Новости
12 февраля 2018, 04:33

Чертоги разума

Как «разговорить» изотопы углерода и гены внутри ДНК и чем мокрая салфетка может помочь «Газпромнефти»? Учёные СО РАН работают над прорывными проектами.

Таких ускорительных масс-спектрометров — единицы во всём мире.

Тайна бизоньей кости

Впреддверии Дня российской науки правительство НСО организовало пресс-тур в три института СО РАН. Историкам (да и не только им) всегда мало знать ответы на вопросы «что?» и «где?» — им обязательно надо всё выяснить и про «когда?». Теперь за ответами на этот вопрос они всё чаще идут в Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН. Всё дело в том, что именно здесь находится единственный в России ускорительный масс-спектрометр, способный очень точно установить возраст любого объекта.

— Космические лучи постоянно производят в верхних слоях атмосферы радиоактивный изотоп углерода 14С. Концентрация этого изотопа в атмосфере не меняется тысячелетиями, из воздуха он через фотосинтез попадает в живые организмы. Когда организм умирает, содержащийся в нём радиоуглерод начинает распадаться. А поскольку период его полураспада мы знаем точно — это 5 730 лет, то, определив долю его содержания в любом объекте, мы можем точно назвать его возраст, — рассказывает заведующий лабораторией ИЯФ академик Василий Пархомчук.

Чувствительность анализа, который выполняет ускорительный масс-спектрометр, в 10 тысяч раз превосходит известные ранее методы радиоуглеродного датирования.

Одну из находок, возраст которой вычислили на масс-спектрометре, сделали сами физики-ядерщики. При рытье тоннеля для большого линейного ускорителя частиц обнаружили большую кость ископаемого зверя. Зоологи сказали, что это самка бизона. Взяв частицу кости, её поместили на анализ — и прибор показал, что бизониха бродила по лесам, шумевшим на месте Академгородка, 27 тысяч лет назад. Но как из кости выделить углерод — ведь именно на его основе делается анализ? Тут на помощь приходят химики.

— Кости, иконы, ткани — всё, что нуждается в датировке, надо сначала превратить в графит, — поясняет старший научный сотрудник Института катализа СО РАН Екатерина Пархомчук. — Из этой кости мы вырезали кусок, сварили из него холодец, выделили из холодца белок и превратили его в графит, который уже можно анализировать на изотопный состав.

Метод также позволяет климатологам узнать, какой климат был в Западной Сибири тысячелетия назад и как он менялся с течением времени — сделать это можно, проанализировав осадочные породы, скопившиеся на дне озёр. Есть у него и перспективы, связанные с медициной, — по статистике, каждые 8 из 10 наименований производящихся в мире лекарств изготавливаются с помощью ускорительной масс-спектрометрии. Время производства лекарств этот метод сокращает на 15—20%. Но в России пока что нет разрешения на его использование в медицине, поэтому все опыты с лекарствами делаются только на мышах.

Лабораторные мыши, как всегда, — первопроходцы в испытаниях новых препаратов.

Геномная азбука

Биологи называют XXI век веком рибонуклеиновых кислот (РНК) — и не без основания. С каждым годом учёные находят всё новые функции и свойства РНК, с помощью которых приближаются к разгадке медицинских задач, казавшихся ещё не так давно неразрешимыми. В СО РАН исследованиями РНК, как и ДНК, занимается Институт химической биологии и фундаментальной медицины.

В стенах лаборатории химии РНК, руководит которой кандидат химических наук Алия Веньяминова, рождаются новые синтетические РНК — с заданными определёнными свойствами. На их основе затем можно получить препараты, которые будут блокировать функции любых белков — в зависимости от поставленной перед конкретным препаратом задачи. А это — прямая дорога к лечению генетических заболеваний. Работа ведётся на приборах, которые производит компания «Биоссет» — она была основана на базе ИХБиФМ и теперь является резидентом Академпарка.

Как слова состоят из бесчисленного набора сочетаний 33 букв, так и геном человека состоит из бесчисленного множества «спрятанных» в ДНК генов. Сравнительно недавно учёные смогли расшифровать человеческий геном, состоящий из 3 миллиардов «букв»-генов. Теперь секвенирование генома — выяснение последовательности расположения нуклеотидов в ДНК конкретного человека — может помочь медикам дать полное представление о том, чем человек болен сейчас и какие болезни могут проявиться у него в дальнейшем. В ИХБиФМ секвенированием занимается Центр коллективного пользования «Геномика». По словам руководителя «Геномики» Марселя Кабирова, в России это едва ли не единственная группа, которая изучает взаимодействия белков и РНК внутри клеток организма.

