Новости РНФ

Физики из России создали "лампочку" из оптоволокна, работающую в космосе

2 months ago
 Российские ученые создали прототип оптоволоконных источников света, способных работать в космосе и не разрушаться под действием радиации. "Инструкции" по их сборке были опубликованы в Journal of Lightwave Technology (работа выполнена по гранту РНФ - прим. ред. сайта rscf.ru).

"Исследований, подобных нашему, еще не проводилось, поскольку ряд висмутовых оптических волокон не имеет зарубежных аналогов. Благодаря финансовой поддержке Российского научного фонда мы успешно проводим подобные исследования", — рассказывает Сергей Фирстов из Научного центра волоконной оптики РАН в Москве.

Оптическое волокно представляет собой нити из пластика или стекла, способные проводить не электричество, как обычные металлические провода, а пучки света. Как правило, его нити состоят из двух слоев — светопроводного сердечника и окружающей его оболочки из другого прозрачного материала, который обладает чуть меньшим индексом преломления, чем сердцевина.

Благодаря этому оптоволокно может захватывать и заставлять двигаться свет в четко заданном направлении, препятствуя его "побегу" во внешнюю среду через стенки нити. У всех типов оптоволокна, созданных за последние полвека, есть несколько общих проблем, которые ученые пока не смогли решить полностью.

В последние годы, как рассказывают Фирстов и его коллеги, инженеры начали использовать оптоволокно не только для передачи информации, но и в качестве рабочего тела для так называемых волоконных лазеров. Поэтому длина таких лазеров может достигать нескольких километров, но при этом они могут умещаться внутри небольшой коробочки и иметь огромную мощность.

Для того чтобы превратить обычное оптоволокно в лазер, необходимо закрыть его с двух сторон полупрозрачными зеркалами и "засеять" сам материал атомами различных редкоземельных элементов, которые будут взаимодействовать с закачиваемым в него светом и превращать его в импульсы лазерного излучения нужной длины и мощности.

Недавно российские ученые выяснили, что подобными свойствами обладают оптические волокна, наполненные большим количеством атомов висмута и некоторых других веществ. Создав подобные структуры, Фирстов и его коллеги заинтересовались тем, имеют ли они общий недостаток многих подобных излучателей — низкую радиационную стойкость и высокую чувствительность к перепадам температур. 

Они проверили, так ли это, поместив катушку с подобным оптическим волокном внутрь специальной камеры, где поддерживались низкие температуры и высокий уровень радиации. По сути, внутри нее имитировались такие же условия, в которых находился бы подобный источник света, если бы он работал на борту спутника в космосе на протяжении десяти лет.

Как показали эти опыты, висмутовые волокна спокойно переносят подобную радиационную нагрузку, и при этом выдерживают перепады температур от минус 60 до плюс 60 градусов Цельсия. Это позволяет применять разработку российских ученых для создания систем связи и других космических приборов.

Дата публикации: 19 июля 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Ученые исследовали аномальные свойства сверхчистых кристаллов

2 months ago
 Ученые из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) разработали математическую модель процессов, происходящих при распространении тепла в сверхчистых кристаллах. Это откроет перспективы создания новых материалов для использования в охлаждающих контурах различного оборудования. Об этом они рассказали в журнале Continuum Mechanics and Thermodynamics. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).

Способность материалов проводить тепло связана с их внутренним строением. Атомы в любом твердом веществе при температуре, отличной от абсолютного нуля, совершают колебания относительно своего положения равновесия. Такие движения атомов могут распространяться в пространстве от одного атома к другому. Для более удобного описания процессов передачи колебательной энергии ученые ввели новую квазичастицу (частицу, которую можно рассматривать одновременно как волну) – фонон.

Для описания процессов передачи тепла в физике твердого тела используют свойства фононов. При повышении температуры амплитуда колебаний атомов в кристаллической решетке возрастает. Нагретые атомы испускают больше фононов. Фононы передаются по кристаллической решетке, и атомы во всем материале начинают колебаться с большей амплитудой. Увеличение амплитуды колебаний атомов кристаллической решетки соответствует возрастанию температуры твердого тела.

Существующая теория теплопереноса утверждает, что тепловая энергия в твердых телах переносится фононами по аналогии с тем, как световая энергия переносится фотонами. Также эта теория учитывает возможность рассеяния (ослабления энергии) фононов из-за соударения с дефектами кристаллической решетки. При своем рассеянии фонон может менять направление движения, тем самым затрудняя процесс переноса тепла. Эта теория хорошо описывает распространение тепла в телах, содержащих большое количество дефектов, но плохо работает в случае сверхчистых кристаллов (реальных кристаллов, число дефектов в которых минимально).

Ученые из СПбПУ создали математическую модель, которая описывает перенос тепловой энергии в твердых телах на основе разрабатываемой ими теории баллистической теплопроводности. Эта теория рассматривает бездефектные кристаллы как совокупности частиц, соединенных между собой связями, способными растягиваться и сжиматься. При проведении расчетов по такой модели ученые выяснили, что передача тепла в сверхчистых кристаллах связана со свободным распространением фононов. Существующие теории теплопереноса в этом случае неприменимы.

Исследователям еще предстоит завершить создание теории баллистической теплопроводности, и в своей нынешней работе они описали тот математический аппарат, который лежит в ее основе. На примере сверхчистого кристалла ученые показали, что созданная ими модель хорошо описывает предполагаемые свойства физической системы, но в некоторых аспектах противоречит классической теории. Если ученым удастся показать, что созданный ими математический аппарат способен описывать наблюдаемые в реальности эффекты лучше существующей модели, то в будущем он сможет заменить классическую теорию. Исследователи СПбПУ совместно с коллегами из Берлинского технического университета уже ведут подготовку к эксперименту, который позволит проверить предсказания новой теории.

«В скором времени нами будет создана теория баллистического распространения тепла в сверхчистых материалах. Теория позволит разрабатывать эффективные методы отвода тепла с использованием уникальных тепловых свойств сверхчистых материалов, которые уже возможно получить с использованием современных технологий. Это откроет перспективы создания новых материалов для использования в охлаждающих контурах различного оборудования», – говорит один из авторов исследования, член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук, профессор Антон Кривцов.

Дата публикации: 18 июля 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Ученые Политеха сделали еще один шаг к созданию вакцины против ВИЧ

2 months ago
 Научная группа под руководством профессора СПбПУ А.П. Козлова опубликовала результаты исследования, посвященного поиску решений для создания вакцины против вируса иммунодефицита человека (ВИЧ).

На протяжении двух лет, в рамках реализации гранта Российского научного фонда, ученые Политеха изучали особенности передачи ВИЧ-инфекции при помощи совместного использования игл и шприцев. Именно такой вид распространения ВИЧ наиболее характерен для России.

В рамках проекта ученые исследовали образцы крови 13 потребителей инъекционных наркотиков с острой или ранней стадиями ВИЧ-инфекции. Передача одного вирусного варианта была обнаружена в девяти (70%) случаях. Эти данные были получены методом секвенирования ДНК единичных геномов, позволяющим получить сведения о числе геномов, вызвавших инфекцию. Кроме того, научная группа использовала метод секвенирования следующего поколения, способный анализировать не 20-30 единичных геномов, а сразу до 5 000. Таким образом, ученым удалось установить, что все вирусы – это «потомки» одной частицы, то есть лишь один геном является возбудителем вируса. Подобный феномен называется эффектом «бутылочного горлышка». Статья, посвященная результатам этого исследования, опубликована в журнале AIDS Research and Human Retroviruses.

«Казалось бы, работа фундаментальная, но гены вирусов, с которыми мы работаем, можно использовать в вакцине против ВИЧ. Грубо говоря, надо делать вакцину не против всех возможных вирусов, а против тех, которые заражают. Разные вирусы по-разному заражают. Именно эти данные мы будем использовать в дальнейшей работе над вакциной против ВИЧ», – отмечает профессор А.П. Козлов.

