Когда твоими руками делается наука

— В Красноярск поступать в технический университет я приехал из посёлка Черемушки Балахтинского района, там я вырос, окончил школу. Когда учился в университете, его переформатировали в Политехнический институт СФУ. Моё первое высшее образование — IT-специальность, я окончил факультет информатики процессов управления. Тогда увлекался компьютерами, программным обеспечением, но наука тянула меня всегда.

Я рос в посёлке на берегу Красноярского водохранилища, а в деревне, на природе, всё по-другому. Там лес, небо, я наблюдал за разными явлениями и искал им объяснения. Одно время сильно увлекался биологией: собирал коллекцию насекомых, дома у меня жил тарантул. Бегал на болото, изучал живность, которая там обитает. А потом учительница информатики дала мне на лето подвижную карту звёздного неба, и я увлёкся астрономией. Изучал созвездия, траектории движения спутников — где, между какими звёздами они пролетают. Давай книги по этой теме читать. Учителя дали мне домой школьный телескоп. Я нашёл Юпитер, Сатурн, какие-то туманности — красота… Сам, без Интернета, по книжкам.

— Это увлечение астрономией осталось до сих пор, правильно?

— Совершенно верно. Когда я приехал учиться в город, стал искать любителей астрономии — таких же увлекающихся ребят. Нашёл местное сообщество, вместе мы выезжали за город, смотрели прохождение кометы, наблюдали прохождение Венеры по диску Солнца. Со временем работа клуба затихла, у его участников появились другие интересы, заботы. И у меня тоже, но желание наблюдать за небом осталось.

Тогда я купил себе любительский телескоп, начал собирать вокруг себя людей, увлекающихся астрономией. Мы снова создали сообщество КрасАстро — красноярская астрономия. Кстати, и прежнее сообщество также называлось. Создали группу в социальной сети, собираемся вместе, берём телескопы, фотоаппараты, выезжаем за город, наблюдаем за небом.

К слову, таких увлекающихся людей в Красноярске немало. Один астроном даже построил на даче недалеко от города свою обсерваторию. У него есть мечта — открыть неизвестный астероид и назвать его Красноярск. Но для этого нужно вести наблюдения планомерно, постоянно.

В Красноярске наше сообщество проводит не совсем привычные для горожан мероприятия, которые называются тротуарной астрономией. За рубежом эта тема очень популярна. Люди, у которых есть телескопы, выставляют их на улице и всем желающим показывают планеты, спутники, рассказывают что-то интересное. Красноярцы охотно присоединяются, рассматривают небо, задают вопросы. Правда, летом для тротуарной астрономии слишком светло, удобнее смотреть небо весной или осенью. Зимой холодно, но было дело и в морозец на набережной стояли.

— Вы учились на IT-специалиста. Почему решили изменить направление?

— Когда я закончил факультет информатики, хотел поступать в магистратуру по физике.

Меня всегда тянула эта наука. Но так получилось, что вместо этого отправился в армию. Год отслужил, вернулся, нашёл работу, женился. Но мечта не отпускала. Жена сказала: хочется — поступай.

Хотя, конечно, жить стало сложнее. Я поступил в магистратуру СФУ, в Институт инженерной физики и радиоэлектроники. В 2017 году защитил магистерскую диссертацию, теперь аспирант первого курса в Институте физики СО РАН.

Я хочу заниматься именно исследовательской деятельностью, а не просто преподавать в вузе. Мечтаю внести свой собственный вклад в науку.

Кстати, поступлению в магистратуру предшествовала неожиданная встреча, повлиявшая на моё будущее. Несколько лет назад в краевой библиотеке проводили лекции на тему «Зачем нужны учёные?». В том числе лектором был Владимир Николаевич ЗАБЛУДА, старший научный сотрудник лаборатории физики магнитных явлений Института физики СО РАН. Он так увлекательно рассказывал о том, как физикой занимается, какие у него интересные проекты. Теперь он мой коллега. После лекции мы с ним разговорились, он пригласил нас в свою лабораторию в гости. Мы пришли, посмотрели, даже немного побаловались — поплескались жидким азотом. Хорошо запомнил, что Владимир Николаевич тогда нам сказал: я не работаю, а получаю удовольствие, потому что нашёл работу своей мечты. Меня это так зацепило, захотелось работать с ним. Я рассказал, что занимаюсь программным обеспечением, электроникой, и спросил: может, вам такие люди нужны? Он переговорил с руководством: взять меня согласились, только если я получу физическое образование. И я пошёл в магистратуру.

