РАН: реальные аргументы науки

Сегодня Российская академия наук – это государственная организация науки, осуществляющая руководство научными исследованиями в России и проводящая научные исследования. Целями деятельности Академии являются:

• проведение и развитие фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований, направленных на получение новых знаний о законах развития природы, общества, человека и способствующих технологическому, экономическому, социальному и духовному развитию России;
• прогнозирование основных направлений научного, научно-технологического и социально-экономического развития Российской Федерации;
• научно-методическое руководство научной и научно-технической деятельностью научных организаций и образовательных организаций высшего образования;
• экспертное научное обеспечение деятельности государственных органов и организаций;
• содействие развитию науки в Российской Федерации;
• распространение научных знаний, повышение престижа науки, популяризация достижений науки и техники;
• укрепление связей между наукой и образованием;
• содействие повышению статуса и социальной защищенности научных работников.

В этом материале мы рассмотрим несколько новых исследований, проведенных учеными РАН, чтобы наглядно показать спектр деятельности Академии и полезное, прикладное значение разработок ее ученых.

Медицина

1. Исследователи Института цитологии РАН разработали композитные матрицы на основе коллагена и белка фибронектина, которые могут служить основой продуктов для трансплантации клеток. В перспективе результаты исследования будут использоваться при создании эффективных клеточных продуктов, применямых для восстановления различных тканей в регенеративной медицине. Проведенное исследование – часть большой совместной работы ученых ИНЦ РАН и ФТИ им. А. Ф. Иоффе по созданию новых и модификации существующих видов скаффолдов – основы тканеинженерных конструкций. Так, ранее с помощью перекиси водорода были улучшены свойства скаффолдов на основе коллагена. Результаты исследования поддержаны грантом Российского научного фонда.

2. Ученые смоделировали короткие нуклеотидные последовательности – аптамеры, с помощью которых можно почти в 10 раз быстрее, чем методом ПЦР, определять наличие частиц коронавируса в слюне.

Аптамеры специфично связываются с одним из самых редко мутирующих белков вируса, благодаря чему со 100 % точностью выявляют как его уханьский вариант, так и штаммы Омикрон и Дельта. Кроме того, авторы описали молекулярные механизмы взаимодействия вирусных белков с аптамерами. Предложенный подход поможет в разы ускорить и удешевить тестирование на COVID-19, а также выявлять заболевание на самых ранних стадиях.

3. Еще одно интересное достижение: сотрудники Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН синтезировали новые люминесцентные соединения для биовизуализации, нетоксичные для клеток. (Напомним: биовизуализация – один из наиболее информативных инструментов современной биомедицины. Среди возможных вариантов биовизуализации оптическая, основанная на использовании люминесцирующих биометок, зарекомендовала себя как самая надежная и недорогая технология. Известные на данный момент оптические методы позволяют проводить зондирование на глубину не более 4-5 мм. Требуется создать биовизуализацию с более высокими разрешением и контрастностью, чтобы проводить оптическое зондирование биотканей на большую глубину, до десятков мм, и выявлять опухоли или другие аномалии глубоко под кожей).

Существующие люминесцентные красители для биовизуализации – преимущественно органические вещества, у которых есть серьезные недостатки. Во-первых, многие из них токсичны: если добавить их в питательную среду, клетка сразу погибает, и становится невозможно исследовать ее в живом виде. Во-вторых, некоторые органические соединения плохо переносят свет – они разрушаются и не позволяют увидеть необходимые клеточные структуры. Новые соединения созданы на основе комплексов редкоземельных металлов с лигандами – новыми производными β-енаминдиона, безвредны для клеток и устойчивы к световому воздействию.

В перспективе полученные комплексы можно будет использовать как в лабораторных анализах, так и в медицинских исследованиях на животных – после того, как будет изучена токсичность уже на на живом организме.

4. А оптогенетики взялись вернуть зрение слепым пациентам. Об этом в интервью журналу «Поиск» рассказал Михаил Островский, заведующий лабораторией Института биохимической физики им. Н. М. Эмануэля РАН. Он описал механизм работы нового метода:

– На дне глазного бокала лежит сетчатка. Она состоит из нескольких слоев клеток – зрительных (светочувствительных) и лежащих за ними нервных (несветочувствительных). «Слепая» сетчатка – это та, где зрительные клетки (палочки и колбочки) погибли, но при этом ее нервные клетки остаются здоровыми. Смысл оптогенетического протезирования состоит в том, чтобы сделать нервные клетки чувствительными к свету. Для этого в глаз вводится безвредный вирус, в котором «упакован» ген светочувствительного белка родопсина. Вирус целенаправленно доставляет ген родопсина в нервные клетки. В результате работы гена в них синтезируется родопсин, и нервные клетки становятся чувствительными к свету. В итоге они приобретают способность возбуждаться при попадании на них света и посылать зрительную информацию в мозг.

