"Расскажите о своей работе" — банальная просьба. Но не в том случае, когда ваш собеседник — кандидат биологических наук, директор Института живых систем на базе БФУ им. Канта Максим Патрушев. Учёный рассказал Клопс.Ru о полезных бактериях прошлого и о машинах будущего, о том, чем кусок грязи из калининградского парка может помочь человечеству и есть ли жизнь в кипящих гейзерах.
"Институт живых систем — это достаточно новое образование, которое возникло благодаря развитию университета в целом. Сегодня наш вуз участвует в нескольких программах — в частности, знаменитой в узких кругах программе "Пять сто": он в перспективе должен войти в российскую пятёрку, которая рейтингуется как сто лучших вузов мира. Задача эта крайне амбициозная. Если говорить откровенно, до поры до времени в этом университете не было той науки, которая узнаётся в мире. Здесь была региональная наука, что тоже очень важно, но в связи с изменением приоритетов пришлось менять и научную повестку.
Я как учёный с 2008 года занимался различными тематиками. Руководил лабораторией геномных и протеомных исследований. Мы занимались разработками в области диагностики каких-либо заболеваний, как правило генетических (я по специальности молекулярный биолог). Был сделан ряд разработок, проведены очень интересные исследования. После чего мы начали приглашать учёных в команду для совместной работы.
Это был период с 2008 по 2014 год. Приезжали люди с совершенно разными научными интересами. Например, Виталий Касымов — мой старый друг, который тоже здесь работает. Мы его вытянули из Лондона, одного из лучших мировых университетов. Он занимается нейробиологией. До него к нам приехал наш великолепный учёный, тоже молодой, из Московского университета. Это Степан Тощаков. Он прославился на калининградской земле, потому что работает с геномом мамонта.
Степан Владимирович Тощаков в итоге у нас руководит лабораторией геномики микроорганизмов. У него крайне интересная работа: изучение экстремофильных архей. Это те микроорганизмы, которые живут в абсолютно экстремальных условиях, например в гейзерах, где температура более ста градусов под давлением. Там, оказывается, обитают живые существа — еще и размножаются, прекрасно себя чувствуют. Конечно, интересно, как устроена вся эта система: почему там, например, белки не сворачиваются. Ведь если в эту температуру поместить, например, человека, то он тут же превратится в бесформенную массу.
Кроме температуры, это ещё и солёные озёра. Степан Владимирович ездит по самым интересным местам в мире, отбирает пробы и привозит сюда. Мы здесь расшифровываем геном этих микроорганизмов и выясняем, как они могут жить в таких условиях — например, в кристаллах соли. Там же ничего не живёт, казалось бы: соль — один из основных консервантов. А есть, оказывается, живые организмы, которые там прекрасно существуют.
Что касается Виталия Касымова, это тоже прекрасный учёный с хорошим опытом работы в ведущих мировых вузах, одной из новых лабораторий. Здесь он занимается изучением одной интересной штуки, которая называется "глия". Например, сказать вам слово "мозг" и попросить озвучить ассоциации. Если вы человек грамотный, начитанный, вы скажете: "нейроны", "нервные клетки" и так далее. Но дело в том, что нейроны и нервные клетки — это только половина мозга. А вторую половину занимает эта самая глия. Я на определённом этапе принимал участие в этих исследованиях. Мы пытаемся доказать, что нейроны — это просто провода, которые доносят сигналы из точки А в точку В. А что это будет за сигнал, какого он будет качества, определяет глия. Для этого применяются очень интересные технологии — например, оптогенетика. Представляете, оказывается, есть такие молекулы — родопсины. Если на них направить свет, они могут взбудоражить клетку и запустить в ней всякие любопытные процессы. Мы вставляем эти родопсины в мозг живой крысы, светим на неё и смотрим, как клетка реагирует.
Илья Мазунин — ещё один наш специалист. Мы его вытащили из Новосибирска, тоже молодой учёный. Он занимается генной инженерией, а точнее, системами редактирования генома. Сегодня наука развилась до того, что мы можем изменять наш геном, если нам в нём что-то не нравится. Это самые современные технологии. Например, у нас в каждой клетке есть две ДНК: одна находится в ядре, а другая — в органеллах, которые называются митохондриями. Это такие отдельные части клетки. Дело в том, что ДНК, которая находится в митохондрии, тоже очень важна. Если там что-то повреждается, человек сильно болеет. И Илья занимается разработкой систем, чтобы эту ДНК "чинить". То есть, если что-то "сломалось", туда можно доставить молекулярные машины. Они уберут повреждённую часть ДНК, вставят нормальную, и человек возродится. Это основные направления (так сказать, мейнстрим) в научной среде.
В итоге изучение экстремальных микроорганизмов и нейробиология выросли в биопроспектинг — поиск новых молекулярных инструментов в природе. Представьте: вы можете залезть в какую-то экосистему — например, взять кусок грязи в парке Калинина. И в ней живут десятки тысяч микроорганизмов, у которых есть свои свойства, функции. И среди этих функций мы можем найти те, которые полезны для человека.
К примеру, я ранее говорил об экстремофилах, которые живут в горячих источниках. У них есть какие-то ферменты. Конечно, эти ферменты интересны нашей биотехнологической промышленности в разных целях. И мы ищем их с помощью метагеномных технологий — нас даже не интересует, что за объект мы будем изучать. Просто берём кусок грязи, выделяем из него ДНК и смотрим, какие гены там есть – всех микроорганизмов вместе. По последовательности их ДНК мы восстанавливаем те функции, которые эти гены могут нести. Это фундаментальная наука, но при этом несущая прикладную, полезную функцию.
Фото предоставлено Максимом Патрушевым
Несмотря на то что мы называемся Институтом живых систем, у нас есть ещё одно направление: мозг-компьютерные интерфейсы. Это когда вы при помощи мысли — концентрации определённых эмоций и так далее — можете управлять механическими устройствами. У нас есть такая развлекушка для детей: они надевают специальный шлем с электродами, которые читают электрическую активность мозга, и управляют машиной при помощи мысли. Но это игрушки. А есть, например, реальная потребность у людей с ограниченными возможностями — чтобы двигаться, управлять коляской. Они могут стать более мобильными, более коммуникабельными в определённом смысле, поскольку эти же технологии используются для общения.
Да, по сути, это электронные устройства — не биология и не химия. Но это управление живыми системами, работа с ними, в частности с человеческим мозгом. Чтобы понять, как электроника будет работать, надо спрогнозировать и разработать механизм её взаимодействия с мозгом. Здесь химия и биология работают совместно с физикой, электроникой, программированием, робототехникой. Поэтому Институт живых систем — это вся биология плюс всё, что с ней связано. А сегодня это очень много чего. По сути, сегодня биология сама по себе не существует. Тычинки, пестики, описания, наблюдения, систематика — это есть, но это не является мейнстримом. И сегодня развитие приоритетных направлений происходит на стыке научных областей. Поэтому в качестве названия для института мы взяли именно объект, с которым работаем. Мы только используем биологию — а работаем с живой системой. Мы изучаем и модифицируем живые системы.
И всё же, поскольку у нас научно-образовательное учреждение, главный человек для института — это студент. И всё, что здесь происходит, имеет к нему непосредственное отношение. Сегодня у нас студенты уже с первого курса имеют возможность реализовывать какие-то свои проекты под руководством маститых учёных. Теперь университет — это не только теоретические знания, но и тренировочная площадка. Площадка для самореализации".