Дата публикации: 18 июля 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Six German-Russian Research Groups Receive Three Years of Funding

2 months ago
 The new German-Russian funding program “Helmholtz-RSF Joint Research Groups” has completed its second selection phase, in which the Helmholtz Association and the Russian Science Foundation (RSF) selected a further six joint research groups. Each group will receive funding of up to 130,000 euros per year from the Helmholtz Association’s Initiative and Networking Fund as well as support in the same amount from RSF for a period of three years. The second of a total of three rounds of calls for proposals focused on the two fields of “Energy Storage and Grid Integration” and “Climate Research.” The first round in 2017 called for proposals in the fields of “Biomedicine” and “Information and Data Science.”

“Russia is an important partner for our cooperation in many fields of research,” says Otmar D. Wiestler, the President of the Helmholtz Association. “The supply of energy in the future and climate change are two such fields, and our new funding instrument therefore serves as a valuable building block for meaningful progress in these areas. I would like to warmly congratulate the selected researchers and wish them every success in the work that lies ahead of them.”

A total of twelve applications were submitted in the second round of calls for proposals. “The submissions included many outstanding projects,” Wiestler continues. “I am very happy that we were able to select six innovative proposals.” The Helmholtz Association’s mission is to identify solutions for major challenges facing society, science, and the economy. Wiestler notes that international cooperation is an integral part of these efforts. “If we want to achieve real scientific breakthroughs, we need to think beyond the boundaries between countries and disciplines. I am certain that the selected research groups will make valuable contributions in this respect.”

The “Helmholtz-RSF Joint Research Groups” are based on a partnership between the Helmholtz Association and the Russian Science Foundation. A key aspect of this program is supporting young researchers in both Germany and Russia. Each of the selected research projects involves scientists from one of the Helmholtz Centers as well as Russian partners. A total of three rounds of calls for proposals are planned under the “Helmholtz-RSF Joint Research Groups” initiative, and six bilateral projects will be selected in each round. The last call for proposals in 2019 is set to focus on the topic areas of “Materials and Emerging Technologies” and “Structure and Dynamics of Matter.” This round will be kicked off on September 1, 2018, and the deadline for submitting applications will then be November 30, 2018.

The six research projects that have been awarded funding following the latest round of calls for proposals are:

1. Magnetohydrodynamic instabilities: Crucial relevance for large-scale liquid metal batteries and the sun-climate connection

Liquid metal batteries represent a promising option for storing renewable energy. However, the flow instabilities caused by their magnetic field need to be mitigated in order to make them economically viable to use. Similar instabilities have also been observed in the Sun’s magnetic field, which is produced by the movement of the plasma around the Sun. Even weak tidal forces from the planets appear to play a key role here, and this could explain the striking synchronization between the “solar dynamo” and planetary constellations. Scientists from Dresden, Perm, and Moscow will examine this subject – which is still highly speculative but quite relevant to our climate – in close conjunction with the issue of stability for large liquid metal batteries.

2. Fundamental aspects of cryogenic gas liquefaction by magnetic cooling

The term “magnetic cooling” refers to a change in the temperature of special materials, which is caused by a changing magnetic field. This effect is already being used in the field of low-temperature physics, but is also being increasingly explored as a technology for refrigeration at room temperature. Scientists based in Dresden, Darmstadt, and Chelyabinsk are now aiming to make magnetic cooling an established method for liquefying gases in the fields of e-mobility and energy storage. To this end, new magnetic materials need to be developed and examined extensively in high magnetic fields. Conventional techniques for generating liquid hydrogen in particular are still very expensive due to the high technical expenditure. Solid-state magnetic cooling could make this process of gas liquefaction more energy efficient and thereby open up new possibilities for the energy transition.

3. Ammonia slip catalysts: Promoting a fundamental understanding of mechanism and function

Ammonia is an attractive, comparatively easy-to-handle energy storage molecule for hydrogen that is used to operate fuel cells in homes or commercial vehicles. When ammonia is broken down by catalysis to produce hydrogen, very small quantities of ammonia (ammonia slip) are inevitably released. This project aims to develop a new generation of ammonia slip catalysts (ASC) that remove non-reacting ammonia. To this end, the Boreskov Institute of Catalysis (BIC) and the Karlsruhe Institute of Technology (KIT) will pool their expertise in the fields of producing bimetallic catalysts, detailed kinetic measurements, and characterization using cutting-edge operando methods. The experts will work together to explain the conversion mechanisms of ammonia, develop a new generation of catalysts for energy conversion on this basis, and thereby contribute to protecting our environment.

4. Biological effects of global warming on cold-adapted endemic amphipods of Lake Baikal

Located in Eastern Siberia, Lake Baikal is the largest and deepest lake in the world. Its water has an extremely low salt content and is clear, rich in oxygen, and extremely cold throughout the year with an average temperature of six degrees Celsius. Nonetheless, the numerous endemic aquatic organisms in Lake Baikal are extremely active in comparison with species that are not found in Baikal. In this project, researchers will be conducting exemplary analyses of amphipods at the physiological and proteome levels to examine what enables species in Baikal to adapt so well to low water temperatures. Lake Baikal is being significantly affected by climate change, and an increase in the water’s average annual temperature has already been recorded. The project’s goal is to provide data that makes it possible to predict the water temperature at which species in Baikal are no longer at an advantage in comparison to other species and could therefore be displaced by species that are not native to Baikal.

5. European hydro-climate extremes: mechanisms, predictability, and impacts

Climate projections predict an increase in extreme events such as heavy rainfalls, floods, heat waves, and droughts. However, these projections are based on simplified models of the terrestrial system which have a relatively low spatial resolution. This can lead to a large degree of uncertainty in the output of the models. This project will enhance the resolution of the climate models across Europe many times over and simulate the terrestrial system in its entirety, from the groundwater, to the surface of the land, to the atmosphere. It will make it possible to produce physically consistent projections of the terrestrial water and energy cycle in which extreme events can be modeled with a much higher degree of precision.

6. The linkage between polar air-sea ice-ocean interaction, Arctic climate change and Northern hemisphere weather and climate extremes (Polex)

The Arctic's climate is subject to more rapid changes than the global climate. Shrinking sea ice during the summer months in particular causes changes in the weather in the Arctic and also influences the large circulation systems in the middle latitudes. Extreme weather and climate events such as cold spells, droughts, or heat waves can occur more frequently. Previous climate models have major deficits when it comes to reproducing the observed atmospheric circulation patterns and the development of sea ice in the Arctic. This is partly because they have difficulties in modeling the processes that determine the interactions taking place at the interface between the atmosphere, ice, and ocean. This project aims to develop a new class of parameterizations that is designed especially for polar conditions and will represent the physical processes at the interface between the atmosphere, ice, and ocean. The influence of the new parameterizations on changes in the Arctic’s weather and climate, Arctic sea ice, and atmospheric circulation patterns in the middle latitudes will then be examined and quantified.

Дата публикации: 18 июля 2018 метки:  RSF news
shuliak@rscf.ru

Перцовый пластырь помог ученым выяснить, почему возникает мигрень

2 months 1 week ago
 Российские и финские нейрофизиологи раскрыли нарушения в работе капилляров мозга, которые могут быть одной из главных причин развития мигрени. Об этом они пишут в Journal of Headache and Pain (работа выполена по гранту РНФ - прим. ред. сайта rscf.ru).

"Мы выяснили, что капилляры носителей мигрени неравномерно откликаются на капсаицин. Это может быть свидетельством сбоев в молекулярных механизмах регуляции кровотока. Однако прежде чем делать выводы, нужно глубже исследовать этот вопрос", — рассказывает Алексей Камшилин из Университета ИТМО в Санкт-Петербурге, чьи слова передает пресс-служба "Проекта 5-100".

Мигрень считается неврологическим заболеванием, наиболее характерный симптом которого — эпизодические или регулярные мучительные приступы боли в одной половине головы. Причины возникновения боли могут быть самыми разными: физическое перенапряжение, пища, погодные факторы, отсутствие сна и многое другое. Как правило, женщины чаще страдают от мигрени, чем мужчины.