— В лабораторных условиях можно в лучшем случае вырастить только один процент бактерий. Поэтому мы просто берём образец почвы, выделяем ДНК всех микроорганизмов, какие там есть, а потом секвенируем их геномы и разбираемся, кто же там обитает и как он связан с человеческими болезнями, — говорит Марсель Кабиров. — Недавно подали заявку на новый интересный проект исследования атмосферы Новосибирской области с участием биологов. Мы до сих пор не знаем, что летает в нашем воздухе. Будем разбираться, какие бактерии и какая пыльца у нас летают.

А в лаборатории биохимии нуклеиновых кислот под руководством докторов биологических наук Марины Зенковой и Елены Черноловской идёт работа над созданием терапевтических препаратов, которые способны влиять на генетические программы, ответственные за развитие патологий в организме. Сейчас в лаборатории создан препарат, позволяющий блокировать белок, делающий раковые клетки невосприимчивыми к химиотерапии. Прототип препарата готов к доклиническим испытаниям, и сотрудники института планируют в этом году получить на них гранты — всего нужно 30 миллионов рублей в год.

Пена против террора

Каждый из нас, уронив салфетку в чай или кофе, мог видеть, как неравномерно намокает тонкая ткань: с одного края влага распространяется быстрее, с другого — медленнее. Специалисты по гидродинамике давно объяснили это явление: в пористую среду жидкость проникает не «прямым фронтом» потому, что каждый дефект такой среды становится для жидкости препятствием, которое сначала надо обогнуть, а потом «прорваться» лавиной сквозь него. Но досконально поведение жидкостей при всех возможных препятствиях пока не изучено, а между тем это таит в себе большую пользу для науки и не только. Поэтому на средства мегагранта, полученного Институтом гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН в 2016 году, в институте была создана лаборатория механики неупорядоченных сред, которую возглавил приглашённый учёный с мировым именем Стефан Сантуччи.

— Разобравшись с тем, как пенная жидкость пробирается через препятствие, мы можем, например, предсказать, как она будет распространяться при тушении пожара, — говорит заместитель заведующего лабораторией доктор физико-математических наук Евгений Ерманюк. — А ещё эти знания помогут в антитеррористической деятельности. Заложите в два одинаковых автомобиля одинаковую взрывчатку, заполните один из автомобилей пеной и подорвите взрывчатку. Из автомобиля без пены вылетят двери и стёкла, а «запененный» останется целым: пена поглощает очень много энергии.

И совсем неоценимы получаемые в лаборатории данные при разработке новых месторождений углеводородов. На основе этих данных создаются модели гидроразрыва пластов земной коры. Суть этого метода в том, что в скважину при высоком давлении закачивается специальный гель с примешанным к нему проппантом (песком). От него в нефтеносном пласте образуются трещины. Когда давление сбрасывается, стенки трещины смыкаются на прослойке песка и образуется канал для притока нефти.

По словам директора ИГиЛ Сергея Головина, эта технология создания подземных трещин для притока нефти и газа обеспечила «сланцевую революцию». До 2014 года в России такими работами занимались западные компании, но после начала «санкционной войны» они ушли из нашей страны — поэтому возникла потребность в собственных технологиях. Так в институте появилась новая научная группа из молодых специалистов, которые разрабатывают симулятор гидроразрыва пластов. Работа сложнейшая: в компьютерную программу должны быть внесены все возможные геологические параметры, чтобы расчёт нужного в конкретном месте гидроразрыва принёс максимальный эффект.

— Наш институт совместно с МФТИ, Санкт-Петербургским политехническим университетом и Сколковским институтом науки и технологий вошёл в консорциум, который будет заниматься продвижением отечественной технологии гидроразрыва на рынок, — рассказывает Сергей Головин.

Особенно внимательно за работой учёных следят в «Газпромнефти» — именно эта компания будет главным потребителем новой технологии.

КОММЕНТАРИЙ

Марина АНАНИЧ, помощник губернатора НСО по образованию, науке и инновациям: — Программа реиндустриализации Новосибирской области для нас очень важна, мы взяли курс на два направления: создание новых индустрий и технологическое развитие современных отраслей. Наука должна дать нам поводы сформировать из современных источников новые примеры высокотехнологичного бизнеса. Наша задача — подумать о том, как развивать Академгородок, чтобы ускорить эти процессы, чтобы эффект быстрее доходил до простого потребителя.

Виталий СОЛОВОВ | Фото Валерия ПАНОВА

77
comments powered by HyperComments

Интересное









Евтушенко в моей жизни был всегда… Евтушенко в моей жизни был всегда…
http://monavista.ru/images/uploads/79b47d882a3689060ae4d57283ec8bbe.jpg
Письмо с моей фермы Письмо с моей фермы
http://monavista.ru/images/uploads/92eb5c9944f25688043feb2b9b01e0f2.jpg
Почему в России выросли продажи дорогих смартфонов Почему в России выросли продажи дорогих смартфонов
http://monavista.ru/images/uploads/08009197b894c4557dc9c7177e803f77.jpg