древняя птица, рентгеновская линза и другие открытия и разработки российских ученых, сделанные вне Москвы и Санкт-Петербурга. Великий Новгород Уникальное кладбище X-XI веков обнаружила экспедиция Института археологии РАН при раскопках в центре Новгорода.
    1259