Последние исследования показывают, что предрасположенность к мигрени во многом связана с устройством некоторых генов, в том числе тех участков ДНК, которые отвечают за реакцию организма на холод. С другой стороны, реальные механизмы развития симптомов заболевания пока остаются предметом споров среди ученых.

Как передает пресс-служба Российского научного фонда, ученые из Санкт-Петербурга, Казани и Финляндии приблизились к раскрытию причин мигрени, изучая, как мелкие кровеносные сосуды в коже человека реагируют на капсаицин — жгучее вещество красного перца.

Это вещество и прочие "острые" соединения, заставляющие кожу краснеть, распознаются нервной системой при помощи особых рецепторов — молекул TRPV1. Их включение приводит не только к появлению неприятных ощущений, но и к выделению целого "букета" сигнальных молекул, которые помогают организму максимально быстро справиться с очагом боли.

В число таких молекул входит белок CGRP, выделение которого в сосуды приводит к их расширению и ускорению кровотока. Как предположили ученые, неправильная работа этого сигнального вещества может быть одной из основных причин развития мигрени, так как ее во многих случаях можно подавить, блокируя работу CGRP или TRPV1.

Камишилин и его коллеги проверили, так ли это, собрав группу из дюжины здоровых добровольцев и такого же числа страдающих от мигрени. Наклеив на их кожу перцовый пластырь, ученые следили за тем, как менялась работа сосудов, подсвечивая отдельные красные кровяные клетки при помощи специального лазера. 

Как показали опыты, капилляры носителей мигрени по-разному реагировали на капсаицин. Это проявлялось в том, что часть из них расширялась сильнее, а другие откликались не так активно. При этом у здоровых людей все кровеносные сосуды примерно одинаково реагировали на жгучее вещество.

Подобные различия, считают ученые, говорят о том, что работа CGRP и TRPV1 в организме носителей мигрени может быть нарушена. Эти сбои, в свою очередь, могут быть главной причиной развития болевых ощущений, однако идею еще предстоит проверить, заключают они.

Дата публикации: 17 июля 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

В Институте химии силикатов РАН испытывают «магическую» технологию

2 months 1 week ago
 По-простому эту магию можно проиллюстрировать так: 5-летний ребенок одной рукой поднимает маломерное судно. Или так: вас не разбудит соседская вечеринка, даже если хозяева приставят динамики к стене. Идея Института химии силикатов и академика Владимира Шевченко выиграла один из самых «труднодоступных» грантов, от РНФ - Российского научного фонда. Это значит, государство весьма заинтересовано. «Сердечки» и «макароны»

На столе лежат образцы - небольшие кубики, ажурные, будто в них проели извилистые ходы невидимые жуки. Но проели аккуратно - в виде сердечек, восьмерок, да хоть макарон-рожков. Из-за этих каналов пластмассовый кубик получился легчайшим: граммов восемь. Но даже если на это «кружево» наступит мужчина весом 80 кг - выдержит. Это так называемые сотовые структуры.

Вообще-то сотовые структуры используют уже лет 70 в оборонных и гражданских технологиях. Например, в домостроении: «сотовые» панели зданий лучше сохраняют тепло из-за воздуха в «дырочках». Пористость позволяет облегчить детали в кораблях, самолетах, машинах.

- Сотовые конструкции дают возможность оптимизировать соотношение между прочностью материала и весом, - поясняет академик Владимир Шевченко. - А это соотношение - важнейший принцип. Сделаем материал сплошным - будет прочным, но слишком тяжелым. Сделаем пористым - будет легче, но надо искать баланс, чтобы не потерять в прочности.

Но рукотворным сотовым структурам, из которых сделаны нынешние материалы, очень далеко до той эффективности, которую придумала природа. Она не вырезает в материале нужные ей ячейки - она выращивает материал сразу с ячейками. Вы не выдолбите в стволе дерева ту совершенную систему сосудов, которую запросто создает природа, причем оптимально распределив все нагрузки - сделав канал где-то уже, где-то шире, где-то со стенками потолще, где-то потоньше. И все это в микроскопических размерах.

Такие «природные» сотовые конструкции (их называют трижды периодические поверхности минимальной энергии) человечество создавать тоже научилось, но только в уме, математически. Получить такой материал было практически невозможно из-за очень сложных форм.

- Все изменилось после 3D-революции, когда появились технологии 3D-печати, - говорит академик.

Эти технологии как раз позволяют выращивать структуру - подобно тому, как это делает природа. Вы, условно говоря, не вырезаете микеланджеловского Давида из куска мрамора, отсекая все лишнее, а «послойно» и «безотходно» этого Давида печатаете в объеме. Вы не высверливаете в материале микроскопические извилистые каналы-соты, а сразу создаете деталь, попутно оставляя в ней эти каналы.

Кружевные кубики, которые сейчас «выращивают» в институте, - это, в общем, то, что до недавних пор удавалось только природе. И это прототипы будущих материалов.

Ферма лабиринтов

В институте эти кубики печатают на особой «ферме», как ее неформально называют, - в комнате с 3D-принтерами.

- Представим себе автомобильный бампер, - говорит доктор технических наук Максим Сычев, ведущий научный сотрудник лаборатории исследования наноструктур. - При аварии задача бампера - разрушиться, но поглотив энергию от столкновения. В бампере и сейчас применяется так называемый сотовый заполнитель, просто не такой сложной формы.

Его аспирант Лев Лебедев добавляет: а можно вырастить бампер с такой структурой, что энергия от удара будет поглощаться еще эффективнее:

- Внутри такой конструкции будет «лабиринт» - одни части работают как ребра жесткости, другие, наоборот, сминаются.

А, например, звукопоглощению послужит «лабиринт» какой-нибудь другой конфигурации: звук входит в него и «запутывается».

Одни ажурные фигурки выращивают за час, другие за полдня. Зависит от сложности. Здешние принтеры, говорят, по цене смартфона. У дешевого оборудования свои плюсы: его можно модифицировать. Правда, тем квалифицированнее должен быть специалист. «Это как со сломанной дешевой машиной: чтобы на ней ездить, надо починить, а чтобы починить - надо в этом разбираться», - поясняет Лев Лебедев.

Он занимается одним из самых современных методов программирования - графическим: создает на компьютере эти всевозможные формы - «играет» с количеством и формой ячеек, их размерами. Осваивал по самоучителю.

Максим Арсентьев, научный сотрудник лаборатории исследования наноструктур, - тоже за компьютером. Это виртуальный испытательный полигон:

- Структуры очень сложные, надо проследить, как в них распределяется напряжение. Если неравномерно, в каком-то месте деталь может сломаться.

Это все химия!

- Вообще считается, что ученый должен каждые 10 - 12 лет браться за что-то абсолютно новое. Но я уже не думал, что у меня это новое появится, - говорит Владимир Шевченко. - Оно бы и не появилось, если бы не аддитивные технологии, технологии «выращивания».

Этой новой темы, уверен ученый, точно хватит не на 10 - 12 лет, а на все сто.

Институт химии силикатов - один из немногих в стране, если не первый, кто занимается созданием подобных материалов. За рубежом работы ведутся, но открытых публикаций негусто - технологии разрабатываются в первую очередь «для оборонки».

- Владимир Ярославович, вот институт называется «химии силикатов», а где тут, в этих кубиках, химия?

Академик почти возмущен:

- Это все - великая препаративная химия! Существует глубокая связь, возникающая в процессе твердофазной химической реакции, между реакционно-диффузионным механизмом Тьюринга и формированием трижды периодической поверхности минимальной энергии.

По правде говоря, в объяснении мы распознаем только фамилию великого Тьюринга, «расколовшего» немецкую шифровальную машинку «Энигма».

...Грант РНФ на три года, сейчас ученые в середине пути.

