Море, ДНК и сахар из одуванчиков: чем Севастополь привлекает ученых

Севастопольский государственный университет - один из самых молодых в стране: он создан всего шесть лет назад на базе семи работавших в городе вузов. Несмотря на сильные научные школы - от педагогики до ядерной физики, - вуз нуждается в притоке новых кадров, привлекать которые решено с материка. В этом году впервые СевГУ провел конкурс грантов для привлеченных ученых. При этом, как отмечают в руководстве вуза, университет действует в духе нацпроекта "Наука", среди задач которого поддержка молодых ученых и вхождение России в число держав - лидеров мировой науки. Чем занимаются ученые и какие исследования будут проведены за счет грантов - в материале портала "Будущее России. Национальные проекты".

Инвестиции в будущее

"У нас в университете за последние несколько лет выстраивается система внутренних грантов для преподавателей и студентов. Это деньги для начального этапа работы, результаты которого позволят на следующем этапе получить грантовое финансирование через Российский фонд фундаментальных исследований, Фонд перспективных исследований и так далее. Но для начала университет сам инвестирует в эти „научные стартапы"", - рассказал порталу ректор Владимир Нечаев.

По словам руководителя учреждения, в этом году появилось новое направление: вуз провел конкурс не только среди тех, кто уже работает в СевГУ, но и среди тех, кто хочет приехать из других регионов России или даже из других стран и реализовать свои проекты на площадке университета.

Появление новых ученых, которые знакомы с системами работы в других научных учреждениях и командах, необходимо для развития университета. Это позволяет привлечь новые идеи, инструменты и подходы. Ученые в свою очередь получают оборудованную площадку для исследований, место в университете и грантовую поддержку.

Тем более важно привлечение таких кадров, учитывая планы СевГУ по созданию научно-образовательного центра (НОЦ) мирового уровня - конкурс по этому направлению также анонсирован в плане нацпроекта "Наука". Вуз уже смог сформировать консорциум, куда вошли не только крымские НИИ, но и ведущие российские предприятия: "Объединенная судостроительная корпорация", Ростех, "Алмаз-Антей" и другие. Но для воплощения планов университет должен реализовывать проекты по тем направлениям, которые станут головными для НОЦ: исследования моря, биотехнологии, технологии беспилотного управления.

На первый конкурс внешних грантов СевГУ было подано 13 заявок из РФ и других стран. Поддержаны проекты ученых из Санкт-Петербурга, Томска, Воронежа и исследователя из Омана.

Вычислить вирус по ДНК

Разработки, которые ведет кандидат физико-математических наук Руслан Рамазанов из Санкт-Петербурга, оказались особенно востребованы в этом году, когда началась пандемия коронавируса.

"Мы разрабатываем основы для новых биохимических сенсоров, которые могут применяться в широком диапазоне физиологических условий для быстрой диагностики различных патогенов в биологических жидкостях. В том числе и COVID-19", - рассказал он.

Сама идея не нова. Метод определения был предложен ранее: в чувствительном элементе устройства заложен одноцепочечный фрагмент ДНК - аптамер, который с высокой чувствительностью реагирует на наличие "своего" патогена. При этом создание таких приборов проще и дешевле, чем тех, которые широко используются сейчас и работают на основе белковых антител.

Однако идея использования короткой ДНК имеет серьезный недостаток: устройство может не сработать, если появится один из факторов-помех, нарушающих пространственную структуру аптамера.

"Идея для решения этой проблемы пришла из области наноэлектроники: использовать ионы серебра для стабилизации структуры участков аптамеров, содержащих фрагменты двойной спирали ДНК, делая их более прочными, а работу прибора - более стабильной в различных физико-химических условиях. Тема это достаточно новая, о завершенных устройствах с такими характеристиками нам во всяком случае неизвестно, хотя работы в направлении применения аптамеров в качестве основы биохимических сенсоров ведутся", - отметил Рамазанов.

Изначально такие устройства разрабатываются для определения патогенов в жидкостях, но, по мнению ученого, сам прибор можно адаптировать и для анализа воздуха. При этом один биохимический сенсор может реагировать на один тип патогена, но, как предполагается, в одном устройстве может быть несколько "начинок".

Наука и море

Доктор биологических наук Сергей Пионтковский более 10 лет работал на Ближнем Востоке, а до этого - в Нью-Йорке, университетах Нидерландов, Великобритании и других европейских стран.

"Я участвовал в грантовом конкурсе, потому что решил: пора вернуться на родину, - рассказал Пионтковский. - Севастопольские ученые - мои коллеги - публикуют свои статьи в самых авторитетных журналах мира, и никакие [введенные Западом] санкции этому не мешают. Когда ты делаешь что-то действительно очень важное, нужное, фундаментальное в науке, никаких границ не существует".

Он изучает биофизические характеристики морской среды - процессы, которые происходят в морях и океанах: движения потоков воды, биолюминесценцию - эффект, возникающий из-за светящихся микроорганизмов, - эффекты гидроакустики.

Чтобы привести пример, Сергей Пионтковский открывает на компьютере снимок подлодки с сильно поврежденным носом: в этом случае командир посчитал, что дно находится ниже, чем оно оказалось на самом деле, - и субмарина врезалась в него на полном ходу. Другую подводную лодку погубили организмы размером с микрон - когда их тревожат, они светятся, в итоге идущий ночью по сияющей водной глади корабль становится прекрасной мишенью.

