Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН провел мероприятие во второй раз и собрал специалистов из разных городов России.
В рамках конференции состоялись секции, посвященные структурным исследованиям биологических молекул, прикладным приложениям работ в разных направлениях, например вакцинации, лечения раковых заболеваний или сложных состояний, связанных с генетическими мутациями, также обсуждалось использование возможностей искусственного интеллекта в биологии и многие другие вопросы. С техническими решениями для разных задач в молекулярной биологии можно было познакомиться в формате мастер-классов.
«У школы я вижу несколько задач, — сказал директор ИХБФМ СО РАН доктор химических наук Владимир Васильевич Коваль, — самое важное — чтобы молодые люди увидели, где сейчас находится наука и с какими проблемами можно работать, какие задачи решать. Очень хочется появления новых сетей взаимодействия, коллабораций, совместных исследований, и по опыту прошедшей в 2024 году школы я вижу, что этого удалось добиться: знаю, что в работе несколько статей сотрудников нашего института с коллегами из ФИЦ «Красноярский научный центр» по изучению структуры лед-связывающих белков, есть совместные проекты по применению аптамеров. С коллегами из Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова ведется совместное исследование по производным нуклеиновых кислот. Я думаю, что по итогам школы этого года подобных проектов станет больше, ведь в этом году у нас больше участников и больше организаций».
Всего в рамках мероприятия прошло 14 сессий, каждая из которых предварялась несколькими обзорными докладами, посвященными той или иной проблеме.
Исследователи обсудили методы структурной ЯМР-спектроскопии. По словам заведующего лабораторией биомолекулярной ЯМР-спектроскопии Института биоорганической химии имени академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН, старшего научного сотрудника Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний Московского физико-технического института доктора физико-математических наук Эдуарда Валерьевича Бочарова, современная гетероядерная ЯМР-спектроскопия позволяет исследовать макромолекулы и их комплексы, при этом получать не только структурную информацию об объектах, но и оценивать их взаимодействие. «При этом изучение биомакромолекул осуществляется в окружающих условиях, подобных естественным, или даже внутри живых клеток», — отметил Эдуард Бочаров. В своем докладе он также разобрал примеры применения метода, которые вместе с белковой инженерией, биофизическими методами и молекулярным моделированием позволили понять молекулярные механизмы взаимосвязи «структура — функция — патогенез» для белков из различных биологических систем. Другой докладчик этой сессии — ведущий научный сотрудник лаборатория магнитной томографии и спектроскопии МГУ доктор химических наук Владимир Иванович Польшаков — рассмотрел спектроскопию ЯМР применительно к поиску потенциальных лекарственных препаратов. «Методы ЯМР используются для структурной идентификации новых биологически активных соединений, выделенных из природных источников, а также для анализа связывания низкомолекулярных соединений с биологическими мишенями», — отметил он. В качестве методов также были рассмотрены возможности синхротронного излучения. Об этом рассказал старший научный сотрудник лаборатории цифровых управляемых лекарств и тераностики ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» кандидат физико-математических наук Роман Владимирович Морячков. «Метод рентгеноструктурного анализа используется для получения структуры белков и других биомолекул высокого разрешения, однако для его применения необходимо построить кристаллическую упорядоченную структуру, что не всегда возможно. Кроме того, исследователям необходимо знать и динамические свойства биомолекул. Для решения таких вопросов можно использовать еще один синхротронный метод — малоугловое рентгеновское рассеяние. Оно позволяет исследовать биомолекулы в растворе, то есть в среде, приближенной к естественному окружению молекул, в котором они функционируют в организме», — сказал он. Ведущий научный сотрудник лаборатории ЭПР-спектроскопии Международного томографического центра СО РАН доктор физико-математических наук Олеся Анатольевна Крумкачева подробно остановилась на методе стационарной и импульсной спектроскопии электронного парамагнитного резонанса, дополненного спиновыми зондами или метками — небольшими молекулами, вводимыми в исследуемые биологические системы.