- Владимир Ярославович, наверное, уйма лет пройдет, пока обычный человек эти технологии увидит в быту.

- В следующем году уже будем испытывать на реальных конструкциях - теплозащита, звукопоглощение, защита от экстремальных механических нагрузок. Панели в домах будут гораздо эффективнее по теплоизоляции, по звукоизоляции. В самолетах двигатели будут легкими, экономичными и опять же со звукоизоляцией. Маломерные суда - очень прочными и легкими, ребенок сможет поднять. Дело ближайшего будущего. Но, что существенно, грант дает возможность сформировать молодежную лабораторию. Эти «дети» скажут новое слово в материаловедении. Они опережают нас в информатике, я их уже никогда не догоню, но я могу предложить идею. В общем, так: идеи наши - «бензин» их.

P. S. В начале мая президент страны подписал указ о награждении академика В. Я. Шевченко орденом Александра Невского - «за большой вклад в развитие науки и многолетнюю добросовестную работу». 

Дата публикации: 17 июля 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Как не попасть в ловушки? Прогнозировать развитие страны поможет экономическая томография

2 months 1 week ago
 В последние два десятилетия Россия страдала то от дефолта 1998 года, то от мирового кризиса 2008-2009 гг., то от неприятностей, начавшихся в экономике с 2016 года. Можно ли предсказывать такие явления и им эффективно противодействовать? Сотрудники Центра экономической безопасности Института экономики УрО РАН, выполняя грант РНФ “Информационно-аналитическая система “Антикризис”: диагностика регионов, оценка угроз и сценарное прогнозирование с целью сохранения и усиления экономической безопасности и повышения национального благосостояния России”, по сути, разрабатывают для такого оперативного распознавания специальный инструментарий. О том, что он собой представляет, “Поиску” рассказал один из основателей Центра, главный научный сотрудник ИЭ УрО РАН, доктор экономических наук Александр Куклин.

- Александр Анатольевич, как вы считаете, когда закончится нынешний кризис, длящийся с 2016 года?

 - По нашим оценкам, к 2021 году. Хотя, если вы помните, еще два года назад на самом высоком правительственном уровне утверждалось, что российская экономика достигла дна и уже виден свет в конце туннеля. А мы тогда только еще входили в кризис. И сейчас картина не радужная. Фундаментальные факторы восстановления экономики - рост промышленности и инвестиций - по-прежнему отсутствуют. Нынешний кризис системный, он существенно усиливает негативные явления в социально-экономическом развитии страны. Мы их порой называем “ловушками”: это снижение расходов на здравоохранение, образование, науку и культуру, рост бедности. Так, в 2016 году доход 1% богатых семей в России составлял порядка 10 триллионов рублей, а весь федеральный бюджет - около 13 триллионов. Автономное функционирование институтов зарплаты, пенсионного обеспечения и медицинской помощи препятствует формированию практики обязательного медицинского страхования. Недостаточное инвестирование в инфраструктуру тормозит развитие всей экономики, приводит к тому, что большая часть населения попадает в капкан средних доходов (не путать со средним классом, который у нас до сих пор не сформировался) - это когда у людей нет стимула к профессиональному и личностному росту. 

- Каковы критерии оценки экономической безопасности регионов? 

- Мы считаем таковыми благосостояние личности и территории проживания - взаимосвязанные и нераздельные сферы функционирования экономики. Например, схема диагностики благосостояния, по нашему мнению, определяется 8 основными модулями. На уровне личности это духовный, витальный, социальный и модуль благополучия, определяемый по показателям жилищного, потребительского, имущественного и финансового обеспечения. На уровне территории - ресурсный, экономико-политический, инфраструктурный и модуль благополучия, отражающий приемлемость техногенных условий проживания, сбалансированность экономики и других сфер, бюджетную обеспеченность экономики и ее эффективность, а также доступность высокотехнологичных услуг. 

- А как вы просчитывали духовность?

- Это было сложнее всего сделать. Категория рассматривалась в плане наличия условий для нравственного, интеллектуального, религиозного и эстетического образования. В оценке благосостояния личности и территории проживания учитывались также корректирующие характеристики: влияние демографических и инновационных волн, изменение соотношения технологических укладов. Все это позволило рассматривать экономическую безопасность региона как сложнейшую систему и привело к выводу, что нельзя оценивать глубину кризиса и перспективы выхода из него на основе только одного показателя - темпа роста валового регионального продукта (ВРП). Так и экономику страны, - исходя только из роста валового внутреннего продукта (ВВП). 

- Но традиционно считалось, что именно эти показатели наиболее чутко демонстрируют перемены в экономике.

- В действительности это не совсем так. Анализ кризиса 2008-2009 гг. показал, что социально-экономические системы регионов способны комплексно сопротивляться разрушающему влиянию кризиса, а снижение темпа роста валового регионального продукта можно компенсировать за счет других факторов. Особенно ненадежен этот показатель как основной при прогнозировании экономической ситуации. 

Мы разработали экспресс-диагностику, включающую шесть основных критериев благосостояния личности и территории проживания: коэффициент естественного прироста населения, уровень общей безработицы, отношение бюджетных расходов на образование к ВРП, объем просроченной задолженности по ипотечным жилищным кредитам, отношение бюджетных расходов на здравоохранение к ВРП, доля населения с доходами ниже величины прожиточного минимума. Эти критерии, в свою очередь, “впитывают” информацию, которую передают более чем 90 второстепенных показателей. 

Применение нашего метода, который мы назвали “экономической томографией”, позволяет получить очень подробную картину экономической ситуации в регионе, увидеть зарождающиеся негативные тенденции задолго до того, как они разовьются, выявить всевозможные риски. Разрабатывая информационно-аналитическую систему “Антикризис”, мы исходили из гипотезы, согласно которой Российская Федерация обладает некоторой защищенностью от кризисов и их последствий благодаря ряду факторов: масштабу, определенной закрытости экономики, российскому менталитету (у нас очень терпеливое население), а также значительному ресурсному и человеческому потенциалу. И плюс в силу ряда причин волны кризиса доходят до нас с некоторым опозданием, оставляя время на то, чтобы успеть отреагировать на приближающиеся неприятности и управленческие ошибки, т.е. нейтрализовать угрозы и поддерживать экономическую безопасность. Так, например, применив экспресс-диагностику при вхождении Свердловской области в пятилетний кризис 2016-2021 гг., мы по всем шести основным показателям получили относительно нормальную картину. 

- А если бы вы увидели приближающийся серьезный кризис, какие варианты “лечения” ситуации предложили бы?

- Скажу сразу: мы не ставим себе задачу создать некий аппарат предсказания кризисов. Наша цель - предоставить теоретико-методологический инструментарий распознавания угроз на ранних стадиях, что позволит входить в кризис с наименьшими потерями. И, разумеется, мы рассматриваем различные сценарии выхода из него. Мы разработали несколько сценариев развития и прогнозирования благосостояния личности и территории проживания. Инерционный - когда падению уровня благосостояния не уделяется никакого внимания, источники финансирования либо отсутствуют, либо направляются на другие нужды. МЧС-сценарий срабатывает в ситуации стихийного бедствия: пожаров, наводнений, землетрясений. Демографический отражает период, когда происходит провал рождаемости и на передний план выходит необходимость естественного прироста населения. При социальном сценарии ухудшаются условия и качество проживания людей на рассматриваемой территории - это характерно для затяжного кризиса. Инновационный сценарий говорит сам за себя - он наиболее привлекателен. Наконец, комбинированный сценарий предполагает гибкий учет различных трендов развития. Нужно также брать в расчет циклические колебания экономики, энергетические предпочтения, демографические волны, роль теневой экономики в хозяйственном комплексе территории.

- По какому сценарию развивается ситуации сегодня в России? 

