Сибирские ученые рассказали школьникам о науке

В Доме ученых СО РАН в честь Дня российской науки сотрудники ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» выступили в формате академического часа «Научные грани ИЦиГ СО РАН» для учащихся школ новосибирского Академгородка. Дети послушали о генетике, биоинформатике и медицине. 

Николай Колчанов Николай Колчанов

Первым выступил научный руководитель ФИЦ ИЦиГ СО РАН академик Николай Александрович Колчанов. В своей лекции ученый рассказал школьникам о том, что в последнее десятилетие генетика стала мировым лидером по темпам накопления информации, обогнав все науки и технологии и даже социальные сети. Причина этого — стремительное совершенствование методов секвенирования, в результате чего стоимость расшифровки генома человека снизилась более чем на четыре порядка. Достаточно сказать, что объем хранилища данных по геномам человека только одного Broad Institute в США превышает объем хранилища одной из социальных сетей. Большие генетические данные генерируются при решении фундаментальных и прикладных задач генетики, молекулярной и клеточной биологии, физиологии, медицины, фармакологии, биофизики, экологии, сельского хозяйства, биотехнологии. В науках о жизни произошел информационный взрыв. Понимание и практическое применение огромных объемов экспериментальных биологических данных исключительно высокой сложности невозможны без привлечения современных информационных технологий, эффективных методов компьютерного анализа данных и математического моделирования биологических систем и процессов на различных иерархических уровнях организации живых систем: начиная с геномов, генов, белков, метаболических путей и генных сетей, включая клетки и ткани, и заканчивая целостными организмами. В ответ на этот вызов возникли новые научные направления: биоинформатика и системная компьютерная биология, сформировавшиеся на стыке наук о жизни с математикой, химией, биофизикой, химической физикой и физической химией, информационными технологиями, включая методы высокопроизводительных вычислений и искусственного интеллекта. Задача биоинформатики — компьютерный анализ структурно-функциональной организации генетических макромолекул: геномной ДНК, РНК и белков. Предмет системной компьютерной биологии — реконструкция, анализ и моделирование генных сетей: групп координированно функционирующих генов, взаимодействующих друг с другом через нарабатываемые ими молекулярные продукты — РНК, белки, метаболиты и др., обеспечивающих на основе информации, закодированной в геномах, формирование всех фенотипических характеристик организмов (молекулярных, биохимических, клеточных, физиологических, морфологических, поведенческих и т. д.). Академик Колчанов подчеркнул, что при реконструкции генных сетей необходимо искать и извлекать информацию, распределенную по десяткам миллионов научных статей, тысячам баз данных и миллионам патентов, содержащих биологическую, медицинскую, фармакологическую, химическую и другую информацию. Решение этой задачи потребовало разработки программных систем для автоматического извлечения генетических знаний, основанных на методах искусственного интеллекта и машинного обучения. Одна из таких систем создана в Институте цитологии и генетики СО РАН. Результатом ее работы стала база знаний, содержащая ценную информацию, — большая генная сеть, которая дает информацию о миллионах генов и белков, десятках тысяч метаболических процессов, 46 тысячах заболеваний, — автоматически экстрагированная из более чем 30 миллионов документов PubMed и баз данных. Школьники также узнали о применении бионформатики и системной компьютерной биологии для исследования молекулярных механизмов повреждающего влияния мутаций на функционирование генов, белков и генных сетей, а также о компьютерно-экспериментальных подходах для создания микробиологических штаммов — продуцентов ценных веществ, а также о том, что в ИЦиГ СО РАН с помощью методов компьютерной протеомики ученые рассчитывают структуру органических молекул, которые могут стать потенциальными лекарствами для решения серьезных медицинских проблем, например для того, чтобы обеспечить эффективную работу генетически запрограммированных механизмов уничтожения больных клеток. 

Алексей Кочетов Алексей Кочетов

Генетика как она есть

Директор ФИЦ ИЦИГ СО РАН академик Алексей Владимирович Кочетов рассказал школьникам о генетике, ее применении в различных отраслях науки и современном состоянии.

Отбором самых лучших семян и их выращиванием люди занимались еще с первобытных времен. Постепенно с накоплением опыта появились первые селекционеры, и развитие получила классическая комбинационная селекция. Без увеличения производительности сельского хозяйства никогда не стал бы возможен рост населения нашей планеты. В настоящее время у селекционеров и генетиков накоплен большой потенциал, их взаимодействие приводит к получению выдающихся результатов. 