— Трудно было поступать в вуз после большого перерыва?

— Мне помогала сильная мотивация — я хотел учиться. Моими конкурентами были студенты, которые недавно закончили бакалавриат, они проходили эти предметы буквально вчера. А квантовую механику, ядерную физику я вообще никогда не изучал. К поступлению готовился по учебникам и онлайн лекциям.

— А как получилось, что ваша исследовательская работа связана с медициной?

— Будучи магистрантом, в лаборатории магнитных явлений ИФ СО РАН я занимался изучением магнитных свойств вещества — явлением магнитного кругового дихроизма. Тогда мой научный руководитель Алексей Эдуардович СОКОЛОВ проводил работу вместе с медиками — сотрудниками медицинского университета и докторами БСМП. Они изучали магнитные наночастицы, с помощью которых можно плавно разрушать раковые опухоли в слабовращающемся магнитном поле. Эти наночастицы прикрепляют к ДНК-аптамерам, которые имеют свойство связываться с определёнными биологическими молекулами — целевыми белками.

Аптамеры могут «нести» различные функции. Например, их маркируют специальными флюоресцентными метками или радиоактивными изотопами, по которым их можно выявить в организме. Данные ДНК-аптамеры прикрепляются к модифицированному белку, находящемуся только в раковых клетках, и показывают, где находятся эти поражённые участки. Сегодня эта разработка используется в медицине для диагностики опухоли мозга. Знаю, что при проведении операций в БСМП хирурги применяют раствор с этими молекулами. Дело в том, что глиобластома — рак мозга — имеет сложную структуру. Эта опухоль пускает корешки, хирург может вырезать основную часть опухоли, но не увидеть все её отростки. Впоследствии эти корешки могут прорастать дальше и давать метастазы. Чтобы удалить все части опухоли, хирург прыскает раствор с молекулами аптамера с флюоресцентными метками, потом надевает специальные очки с источником ультрафиолета и видит подсвеченные остатки опухоли. Этот метод на практике доказал свою эффективность.

— А чем отличается ваше исследование? Вы ведь тоже изучаете ДНК-аптамеры?

— Известно, что ДНК-молекула связывается с конкретным белком. Но почему так происходит? Этого пока не знает никто. Я как раз и занимаюсь исследованиями в этом направлении.

Немного поясню. В микромире структура биомолекул отвечает за их функцию, то есть от того, как выглядит биомолекула, зависит и то, как она взаимодействует с другими веществами, молекулами. Цепочка ДНК биомолекулы аптамера невелика — составляет от пятнадцати до ста звеньев. Эта цепочка сворачивается в какую-то форму, создаются дополнительные химические связи, на поверхности определённым образом распределяются заряды. Этим набором зарядов на своей поверхности она соединяется с каким-то определённым белком, который тоже имеет свою уникальную форму. Зная структуру молекулы, мы можем понять, за счёт чего и где именно она связывается с этим белком.

Я изучил эту структуру, мы увидели, как выглядит данная биомолекула, и уже есть предположение, каким именно фрагментом она взаимодействует с белком.

Сейчас мы работаем совместно с химиками, при проведении исследований используем молекулярное моделирование. Я получаю форму молекулы: вижу общее электронное облако, но не вижу конкретные атомы, то, что находится внутри — где там углерод, азот и так далее. А химики моделируют структуру, молекулярный состав этой формы. Вместе мы примерно понимаем, где расположены атомы в данной молекуле.

Если мы поймём, почему эта молекула связывается с определённым белком, сможем улучшить существующие методики. В частности, добьёмся большей точности, ведь тогда аптамер не будет присоединяться к другим белкам, которых в организме человека десятки тысяч. При необходимости сможем увеличить эту цепочку ДНК или, напротив, убрать лишние отрезки. В идеале хочется сделать так, чтобы мы сами могли моделировать эти ДНК-аптамеры, а не слепо подбирать их, как это происходит сейчас. А моделировать их мы сможем, если будем знать, как из последовательности молекул получить определённую структуру.