- Преимущественно по социальному. О суперинновационном сценарии мечтать сейчас не стоит. Нужно стабилизировать ситуацию, не совершая резких движений, не бросаясь из крайности в крайность. Расширенная эмиссия, то есть резкое увеличение денежной массы, инвестиции в инфраструктурные проекты, аудит госкорпораций, рост частных инвестиций, сокращение расходов на социальную сферу - все эти идеи и предложения не выходят за рамки существующей модели развития. А она себя исчерпала. Необходимы структурный разворот и создание условий для возрождения и развития промышленного комплекса. Разговоры о том, что будущее России - это туризм и сфера услуг, абсолютно непродуктивны. В нашей стране с ее ресурсами, пространством, генетическим потенциалом только рост промышленного сектора может дать мультипликативный эффект для развития других секторов экономики. 

 Мы надеемся, что наш инструментарий возьмут на вооружение губернаторы, главы администраций, руководители органов власти различного уровня. Сейчас стратегии инновационного развития регионов часто разрабатываются без серьезной диагностики текущего экономического состояния, а потому оказываются нереалистичными, нуждаются в постоянной корректировке. Метод экономической томографии поможет выявлять латентные тренды социально-экономического развития, принимать сбалансированные бюджеты территорий, оптимизировать последствия кризисов, оценивать целесообразность крупных технических проектов, учитывать риски, делать взвешенные среднесрочные прогнозы. Это не просто диагностика - она предполагает обратную связь: угрозу легче нейтрализовать, вовремя заметив и определив ее источник. 

Всемирный банк недавно обновил прогнозы развития экономики США, Китая и России. Общий рост мировой экономики прогнозируется в ближайшие годы (с отдельными колебаниями) на уровне 3,1%, США - 2,7%, Китая - более 6%. Прогноз для России на 2019-2020 гг. оставлен в пределах 1,5%. 

Отсюда - вывод: выход России из социально-экономического кризиса, нейтрализация угроз и стабилизация траектории развития возможны только при опережающем росте всех основных показателей по сравнению с показателями мировых лидеров.

Дата публикации: 16 июля 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Изучено взаимодействие древних пород в бассейне Лимпопо

2 months 1 week ago
 Геологи выяснили, что в процессе взаимодействия древнейших на Земле блоков континентальной коры участвовали нагретые выше точки кипения жидкости, богатые углекислым газом. Выяснить это позволил тщательный анализ графита и микроскопических включений газов в кварце. Лучшее понимание того, как сформировались эти породы, может помочь предсказать механизмы зарождения рудных полезных ископаемых рядом с ними и на участках, появившихся в похожих условиях. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ), его результаты опубликованы в журнале Gondwana Research.

Участки древнейшей на Земле континентальной коры, кратоны (от греческого κράτος — «сила, крепость»), сохранились лишь в нескольких местах на нашей планете. Например, самые древние кратоны — Каапвааль в ЮАР и Пилбара в Австралии, по предположениям ученых, около трех миллиардов лет назад составляли первый суперконтинент, Ваальбару (его название произошло как раз от слов Каапвааль и Пилбара).

Под действием тепла от мантии Земли — порядка 750-1000 °С — породы из основания кратонов преобразовались в так называемые гранулиты, которые как бы опоясывают эти участки древней коры. Кварц, полевой шпат, гранат, пироксен и другие минералы, из которых состоят эти горные породы, придают гранулитам зернистую структуру, благодаря которой они и получила свое название. Геологи не выяснили до конца, что заставляет эти породы подниматься к поверхности. Самые древние из гранулитовых поясов сформировались в архее (три миллиарда лет назад), они лишь на несколько сотен миллионов лет моложе жизни на Земле. Возраст самых молодых гранулитов – полмиллиарда лет.

Рядом с кратоном Каапвааль тоже есть свой древний (2,7 миллиардов лет) гранулитовый пояс. Он расположен на границах ЮАР, Зимбабве и Ботсваны вблизи реки Лимпопо. Это своеобразная природная лаборатория для изучения взаимоотношений древнейших структур континентальной коры, поэтому именно этим гранулитовым поясом и заинтересовались ученые.

«Впервые получены веские основания полагать, что гранитные магмы в неоархейском гранулитовом комплексе Лимпопо (ЮАР) возникали в ходе тектонического взаимодействия этого комплекса с породами кратона Каапвааль при подъеме комплекса из нижней континентальной коры», — рассказывает о своей работе соавтор статьи Олег Сафонов из МГУ имени М.В. Ломоносова.

Согласно одной из моделей, важную роль в образовании гранулитов играют флюиды (жидкости, нагретые до надкритических температур), обогащенные CO2. Установить, работает ли эта модель, может помочь графит, присутствующий в метаморфических породах. Обычно графит образуется при переработке органических остатков или разложении карбонатов (солей угольной кислоты с остатком CO32-), но, поскольку гранулиты образуются на значительной глубине, никаких органических остатков там нет, и механизм формирования другой. Графит образуется в результате взаимодействия гранулитов с мантийными потоками (флюидами), обогащенными CO2, поэтому присутствие графита в гранулитах обычно считают аргументом в пользу вышеупомянутой модели. Его формирование зависит от давления, температуры и других условий, поэтому, изучая графит, можно получить информацию о них.

Геологи проанализировали найденные в гранитных породах гранулитового пояса Лимпопо образцы графита и флюидные включения в кварце — летучие компоненты, законсервированные в мельчайших пустотах минерала в ходе роста кристаллов. Анализ подтвердил, что флюиды с высоким содержанием CO2 принимали участие в формировании этих пород. Изотопный состав углерода также согласуется с моделью участия внешних глубинных флюидов. Сравнив полученные данные с изотопным составом углерода пород древних кратонов, исследователи пришли к выводу, что флюиды проникали в комплекс Лимпопо именно из мантии в ходе его столкновения с кратоном Каапвааль.

Хотя это исследование пород гранулитового пояса Лимпопо было фундаментальным, знание о процессах их формирования может найти применение в поиске полезных ископаемых. «Породы древних кратонов являются источниками большого объема различных рудных компонентов, — поясняет Сафонов. — Магмы и флюиды, возникающие при их преобразованиях, являются переносчиками этих полезных компонентов». Более того, данные об образовании гранулитового комплекса в ЮАР актуальны и для России. Ученые планируют сравнить их условия с данными о формировании гранулитов Лапландского пояса, который контактирует с Карельским кратоном и кратоном Инари на границе России и Финляндии.

Дата публикации: 16 июля 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Researchers couple artificial atom to acoustic resonator

2 months 1 week ago
 Researchers from Russia and Britain have demonstrated an artificial quantum system, in which a quantum bit interacts with an acoustic resonator in the quantum regime. This allows the familiar effects of quantum optics to be studied on acoustic waves and enables an alternative approach to quantum computer design, which is based on acoustics and could make quantum computers more stable and compact. The paper reporting the results was published in Physical Review Letters.

"We are the first to demonstrate an interaction between a qubit and a surface acoustic wave resonator in the quantum regime. Previously, resonators of this kind were studied, but without a qubit. Likewise, qubits with surface acoustic waves were studied, but those were running waves, without a resonator. The quantum regime was demonstrated on bulk resonators, but this didn't go far, perhaps due to difficulties in fabrication. We used a planar structure fabricated with existing technologies," says Aleksey Bolgar, researcher at MIPT's Artificial Quantum Systems Lab, where the study was conducted.

The researchers studied the interaction of a superconducting qubit, a transmon, with surface acoustic waves in a resonator (figure 1). The transmon behaves as an artificial atom -- that is, it has a number of energy levels (figure 2) and undergoes transitions between them. The conventional microwave approach is to have one chip holding both the qubit and a microwave resonator supporting and amplifying the wave. In this setup, the qubit can interact with the resonator either by absorbing a photon from it and entering an excited state or by emitting a photon into it and returning to the ground state, provided that the photon frequency corresponds to the transition frequency of the qubit. The resonant frequency of the resonator itself varies depending on the state of the qubit. Therefore, by changing resonator characteristics, it is possible to read information from the qubit.