Касаясь темы связи генетики с животными, академик отметил, что внедрение антибактериальных и антивирусных препаратов способствовало становлению современного общества. «Поиск лекарств — это перебор множества десятков тысяч соединений ради нахождения того самого единственного препарата, который начинает спасать жизни, — прокомментировал ученый. — Их проверяют на лабораторных животных, но здесь есть свои нюансы. Возьмем, к примеру, пандемию коронавируса. Когда мы приступили к разработке вакцин, встал вопрос, на ком же их испытывать. Дело в том, что обычные мыши от природы не болеют ковидом, а все нормативы по производству и проверке лекарств ориентированы на них. Тогда молодые сотрудники нашего института предложили с помощью геномного редактирования создать линию мышей, которые поражаются этим типом вируса. В итоге такая линия была разработана, и сейчас на ней можно тестировать различные лекарственные соединения».
Кроме того, в институте разрабатывают стратегии по сохранению вымирающих видов растений и животных, что представляет особую значимость для современного общества. В качестве одного из способов используют криоконсервацию — глубокое замораживание в жидком азоте с возможностью последующей разморозки. Так, в частности, ученым удалось спасти европейскую норку, хищное млекопитающее из семейства куньих. 

В заключение своей лекции ученый пожелал школьникам больше интересоваться научно-познавательными программами, рассматривать возможности научного туризма, прислушиваться к себе и не бояться рисковать. 

Юлия Рагино Юлия Рагино

От диагноза до диагностики

Руководитель Научно-исследовательского института терапии и профилактической медицины — филиала ИЦиГ СО РАН член-корреспондент РАН Юлия Игоревна Рагино рассказала о структуре, основных направлениях и актуальных задачах института. 

Среди базовых лабораторий НИИТПМ одно из главных мест отводится лаборатории молекулярно-генетических исследований терапевтических заболеваний под руководством доктора медицинских наук Владимира Николаевича Максимова. «Здесь ученые изучают как распространенные заболевания, включая сердечно-сосудистые (инфаркт миокарда, инсульт, аритмия), так и орфанные (редкие): к ним относятся MODY-диабет, семейная гиперхолестеринемия и другие. Научная продукция лаборатории весьма многочисленна, поскольку практически ни одна работа в этой области не обходится без генетических исследований», — подчеркнула Ю. И. Рагино. 

Важная роль отводится лаборатории этиопатогенеза и клиники внутренних заболеваний, которой заведует доктор медицинских наук Софья Константиновна Малютина. «На ее базе сфокусирована самая лучшая в городе служба по ультразвуковой и функциональной диагностике. Помимо того, что оборудование относится к экспертному классу, специалисты этой лаборатории обладают наивысшими компетенциями и навыками по Новосибирску», — отметила ученая. 

Среди других не менее значимых лабораторий Юлия Рагино выделила молодежную лабораторию генетических и средовых детерминант жизненного цикла человека под руководством кандидата медицинских наук Алёны Дмитриевны Худяковой. Эта лаборатория состоит только из молодых ученых в возрасте до 35 лет. В ней ученые исследуют факторы риска и конечные точки основных хронических заболеваний человека на протяжении всей его жизни. «Я считаю создание этой лаборатории одним из важнейших событий в истории института, потому что, когда молодые люди работают в большой команде, это усиливает их креативное мышление. У них появляются совершенно новые подходы и идеи, отличные от наших. И это выводит нас на совершенно другой уровень решения проблем», — прокомментировала Юлия Рагино. 

Сейчас в НИИТПМ проходит третья волна исследования по выявлению факторов риска сердечно-сосудистых заболеваний в Новосибирской области в рамках проекта ЭССЕ-РФ-3, где Новосибирск участвует одним из 29 центров. 

Завершая выступление, Юлия Рагино в качестве рассматриваемых возможностей для поступления посоветовала школьникам Новосибирский государственный медицинский университет и Институт медицины и психологии В. Зельмана Новосибирского государственного университета. 

После «Академического часа» в Доме ученых СО РАН открылось сразу несколько выставок, посвященных исследованиям: «Дежурные по науке» доступна к просмотру в зимнем саду, а «Живые кадры сибирской науки» — в фойе малого зала.

Организаторы выставки «Живые кадры сибирской науки» отмечают, что им важно показать образ современного молодого ученого и открыть жителям города закулисье научных будней на примере конференции OpenBio. На выставке представлены кадры молодых фотографов из Академгородка. 

Сразу после открытия выставок в малом зале Дома ученых все желающие могли увидеть сюжеты об ученых Академгородка, сделанные студентами отделения журналистики Гуманитарного института Новосибирского государственного университета.

12+

«Наука в Сибири»

Фото Кирилла Сергеевича