Сложность в том, что ДНК— и РНК-аптамеры очень гибкие, их нельзя упорядочить, поставить в ряд. Структуру некоторых белков можно определить при помощи кристаллографии. Белки кристаллизуют, затем с помощью рентгеновской дифракции с высокой точностью определяют расположение атомов. А эти аптамеры не кристаллизируются, то есть стандартные методы в их отношении не работают. Но мы нашли вариант: метод МУРР — малоуглового рентгеновского рассеяния.

Мне предложили съездить в Москву — в Курчатовский институт, посмотреть, как работает синхротрон, на котором и применяют этот метод малоуглового рассеяния. Съездили, увидели большую установку, учёных, работающих на ней. Меня это вдохновило: десятки людей наукой занимаются, эксперименты ставят… Сейчас я сам работаю на этой установке, периодически летаю в Москву.

Суть метода МУРР в следующем. Помещаю раствор с молекулами в установку синхротрона. ДНК-аптамеры находятся в растворе, обычные кристаллики для дифракции, повторю, из них не вырастишь. При этом молекулы расположены хаотично в растворе, постоянно двигаются. Я помещаю пробирку с раствором под рентгеновский пучок. Для рентгеновских лучей электронная оболочка молекул становится препятствием, на ней происходит рассеяние лучей. Из картины рассеяния можно восстановить, каков набор расстояний между рассеивающими центрами внутри молекулы, а из их соотношения можно рассчитать и размеры, и форму частицы. Благодаря чему можно восстановить структуру биомолекул.

— В Испанию вы отправились как победитель Всероссийского инженерного конкурса студентов и аспирантов в области нанотехнологий. Там вы тоже участвовали в каком-то научном состязании или только представляли свою работу?

— В Валенсии проходил Всемирный конгресс по нанотехнологиям и материаловедению. Учёные из разных стран рассказывали, что сейчас происходит в мировой науке в области нанотехнологий. Я готовил стендовый доклад на английском языке.

— Вы хорошо говорите на английском?

— Говорят, что хорошо, но я думаю, что пока не очень. Хотя на конференции у меня получился мой первый большой разговор на английском языке. Мы минут двадцать говорили с итальянкой и понимали друг друга. Она рассказала мне про свою работу, я ей — про своё исследование. Она заинтересовалась, сфотографировала мой постер, так что, может быть, сделаем совместную работу.

— Вам удалось послушать доклады учёных из других стран? Как мы смотримся на мировом уровне?

— Да, я слушал доклады многих, увидел, что у российских учёных очень хорошие достижения. Конгресс был посвящён нанотехнологиям, но оказалось, что здесь столько разных направлений.

Зарубежные коллеги тоже пытаются разработать синтетические лекарства для лечения онкологических заболеваний. Но у них другие подходы. Мы изучаем ДНК- и РНК-аптамеры, а они — ДНК- и РНК-молекулы, которые доставляют до конкретного места в организме лекарства в липидных оболочках. Чтобы лекарственный препарат разносился не по всему организму, а был точечный удар в конкретную цель — нужную ткань или орган.

— Вы представляли своё исследование и на Красноярском экономическом форуме. Удалось заинтересовать инвесторов?

— На КЭФ я был одним из участников выставки достижений молодых учёных СФУ. Моё исследование было представлено заочно — в виде буклета. Моя работа пока не может применяться в медицине, это фундаментальное исследование, поэтому предложений от инвесторов я пока не получал.

Недавно мы начали работать с НИИ физико-химической биологии МГУ. Его сотрудник доктор биологических наук Вера Алексеевна СПИРИДОНОВА уже лет пятнадцать занимается изучением ДНК-аптамеров, но к другому белку. Её заинтересовал мой метод. Ведь, повторю, синтезировать белки, наращивать их до кристалла очень дорого. Мой метод гораздо быстрее, выгоднее и дешевле: достаточно поставить маленькую пробирочку со слабым раствором под рентген. И уже видна общая структура аптамера, хоть и не столь высокого разрешения.

Так что сейчас мы ездим из Красноярска в Москву в институт Курчатова, чтобы проводить эксперименты для МГУ. Учёные из Москвы, Санкт-Петербурга, кстати, так и работают — они постоянно ездят в другие города, за рубеж. Я тоже стараюсь не упускать существующие возможности: участвую в грантах, конкурсах. Недавно у нас прошла заявка, теперь мы поедем во Францию, поработаем на синхротроне нового поколения.