Продолжая тему структуры биологических молекул, директор Центра молекулярной и клеточной биологии, вице-президент по биомедицинским исследованиям Сколковского института науки и технологий доктор биологических наук Михаил Сергеевич Гельфанд рассказал об анализе особенностей хроматина (структуры, состоящей из ДНК, РНК и белков, которая образует хромосомы в ядре клетки). «Современные методы позволяют получить карту контактов, показывающую для каждой пары фрагментов генома, насколько часто они пространственно близки», — сказал он. В дальнейшем исследователи, получив данные о разных организмах и расположениях структур хроматина в них, могут использовать нейросети для оценки того, насколько похожи структурные свойства хроматина разных организмов и как проявляются эти свойства в ходе развития. Более подробно он рассказал об амебе Dictyostelium discoideum, которая в неблагоприятных обстоятельствах образует многоклеточные плодовые тела с дифференцировкой клеток и тем самым является моделью возникновения многоклеточности в ходе эволюции. В рамках этой сессии исследователи также обсудили геномные перестройки как маркеры различных заболеваний.
Поскольку многие фундаментальные исследования в конце концов находят прикладное применение, в рамках конференции были также представлены доклады, связанные с такими работами, например директор Института биомедицинских систем и биотехнологий Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого доктор биологических наук Андрей Владимирович Васин рассказал о применении технологии мРНК для создания средств профилактики и лечения гриппа, сотрудники Дальневосточного федерального университета рассказали о работах по лечению глиом, а сотрудники ИХБФМ СО РАН — о применении бактериофагов, изучении процессов репарации ДНК с точки зрения выяснения механизмов возникновения и лечения различных заболеваний.
Тему поиска эффективного лечения продолжили доклады, связанные с применением вычислительных возможностей для поиска потенциальных лекарственных препаратов и мишеней их воздействия. Профессор факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ доктор химических наук Андрей Викторович Головин доложил об искусственном интеллекте и физических методах в дизайне ферментов. «Основной интерес составляет генеративный молекулярный дизайн. Сегодня появляются методы, основанные на “галлюцинациях” и “диффузии” в искусственных нейронных сетях, которые помогают не просто предсказать структуру, а найти последовательность с желаемыми свойствами структуры», — отметил он.
Исполняющий обязанности директора Научно-исследовательского института физико-химической биологии имени А. Н. Белозерского МГУ член-корреспондент РАН Пётр Владимирович Сергиев рассказал о персонализированных мышах. «Кроме фундаментально научного интереса, редактирование генома мышей открывает дорогу к созданию персонализированных моделей генетических заболеваний человека, — отметил он.— Этот подход позволит лучше понять причины развития генетических болезней и откроет дорогу к разработке индивидуальной терапии». В своем докладе ученый показал, как найденные у пациентов мутации были воспроизведены на модели мыши и позволили выяснить причины появления заболевания.
Сотрудники ИХБФМ СО РАН рассказали о работах, связанных с онколитическими вирусами. В частности, они рассматриваются как перспективный подход для терапии глиом человека. Для усиления эффективности препарата в вирусный геном встраивают гены иммуномодулирующих белков, которые помогают усиливать местный иммунный ответ по отношению к опухоли.
В завершающий день конференции обсуждалось одно из основных направлений исследований ИХБФМ СО РАН — нуклеиновые кислоты. Они рассматриваются как перспективные объекты для диагностики и терапии заболеваний, в частности ряд работ ведется с олигонуклеотидами — короткими фрагментами нуклеиновых кислот, которые применяются в научных и прикладных задачах. Их свойства можно направленно менять с помощью химической модификации их структуры, что расширяет сферы применения. Заведующий лабораторией структурной биологии, заместитель директора ИХБФМ СО РАН по научной работе кандидат физико-математических наук Александр Анатольевич Ломзов рассказал о фосфорамидных производных олигонуклеотидов и различных их модификациях, а его коллеги более подробно раскрыли применение различных их вариаций. Заведующая лабораторией биомедицинской химии ИХБФМ СО РАН кандидат химических наук Елена Владимировна Дмитриенко рассказала о наноматериалах для молекулярной биологии и медицины. По ее словам, создание наночастиц в биологии сопряжено с рядом трудностей: традиционно подобные материалы синтезируют в определенных условиях и при попадании в жидкую среду даже в пробирке они могут слипаться или осаждаться в виде осадка, поэтому биологам нужны «свои» материалы, сохраняющие заданные свойства в биологических объектах.
«Следующую школу мы планируем организовать в 2027 году, — анонсирует Владимир Коваль. — Думаю, что два года — хороший срок, чтобы провести исследования и получить новые материалы для обсуждения».
Мероприятие прошло при поддержке компаний BIOCAD, «Хеликон», «Диаэм», «Генериум», «Техноинфо», «М-СПЕКТР», «ТД “ХИММЕД”», банка «Уралсиб», Центра новых медицинских технологий.
Юлия Позднякова
Фото автора