"Но эта история не только про военных. Эти данные нужны всем, кто связан с морем, - от рыбаков, которым надо понимать, как те или иные процессы влияют на количество рыбы в определенном месте, до больших торговых судов, совершающих рейсы через океаны", - пояснил ученый.

Среди научных проектов, автором которых выступал Пионтковский, составление карты биолюминесценции в Атлантическом океане и поиск закономерностей многолетней изменчивости морских экосистем в Индийском океане.

Также он участвовал в создании баз биофизических данных по Черному и Средиземному морям, что позволяет строить карты конкретного района по измеренным параметрам и анализировать, как они изменяются в зависимости от времени года или иных факторов.

Сахар из одуванчиков

"Так получилось, что я уже несколько лет работаю сразу в нескольких местах: я из Воронежского государственного университета, но постоянно ездила и в Казань, и в Пущино. Работа в Севастополе позволит мне получить в одной комнате тот набор оборудования, который до этого был доступен в разных городах", - поделилась доктор биологических наук Марина Холявка.

Она изучает ферменты и разрабатывает технологии по работе с ними в пищевой промышленности. Проект, благодаря которому ученый получила грант СевГУ, посвящен ферментам для получения сахарозаменителей, фруктозы и олигосахаридов - продукты с такими веществами вместо обычного сахара используют, например, диабетики и люди, которые следят за весом.

"В промышленности есть проблема стабилизации ферментов. Если он просто остается в растворе, то достаточно быстро инактивируется - теряет свои целевые свойства, - а это невыгодно. Соответственно, стоит задача продлить срок его жизни. Сделать это позволяет иммобилизация - связывание фермента с нерастворимым носителем, когда он из раствора переходит в гетерогенное (неоднородное) состояние. В таком случае свойства фермента сохраняются дольше, но теряется часть активности, и я занимаюсь как раз поиском баланса между этими характеристиками", - пояснила ученый.

В России для производства используют в основном импортные ферменты, а еще чаще и вовсе покупают за рубежом уже готовый продукт. Технологии, которые разрабатывает Марина и ее коллеги, позволили бы наладить такое производство в РФ.

Сырьем будет не свекла, которую перерабатывают в обычный сахар, а топинамбур, цикорий, лекарственное растение девясил, одуванчик, подсолнечник. Причем можно не высаживать поля одуванчиков, а организовать сбор у населения, как это уже делают в Сибири с грибами, ягодами и орехами.

В случае с подсолнечником такая технология может стать добавочным производством на заводах, которые уже занимаются этой культурой: семечки и так идут в переработку, а нижняя часть стебля стала бы сырьем для получения сахаридов.

Главная сложность, считает собеседница портала, во внедрении новой технологии на производстве. "В регионе, где я раньше работала, к нам приходили промышленники, но мы с ними мыслим в разных категориях. Они хотят волшебную палочку - чтобы ничего не вкладывать, а просто взять готовую технологию, включить - и произойдет чудо. Но так не получается, всегда есть какие-то затраты, и не факт, что новая технология на конкретном предприятии, материале, оборудовании пойдет с первого раза", - пояснила она.

Арифметика для наноэлектроники

Николай Торхов, приехавший из Томска, специализируется на исследовании и разработке электронных нанотехнологий. Направление, благодаря которому он выиграл грант СевГУ, - изучение нелинейных технологических процессов, связанных с разработкой и производством полупроводниковой электронной компонентной базы (ЭКБ).

"На микронном и наноуровнях свойства объектов, материалов, ход технологических процессов зависят от размеров линейных масштабов, с которыми приходится работать. При уменьшении линейных масштабов до микронного и наноуровня возникают не связанные с квантовыми нелинейные размерные эффекты, которые придают им особые свойства, не характерные при более крупных размерах. Это проявляется в том, что изменения свойств таких объектов не подчиняются обычным законам евклидовой геометрии. При уменьшении размеров объектов меньше некоторых значений (в каждом конкретном случае это значение свое) изменение их свойств начинает подчиняться совершенно другой системе. В частности, свойства используемых при производстве ЭКБ материалов в локальном приближении изменяются непропорционально их линейным размерам", - рассказал ученый.

Он пояснил, что такая непредсказуемость создает сложности при проектировании и организации производства компонентной базы. Во многих случаях, даже когда удается создать один работающий образец, при переходе к массовому производству те или иные размерные эффекты дают о себе знать. В итоге поиск технологии для производства новой конкурентоспособной продукции идет методом проб и ошибок, а это требует очень много времени, сил и средств.

"Чтобы решить эту проблему, мы работаем над алгоритмом, который позволит просчитать и сделать более предсказуемыми указанные нелинейные размерные эффекты. К сожалению, в открытом доступе такого программного обеспечения (а просчитать может только компьютер - не вручную это делается, конечно же) сейчас не существует. Но мы не первый год работаем над этим, уже есть результаты, и надеемся, что в скором времени появится первый российский софт, который можно будет интегрировать в специализированные системы автоматизированного проектирования для проработки российской элементной базы", - отметил Торхов.

В Севастополе томскому ученому предложили грант, работу со студентами и оснащенные лаборатории для научных исследований. "В этом году университет как раз подал заявку на новое аналитическое оборудование, на котором мы и будем проводить исследование, - оно позволяет работать на передовом рубеже науки и техники", - отметил собеседник.

Читайте также:

Ученые РФ нашли новый способ быстрой диагностики сердечно-сосудистых заболеваний

В России научились производить белок из метана

Российские ученые намерены доказать связь лечения онкозаболеваний и психологии

НЦМУ по физиологии в Петербурге займется разработкой новых препаратов от боли