— Вы говорили, что не хотите заниматься преподавательской деятельностью, но проводите занятия для детей…

— Работа с детьми — это другое. В технопарке «Твори-Гора» я преподаю астрофизику, а моя жена — астрономию. Занятия рассчитаны на учеников шестых — седьмых классов, но к нам ходят ребята и младшего возраста. Есть у нас и увлечённый астрономией третьеклассник, мы даже его брали с собой на астрономический форум СибАстро в Новосибирск.

Дети занимаются необычайно заинтересованно, сейчас готовят доклады для большого итогового мероприятия, на которое мы пригласили серьёзных экспертов, в том числе,нашего Владимира Николаевича Заблуду.

— Знаю, что вы — один из активных лекторов устного журнала «Язык Эйнштейна». Это проект популяризации науки?

— Да, его организует информационный центр по атомной энергии. Они приглашают молодых учёных, специалистов, студентов проводить небольшие лекции в общественных местах. За основу выступления берётся какая-то новость из мира науки, а наша задача — простым языком рассказать, что это значит для дальнейшего развития науки, для обычных людей.

Отмечу, что сегодня популяризации научных знаний уделяется большое внимание. Создаются технопарки, сообщества, музеи, идёт неплохая бюджетная поддержка, постоянно объявляются какие-то конкурсы и гранты. И есть много молодых людей, увлечённых наукой. Мы ведь с моей женой познакомились благодаря астрономии. Вместе пришли на одно из последних занятий ещё предыдущего состава КрасАстро. Она тоже очень хорошо знает небо, преподаёт астрономию в технопарке, сейчас собирается поступать в СФУ. Её привлекает нейрокогнитивистика — то, как за счёт химических связей в головном мозге объясняется наша мыслительная, эмоциональная деятельность. Тоже хочет заниматься именно исследовательской работой.

Однажды мы вместе ездили в Сингапур на курсы по изучению молекул на биологическом уровне, занятия проводились на английском языке. Моя жена ходила со мной на лекции, мы занимались построением молекулярных моделей, участвовали в квесте, хотя я предлагал ей просто погулять по городу. Потом вместе ездили в Курчатовский институт, она помогала мне готовить образцы для экспериментов. Это ведь интересно, когда твоими руками наука делается.

— После аспирантуры вы планируете остаться в Красноярске?

— Посмотрим, вариантов много, можно продолжать работу и в Красноярске, есть лаборатории, заинтересованные в моём исследовании. Конечно, я продолжу учиться, надо постоянно быть в курсе того, что происходит в науке — читать новые статьи, изучать методики, участвовать в разных проектах. Когда я отправил свою научно-исследовательскую работу на всероссийский конкурс ВИК.Нано, мне перезвонили. Ответил на несколько дополнительных вопросов, после чего меня пригласили в Москву на финальный этап конкурса. Участие в конкурсе стало для меня хорошей школой. Я узнал, как доводить свой проект до какого-то практического применения, как и что нужно патентовать.

Не так давно я слушал курс «На пути к успеху в науке», занятия для молодых учёных в онлайн-режиме проводит фонд «Траектория». Нам рассказали, как правильно готовиться к различным конференциям и для чего в принципе они нужны: не просто потусить, а установить научные связи, правильно подготовить и представить свой доклад, общаться с коллегами. Казалось бы, это простые правила, но не все их знают. Например, если вы говорите с собеседником на русском, а к вам подходят иностранцы, нужно переходить на английский язык, чтобы всем было понятно, о чём идёт речь. Говорили и о том, как организовать научную лабораторию: с чего начинать, как должен вести себя научный наставник. Был очень насыщенный курс, хотя состоял всего из трёх занятий.

Мы и сейчас продолжаем онлайн общаться с выпускниками, в том числе и предыдущих курсов, обсуждаем новости науки, свои проекты. У меня есть идея организовать подобные занятия в нашем университете. К сожалению, многие студенты либо не знают о существующих возможностях, либо не понимают, как их использовать. А сегодня есть столько ресурсов — бери и развивайся.

Софья АНДРЕЕВА