An alternative approach has recently emerged. Instead microwave radiation (photons), it uses mechanical excitations, or phonons, in the form of acoustic waves. This quantum acoustic approach has been developed to a much lesser extent, compared with its microwave counterpart, but it has a number of advantages.

Since acoustic waves propagate 100,000 times slower than light, their wavelength is accordingly shorter. The size of a resonator needs to "fit" the wavelength used. In a microwave quantum system, the wavelength is about 1 centimeter at best. This means that the resonator needs to be fairly large, but the larger it is, the more defects it has, since they are inevitably present on the surface of the chip. Due to these defects, the lifetime of a qubit state is short, impairing large-scale quantum calculations and complicating the creation of quantum computers. As of now, the world record for the longest lifetime is around 100 microseconds, or one-ten-thousandth of a second. Under the acoustic approach, the wavelength equals roughly 1 micrometer, so it is possible to fit high-quality resonators measuring just 300 micrometers on the chip.

Another problem with microwaves is that the long wavelengths make it impossible to put two qubits into one resonator to enable interaction at different frequencies. As a result, a separate resonator is needed for each qubit (see figure 3). In the acoustic approach, one mechanical resonator can accommodate several qubits with slightly different transition frequencies. This means a quantum chip based on sound waves would be much smaller than those available now. Moreover, acoustodynamics could resolve the issue of quantum system sensitivity to electromagnetic noise.

The authors of the paper used a resonator for surface acoustic waves. These are somewhat similar to seawaves but propagating in solids. Figure 4 shows the chip created in the study. An aluminum circuit is deposited on a piezoelectric substrate made of quartz. The circuit consists of a transmon, a resonator, and two interdigital transducers. The two transducers serve as a transmitter and a receiver. Between them, there is a piezoelectric layer made of a material that converts mechanical stress into electricity and vice versa. A surface acoustic wave generated on the piezoelectric material is caught between the two Bragg gratings of the resonator. The qubit, or transmon, contained in the resonator has two energy levels, and the qubit capacitance is implemented as interdigital transducers. The purpose of the study was to show that the qubit can interact with the resonator, becoming excited and relaxed the way a quantum system would. The measurements were made in a cryostat under temperatures in the tens of millikelvins.

A characteristic feature of the quantum regime is the so-called avoided crossing of energy levels (figure 5). The transition frequency of the qubit can be tuned via an external magnetic field -- to enable this, the transmon is equipped with a SQUID magnetometer. If the frequency of the resonator coincides with the qubit transition frequency, energy splitting is observed in the energy spectrum of the qubit -- that is, one magnetic flux value corresponds to two characteristic transition frequencies. The researchers observed this phenomenon in their chip and showed that the transmon and the acoustic resonator interact in the quantum regime.

The fundamental goal of this research is to demonstrate that the phenomena and effects of quantum optics apply to acoustics as well. In addition, it provides an alternative way to build a quantum computer. Despite microwave-based interfaces achieving an impressive 50-qubit count, which means quantum acoustics still has a long way to go, the latter approach has numerous advantages that might come in handy in the future.

Apart from the staff of MIPT's Artificial Quantum Systems Lab, researchers from MISIS National University for Science and Technology, Moscow State Pedagogical University, and Royal Holloway, University of London, participated in the study.

This research was carried out using the technological equipment of MIPT and was supported by the Russian Science Foundation and the Ministry of Education and Science of Russia.

Дата публикации: 16 июля 2018 метки:  RSF news
shuliak@rscf.ru

Веслоногие рачки Красного моря оказались непритязательны в выборе кораллов

2 months 1 week ago
 Веслоногим рачкам из Красного моря все равно, на каких кораллах жить. К такому выводу пришел международный коллектив ученых, в составе которых были и сотрудник МГУ имени М.В. Ломоносова. Вопреки предыдущим исследованиям населены все 13 изученных видов из восьми родов грибовидных кораллов оказались одинаковыми сообществами веслоногих рачков. Работа проходила в рамках проекта «Ноев ковчег» при поддержке Российского научного фонда (РНФ), его результаты опубликованы в журнале Molecular Phylogenetics and Evolution.

Веслоногие рачки (подкласс Copepoda) насчитывают свыше 14 000 представителей, а по некоторым оценкам число их видов может достигать и 500 000. Длина их тела обычно не превышает двух миллиметров. Они выполняют важную экологическую функцию, составляя основу пищевых цепей планктона, а отдельные виды переходят к симбиотическим и паразитическим отношениям с другими морскими животными, такими как кораллы, губки, иглокожие, рыбы и киты. На одном коралле можно найти тысячи особей копеподов, принадлежащих десятку разных видов. Их считают симбионтами, однако точная роль этих животных до конца не изучена. Веслоногие рачки могут питаться как тканями, так и выделениями кораллов. Переносят ли они заболевания различной природы (бактериальные, грибковые и вирусные), пока не исследовано.

Ранее считалось, что отдельные виды веслоногих рачков вступают в симбиоз со строго определенными видами животных. Однако изученный в новой работе состав сообщества копеподов на разных видах семейства грибовидных кораллов Красного моря показал, что рачкам не важна видовая принадлежность партнера по симбиозу.

В ходе исследования ученые отобрали на побережье Красного моря образцы 13 видов представителей семейства грибовидных кораллов (Fungiidae), принадлежащих восьми родам. Затем из кораллов извлекали микроскопических ракообразных и исследовали их с помощью лазерного микроскопа и молекулярно-генетических методов. На основе генетических данных биологи установили степень родства симбионтов и проанализировали, насколько ракообразные-симбионты привязаны к определенному виду кораллов.

Фото: подводные фотографии грибовидных кораллов Красного моря – хозяев новых видов симбиотических копеподов. Источник: Ivanenko et al./Molecular phylogenetics and evolution, 2018

«Разнообразие симбиотических копеподов и других беспозвоночных исследовано очень фрагментарно, и это, как оказалось, может вести к неверному представлению о высокой специфичности симбионтов к хозяину. Мы думаем, что в основе очень большого разнообразия симбионтов кораллов лежит не высокая специфичность, которая в отдельных случаях может и проявляться, а три основных причины: разнообразие микрониш, которые предоставляет коралл микроскопическим обитателям, частые случаи эволюционного перехода с одного вида хозяина на другого и, видимо, необычно большое зоогеографическое дробление симбиотических сообществ, населяющих кораллы, — отметил ведущий автора работы Вячеслав Иваненко из МГУ. — Полученные результаты указывают и на то, что микроскопические симбионты умеют находить при помощи чувствительных органов разные виды одного семейства кораллов, но не проявляют предпочтения к какому-то одному виду. Эта слабая, но все-таки имеющаяся специфичность может быть как-то связана с приспособлением симбионтов к защитным механизмам стрекающих кораллов».

Фото: внешний вид новых видов микроскопических ракообразных – копеподов, найденных в Красном море на грибовидных кораллах ; вид снизу, конфокальная микроскопия образцов после выделения ДНК (красные – самки, синие – самцы, искусственная окраска). Источник: Ivanenko et al./Molecular phylogenetics and evolution, 2018

Дата публикации: 13 июля 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
maria

Хроническая тревога вызывает социальный аутизм

2 months 1 week ago
 Признаки аутизма могут появиться не только из-за наследственных факторов, но и в связи с окружающей средой. К такому выводу пришли ученые из Института цитологии и генетики СО РАН после ряда экспериментов на мышах. Статья ученых опубликована в книге Molecular-Genetic and Statistical Techniques for Behavioral and Neural Research. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).

Основными симптомами аутизма – тяжелого расстройства, связанного с изменениями работы мозга – считаются избегание социальных контактов, неадекватность поведения в социальной среде и ограниченное, повторяющееся поведение. По статистике, этим расстройством страдают от 1 до 6 человек на 1000 жителей.

