Клопс.Ru побеседовал с сотрудниками Института живых систем о том, на что годна рыбья чешуя, как сохранить нервные клетки собаки при ветеринарном осмотре, об общении парализованных людей и о том, как научные разработки в Калининграде могут облегчить жизнь во всей России и даже в мире.
Степан Тощаков, генетик. Кандидат биологических наук, доцент
Степан Тощаков
"Занимаемся мы в основном экстремофильными микроорганизмами. Это те, которые живут в экстремальных условиях. Мы пытаемся понять, какие же гены помогли им приспособиться к достаточно жёстким условиям обитания. Они могут жить при температуре выше ста градусов, на глубине океана, в крепком растворе соли. Когда идёт добыча руд (железных, медных) через специальные отвалы протекает вода и превращается в кислоту. В этой кислоте тоже есть микробы — причём очень древние и очень интересные.
Экстремофильные микроорганизмы начали описывать где-то в 60-х годах прошлого века. А первый геном расшифровали в начале 2000-х. Самое известное достижение новых технологий — это программа "Геном человека". И параллельно начали изучать геномы других организмов. Сейчас мы это можем делать достаточно быстро — грубо говоря, за сутки.
Секвенатор — машина, которая прочитывает последовательность генома. Если представить себе геном как некую книжку — получается "энциклопедия жизни". В бактериальном геноме — от двух до пяти миллионов букв. Для сравнения: в человеческом — три миллиарда. После того как получен текст генома (геномный "алфавит" состоит всего из четырёх букв), мы пытаемся понять, что же в нём закодировано. Мы смотрим, какова функция генов, как они работают и приспосабливаются к различным условиям.
Конечно, свойства экстремофилов представляют большой интерес для промышленности и медицины. Самое известное их применение — полимеразная цепная реакция. Это основа большей части диагностических тестов в современной медицине. И она работает за счёт фермента, который получен из экстремофильного микроба. Этот микроб был найден в горячих источниках где-то в 70-х годах прошлого века. И в 80-х из него был выделен нужный фермент. Несколько лет назад за его открытие дали Нобелевскую премию.
У нас же задача несколько другая. Мы пытаемся найти фермент для промышленных целей. К примеру — чтобы превратить отходы деревообработки во что-то полезное. Опилки нужно как-то растворить. Это делается с помощью ионных жидкостей — это фактически жидкая соль. В таких условиях может работать только экстремофильный фермент, живущий в природе в условиях повышенной солёности. Некоторые живут фактически в насыщенном растворе соли — около 300 граммов соли на литр воды.
Или, допустим, перья, рыбья чешуя или другие отходы пищевых производств. На фабриках остаётся огромное количество рыбьей чешуи. А ведь рыбья чешуя — это фактически коллаген, чистый белок. Если этот белок расщепить до аминокислот, его можно использовать как высокоэффективную добавку для прикорма скота. Но тут есть одна проблема: чешуя — такая питательная среда, которая постоянно засорена другими микробами, возможно патогенными. Если же мы будем использовать фермент экстремофильного микроба, мы можем поднять температуру до 70-80 градусов — и вся патогенная микрофлора будет уничтожена. Разработка такого метода использования экстремофильной бактерии — это то, над чем мы сейчас работаем".
Наталья Шушарина, занимается исследованиями и разработками в области медицинских и нейротехнологий
Наталья Шушарина
"Я возглавляю научную группу, в которой сосредоточены в основном физики и программисты. Мы занимаемся научно-техническими разработками, в том числе в области медицины, например устройством для диагностики параметров сердечно-сосудистой системы человека.
Представьте: люди ходят к врачу, делают ЭКГ, чтобы снять какие-то данные, параметры сердечной деятельности и так далее. Но очереди в поликлиниках и больницах не любит никто. Поэтому мы разработали устройство, которое внешне напоминает часы. Человек спокойно ходит, а в это время прибор регистрирует его параметры пульсовой волны и в режиме онлайн передаёт лечащему врачу. Благодаря чему врач в любой момент видит, что происходит с пациентом.
Если человек находится в зоне риска — это особенно удобно: ещё до возникновения критического состояния врач уже будет оповещён этой системой. Соответственно, у него есть время, чтобы предупредить пациента и вызвать скорую помощь.
Учитывая, что эта разработка находится в области медицины, сертифицировать её достаточно сложно и долгосрочно. Поэтому мы вспомнили о наших братьях меньших. У всех есть собаки и кошки, все прекрасно понимают, что такое ветеринарная клиника. Чаще всего нельзя достоверно снять ни один параметр: животное чувствует запахи, кровь, смерть. Волнуется. Сердечко, естественно, колотится — врач не может адекватно оценить состояние животного. Если врач приходит на дом — то же самое: от него пахнет смертью, и собака это сильно чувствует. Про котов я вообще молчу. И мы трансформировали разработку для людей в прибор для домашних животных. Уже опубликована первая статья, получены первые данные. Сам прибор выглядит как ошейник — мы представляли его бывшему министру образования РФ Дмитрию Ливанову во время его последнего визита. Собака бегает с ошейником, на котором находятся электроды. Данные поступают хозяину на телефон и так же передаются ветеринару, и он уже ставит диагноз: есть ли какая-то патология. Собака у нас в итоге сохраняет нервные клетки, хозяин тоже, и продуктивность лечения возрастает.
А последнее направление, в котором мы активно работаем, — это нейротехнологии. Все прекрасно знают, что в России это сейчас приоритетное направление. Наша разработка — это модуль регистрации биопотенциалов, но многие могли о нём слышать как о "балалайке". Название — отсылка к произведению фантаста Панова, где все люди будущего ходят с "балалайками" — чипами, вживлёнными в область шеи, общаются и функционируют с их помощью. Наша "балалайка" снимает показатели активности головного мозга, физиологические параметры: ЭКГ, сердце, мышцы, глаза. И сейчас наш следующий проект — это управление инвалидной коляской посредством биосигналов. Уже есть коляски, которые управляются джойстиком. Но бывают такие случаи, когда у человека даже руки не двигаются. Альтернативные способы управления, которые мы разрабатываем, — с помощью дыхания, движения глаз. Даже если у пациента двигаются только щёки, он может лицевыми мышцами управлять инвалидной коляской — вперёд, влево, вправо.
Ещё одна из наших разработок совместно с группой Александра Яковлевича Каплана из МГЦ им. Ломоносова — устройство для общения парализованных больных. Например, человек полностью парализован, но устройство считывает импульсную активность его головного мозга, преобразует её — и на экране отображается всё, что мы хотим о нём знать. Это общение парализованных людей со своими родственниками. И — может, кто-то назовёт это лишним — общение таких людей друг с другом — в соседней палате, в соседних городах, в соседних странах. Это глобальный проект, мы там делаем только малую часть — аппаратную базу.
Эти технологии можно применить и в образовании, при работе с детьми. С помощью прибора снимается импульсная активность головного мозга ребёнка, составляется индивидуальная карта обучающегося. Можно выяснить, к чему он больше предрасположен: к естественным наукам, а может, к гуманитарным. Примерно как шляпа из "Гарри Поттера". Но это пока тоже область разработки — потому что человеческий фактор никто не отменял. И ребёнок может сделать выбор вопреки своим способностям".