Михаил Островский предполагает, что понадобится около пяти-шести лет, чтобы таким образом лечить слепоту в глазных клиниках. А еще он привел статистику: «В мире 39 млн людей считаются слепыми, и более четверти из них – от нейродегенеративных заболеваний сетчатки, когда гибнут зрительные клетки». Оптогенетическое протезирование с высокой вероятностью позволит им прозреть.

Безопасность

1. Ученые Красноярского научного центра СО РАН уже более 15 лет моделируют движение людей. Это нужно, чтобы проверять различные здания на безопасность.

Екатерина Кирик, старший научный сотрудник Института вычислительного моделирования СО РАН, рассказывает, что чаще всего ученые определяют время направленного движения людей по участкам путей эвакуации и места, где происходят скопления, их продолжительность:

– При этом наш виртуальный человек взаимодействует с окружающей средой, например, «видит» и обходит препятствия, заблаговременно корректируя свою траекторию. Он «знает» о наличии других людей, и это влияет на его скорость и вектор движения.

Круг вопросов, на которые отвечает такое компьютерное моделирование, очень широк. Это, по словам Екатерины Кирик, «например, сколько времени требуется, чтобы освободить чашу стадиона или зрительный зал в театре. Сколько времени требуется на освобождение всего здания. Как быстро люди покинут прилегающую территорию и хватит ли пропускной способности дверей и коридоров. Будут ли скопления и следует ли поэтапно выпускать зрителей. Следует ли использовать все возможные пути наружу или можно обойтись только частью. Какой в таком случае должная быть их пропускная способность. Как влияют люди с ограниченной мобильностью на время освобождения здания. Успеют ли люди покинуть здание в случае пожара, пока пути эвакуации безопасны».

На все это влияют различные факторы: планировка здания, организация его прилегающей территории и внешнего периметра, наличие безопасных участков, где можно находиться продолжительное время, когда в другой части здания пожар, даже исправное состояние доводчиков дверей, высота потолков и ширина коридоров. Моделирование помогает выявить уязвимости проектирования.

2. К области безопасности относится и совместная разработка ученых Иркутского национального исследовательского технического университета и Института солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН. Это система регистрации молний, которую в лесопожарном сезоне 2023 г. министерство лесного комплекса Иркутской области начнет использовать для поиска очагов пожаров, возникших из-за гроз.

Система регистрации молниевых разрядов позволит точно определять место возникновения таких пожаров. С учетом этой информации будут корректироваться маршруты авиапатрулирования, что позволит обнаруживать лесные пожары на ранней стадии. Система грозопеленгации основана на регистрации электромагнитного излучения, которое генерируют молниевые разряды.

Напомним, что в Иркутской области сосредоточено более 10% российских лесов, это один из главных лесопромышленных регионов России.

Геофизика

Российские ученые впервые экспериментально выявили структурные изменения, которые происходят в монооксиде никеля при давлении, в 2,4 млн раз превышающем атмосферное. таком состоянии он сжимается больше чем на треть и приобретает способность проводить электрический ток, что не характерно для этого соединения в обычных условиях.

Поскольку никель и его оксид в большом количестве находятся в земном ядре, где давление сопоставимо с тем, которое исследователи воссоздали в лаборатории, полученные результаты помогут понять процессы, происходящие в сердце нашей планеты.

В новой работе исследователи подробно описали структурные изменения, которые происходят в оксиде никеля при переходе от состояния изолятора к состоянию металла. Для этого авторы сконструировали экспериментальную установку площадью менее 1 кв. см.

– Полученные нами результаты очень важны, во-первых, для понимания фундаментальных свойств такого рода изоляторов, а, во-вторых, для геофизики и исследований строения Земли. По современным представлениям, никель наряду с железом входит в состав земного ядра в количестве примерно 9% по отношению к железу. Значит, при создании модели строения внутренних слоев Земли и ее ядра необходимо учитывать свойства никеля и его монооксида при высоких давлениях. Мы продолжаем исследования других свойств NiO, а именно оптических, магнитных, колебательных и электронных, – рассказал руководитель проекта Александр Гаврилюк, старший научный сотрудник ИЯИ РАН.

Источники данных: Минобрнауки России, ТАСС, пресс-группа Иркутского филиала Сибирского отделения РАН, пресс-служба Российского научного фонда, газета «Поиск», журнал «Научная Россия», ФИЦ КНЦ СО РАН, new.ras.ru