Врачи предполагают, что в развитии аутизма у детей ключевую роль играет взаимодействие некоторых генов или редкие мутации, которые могли оказать сильный эффект в пренатальный или ранний постнатальный периоды. Однако аутизм как наследственное заболевание встречается относительно редко, не более чем у 1-2% людей. Чаще всего его симптомы развиваются под влиянием и генетических факторов, и факторов окружающей среды одновременно. Под последними понимается влияние лекарств и загрязненного воздуха, поступление в организм токсинов, негативное социальное окружение, стресс.

Ученые из Института цитологии и генетики СО РАН провели исследование на мышах, в котором показали, что социальный аутизм может возникнуть после того, как особь долгое время находится в неблагоприятных социальных условиях.

«В отличие от аутизма, который является следствием патологии развития в пренатальном и раннем постнатальном периодах или же может быть наследственно обусловленным, социальный аутизм со схожей симптоматикой может развиваться и во взрослом состоянии у людей при наличии других заболеваний, вызванных длительным негативным воздействием социума», – говорит руководитель работы, доктор биологических наук, профессор Наталия Кудрявцева.

На первом этапе эксперимента ученые формировали у мышей различные типы социального поведения. Для этого самцов помещали в клетки, разделенные прозрачной перегородкой с отверстиями, которая позволяла животным видеть, слышать, воспринимать запахи друг друга, но не давала им контактировать физически. Раз в день исследователи открывали перегородку, провоцируя мышей на агрессию. На основании результатов драк определялся тип поведения каждого самца: агрессивный или подчиненный. После 20 дней проживания во враждебной среде, которая приводила к развитию состояния выраженной тревоги, ученые помещали мышей в клетки с миролюбивым партнером и исследовали, как мыши будут взаимодействовать в этом случае.

Фото: поведение мыши с симптомами аутистического спектра и состоянием выраженной тревожности в реакции на незнакомого партнера (слева) и контрольного самца, проявляющего к нему интерес (справа). Источник: Наталья Кудрявцева

Мыши контрольной группы, поведение которых не было изменено участием в схватках, проявляли интерес к партнеру, хотели с ним общаться. Самцы агрессивного типа редко избегали незнакомого партнера и, как правило, его атаковали. Большую часть времени они хаотично двигались по клетке, что, как считают ученые, может отражать гиперактивность и быть признаком развития дефицита внимания. Агрессивные самцы демонстрировали повторяющиеся стереотипные формы поведения, которые не отмечались у контрольных животных. Особи подчиненного типа, напротив, много сидели в углу, не реагируя на партнера, и активно избегали его. Такие мыши демонстрировали увеличение времени аутогруминга (чистки тела), в их поведении просматривалась заторможенность и индифферентность, которые сохранялись спустя длительное время после помещения в благоприятные условия. Изменения в поведении подопытных мышей напоминали симптомы аутизма у людей. Это говорило о том, что под влиянием факторов окружающей среды возможно изменение социального поведения и появление признаков расстройства, не наблюдавшегося ранее.

«Мы не рассматриваем существенное влияние мутаций или же других наследственно-обусловленных причин развития симптомов аутизма. Есть воздействие негативной социальной среды. В нашем случае – это длительные агрессивные контакты с сородичами, под влиянием которых возникают патологические состояния у животных, в частности, под влиянием хронической тревоги. Они, в свою очередь, приводят к изменению поведения, которое сопровождается снижением коммуникативности и неадекватным восприятием происходящего. Все эти изменения являются основными симптомами аутизма у людей. Подтверждением правильности такой интерпретации поведенческих данных нам дали результаты исследований, показавшие изменение экспрессии генов аутизма в различных структурах мозга, выявленных у больных аутизмом», – заключает Наталия Кудрявцева.

Дата публикации: 11 июля 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
maria

Химики МГУ нашли легкий способ определения полезности лекарственных трав

2 months 1 week ago
 Ученые с химфака МГУ предложили новый способ определения в растениях полиолов и сахаров, применяемых в лекарственных препаратах, передает пресс-служба вуза.

Итоги исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в Journal of Chromatography B: Analytical Technologies in the Biomedical and Life Sciences.

Полиолы – это многоосновные сахаридные спирты. Для их усвоения не нужен инсулин, поэтому они могут использоваться в диабетических продуктах.  Организм усваивает их практически полностью. Некоторые полиолы (инозитол, пинитол) используются в лекарственных препаратах. Содержание этих веществ в растених интересно также с точки зрения фундаментальной науки, поскольку позволяет изучить адаптацию растений к внешним условиям.

На сегодняшний день содержание в растениях полиолов и сахаридов выявляется с помощью газовой хроматографии. Тест длится несколько часов и дает высокую погрешность.

Ученые МГУ под руководством чл.-корр. РАН, профессора Олега Шпигуна предложили определять их содержание с помощью гидрофильной хроматографии. Подготовка проб занимает всего час, при этом точность анализа выше.

Дата публикации: 11 июля 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
maria

Пекарские дрожжи помогли биологам МГУ разобраться в лекарственной устойчивости грибов

2 months 2 weeks ago
 Биологи МГУ имени М.В. Ломоносова выяснили механизмы, из-за которых патогенные грибы приобретают устойчивость к лекарственным препаратам. Чтобы понять, как устроена система защиты грибов от токсинов, учёные использовали пекарские дрожжи с химерными светящимися белками, необходимыми для защиты. Учёные пытались обмануть защитные механизмы дрожжей, «спрятав» токсичное соединение в митохондриях. Обойти защиту клетки таким образом не удалось: дрожжи «чувствовали» даже адресованные в митохондрии вещества и активировали систему защиты как ни в чём не бывало. Исследование показало, что устойчивость дрожжей (и, возможно, патогенных грибов) к антимикотикам устроена сложнее, чем считалось прежде. Работа проходила в рамках направления «Микроорганизмы и грибы» проекта «Ноев ковчег» (при поддержке Российского научного фонда), её результаты опубликованы в журнале Scientific Reports.

Устойчивость патогенных микроорганизмов к лекарствам — серьёзная медицинская проблема. Наиболее известны «супербактерии», устойчивые к антибиотикам, но некоторые патогенные грибы тоже приобрели механизмы защиты от антигрибковых препаратов — антимикотиков. Один из таких механизмов — сверхактивация АВС-переносчиков. Такие белки-переносчики находятся в мембране клетки гриба и выбрасывают потенциально опасные вещества из цитоплазмы.

У грибов со множественной лекарственной устойчивостью, в том числе болезнетворных, АВС-переносчики выбрасывают из клетки разные виды антимикотиков, и эффективность лечения от грибковых инфекций существенно снижается. В 2016 году исследовательская группа НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ описала способ подавления множественной лекарственной устойчивости у грибов. Учёные «обманули» защитный механизм дрожжевых клеток с помощью относительно безвредных для микроорганизмов соединений – алкил-родаминов. Эти вещества, как и другие липофильные катионы (умеренно растворимые в воде положительно заряженные ионы), легко проникают через клеточные мембраны. Кроме того, алкил-родамины светятся при облучении и потому часто используются в исследованиях как флуоресцентные красители.

Алкил-родамины загружали бессмысленной работой АВС-переносчики: вместо того чтобы выбрасывать из клетки токсичные для гриба антимикотики, они откачивали красители. Химические свойства липофильных катионов таковы, что, выброшенные из клетки, они тут же возвращаются. В результате большая часть АВС-переносчиков в мембране была занята перекачиванием безвредных красителей, а противогрибковый препарат, добавленный одновременно с алкил-родаминами, накапливался в цитоплазме.

«Когда в клетке повышается концентрация чужеродных веществ, она запускает компенсаторный ответ — начинает производить больше АВС-переносчиков, чтобы быстрее выкачивать потенциально опасные соединения, — поясняет один из авторов работы, старший научный сотрудник НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ Дмитрий Кнорре. — Мы предполагали, что липофильные катионы не вызовут компенсаторного ответа. Дело в том, что благодаря своему положительному заряду они проникают в отрицательно заряженные органеллы клетки — митохондрии — и накапливаются там. То есть в цитоплазме клетки, обработанной липофильными катионами, не будет значительной концентрации этих веществ. А сенсорные системы грибов, как нам было известно, улавливают чужеродные соединения в цитоплазме. Наш расчёт состоял в том, что в митохондриях клетка не обнаружит посторонние вещества, и сверхактивации АВС-переносчиков не произойдёт».

Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи добавили к культуре пекарских дрожжей один из липофильных катионов додецилтрифенилфосфоний (С12ТРР). Обычные дрожжи, которые используются в кулинарии, часто служат модельным объектом для изучения молекулярных механизмов грибов. Для удобства исследования учёные создали химерный белок: одна его часть оставалась такой же, как основной АВС-переносчик у грибов, а вторая представляла собой зелёный флуоресцентный белок. Под облучением такое соединение интенсивно светится, и за его накоплением в клетках можно наблюдать в флуоресцентный микроскоп. Остальные свойства химерного белка не изменились, и в клетке он выполнял функцию АВС-переносчика.

Результаты исследования показали, что взаимодействие с липофильными катионами всё же заставляет клетки дрожжей запускать компенсаторный ответ. В присутствии липофильных катионов дрожжи производили и накапливали заметно больше АВС-переносчиков, чем в обычных условиях. Другие методы также показали увеличение лекарственной резистентности под действием липофильных катионов. Пока неизвестен механизм, который позволяет клетке обнаружить чужеродные соединения в митохондриях. Вероятно, одновременно в ней работает несколько взаимодополняющих систем, реагирующих на потенциально опасные вещества. Реальные принципы их работы ещё предстоит изучить. Авторы планируют проводить будущие исследования как на культуре пекарских дрожжей, так и на патогенных видах грибов.

В работе над исследованием участвовали научные сотрудники факультета биоинженерии и биоинформатики, НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского, НИИ митоинженерии МГУ имени М.В. Ломоносова и Института молекулярной медицины ПМГМУ имени И. М. Сеченова.

Дата публикации: 10 июля 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
maria

Наночастицы защитят лекарства от агрессивного окисления

2 months 2 weeks ago
 Ученые представили инновационный подход к производству композитных микрокапсул с усиленными защитными функциями. Структуры из диоксида церия могут защитить лекарства от внешней среды, также с их помощью можно будет адресно доставить лекарства непосредственно к месту возникновения заболевания. Статья, посвященная этой разработке, была опубликована в журнале ACS Applied Materials & Interfaces. Исследование поддержано грантом РНФ.

На многие лекарства, которые попадают в наш организм, воздействуют различные агрессивные для них вещества. Из-за этого значительно уменьшается их эффективность и поэтому врачам приходится увеличивать их дозировку. Это представляет опасность для организма, поскольку часть препаратов могут действовать на него и негативно — например, из-за своих побочных эффектов или токсичности (последнее характерно для веществ, которые борются со злокачественными опухолями). Соответственно, чем больше таких лекарств попадает в организм, тем выше риск того, что они не только вылечат, но и навредят.

Решить эту проблему помогает адресная доставка фармацевтических препаратов непосредственно к органу, который необходимо вылечить. Делают это с помощью микрокапсул, которые защищают лекарство от агрессивных веществ при доставке к мишени. Благодаря таким микрокапсулам можно также возможность контролируемо высвободить их содержимое.

Сейчас есть различные варианты подобных микрокапсул. Одна из наиболее перспективных разработок — полиэлектролитные микрокапсулы. Они формируются следующим образом: на кальций-карбонатную подложку поочередно наслаиваются полимеры с разным зарядом. При шести-восьми слоях полиэлектролитов капсулы становятся стабильными — они сохраняют свою структуру после удаления кальций-карбонатной подложки и их можно использовать как микроконтейнеры. Однако полиэлектролитная оболочка микрокапсул обеспечивает только «пассивную» защиту инкапсулированных веществ, которая не может противостоять агрессивным средам. В новой работе ученые предложили в качестве одного из слоев полиэлектролита использовать наночастицы диоксида церия, обладающие уникальными антиоксидантными свойствами. Раннее они уже продемонстрировали, что эти наночастицы нетоксичны для нормальных клеток млекопитающих и обладают большим терапевтическим потенциалом.

Ученые заключали в полиэлектролитную капсулу со слоем из наночастиц диоксида церия биолюминесцентный фермент люциферазу и проверяли, сохранится ли активность белка после обработки таких капсул агрессивным агентом — перекисью водорода в высокой концентрации. Исследователи выяснили, что защитный эффект зависит от содержания диоксида церия в оболочке. Варьируя концентрацию наночастиц на поверхности микрокапсулы, можно контролировать уровень экранирования ядра с действующим веществом — от фильтрации активных форм кислорода до их полной блокировки.

«Мы провели комплексный анализ физико-химических свойств микрокапсул с наночастицами диоксида церия и инкапсулированной люциферазой и показали, что они легко воспринимаются нейрональными клетками крыс, — говорит соавтор работы Антон Попов из ИТЭБ РАН. — Эти микрокапсулы нетоксичны и способны защитить клетки от окислительного стресса, вызванного перекисью водорода».

В своей работе ученые показали, что активная защита микрокапсулированных веществ наночастицами диоксида церия весьма перспективна для разработки новых систем доставки лекарственных средств и для диагностики различных заболеваний, в том числе и в агрессивных средах.

Работу выполнили ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (ИТЭБ РАН), Института общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова РАН (ИОНХ РАН), Томского государственного университета совместно с иностранными коллегами из Института микробиологии и вирусологии им. Д.К. Заболотного (ИМВ НАНУ) и Лондонского университета королевы Марии.

Дата публикации: 10 июля 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
maria

Клетки надо культивировать! Интервью с Натальей Михайловой, заведующей Центром клеточных технологий Института цитологии РАН

2 months 2 weeks ago
 Корреспондент «Чердака» поговорил с Натальей Михайловой о направлениях деятельности открывшегося всего год назад в Санкт-Петербурге Центра клеточных технологий — о культивировании клеток в промышленных масштабах и перспективах развития регенеративной медицины.

[Ch.] Расскажите об основных направлениях работы Центра клеточных технологий.

[НМ]: У нашего центра есть несколько направлений деятельности. Одно из них (и самое главное) — это фундаментальные исследования в области клеточной биологии. На основе фундаментальных знаний создаются клеточные продукты и клеточные технологии, которые будут реализованы в медицинской практике.

Второе — это внедрение разработок и технологий, которые мы создаем в лабораториях, в медицину для лечения заболеваний человека. Еще очень важным направлением является подготовка квалифицированных кадров — мы реализуем его пока только своими силами, обучая студентов в лабораториях, или через стажировки научных сотрудников других организаций. Но ведем с вузами переговоры о создании специализированных образовательных программ, потому что работы по молекулярно-клеточной биологии требуют очень высокой квалификации — и не только теоретической, но и практической направленности. Нельзя пригласить студента и думать, что он сразу начнет работать и получать результаты мирового уровня. У него должна быть базовая подготовка клеточного биолога и умение работать с живыми клетками. Это рутинная работа, но она должна делаться квалифицированно. Вторая часть — работа с медицинскими учреждениями и врачами, чтобы и они понимали, что дают новые технологии, что такое клеточные продукты и как с ними обращаться.

Если говорить о фундаментальных исследованиях, то вся наша работа базируется на культивировании клеток животных и человека. Сейчас в основном мы работаем с клетками человека, поскольку они перспективны и важны для регенеративной медицины в будущем.

Фото: Центр клеточных технологий Института цитологии РАН. Источник: Станислав Любаускас / Chrdk

Клетки надо содержать in vitro, культивировать. Эта процедура начинается с того, чтобы в медицинских организациях забрать образец ткани человека и из него получить линии тканеспецифичных клеток. Ведь мы работаем не просто с любыми клетками, а целенаправленно получаем те, которые будем использовать, скажем, для замещения утраченных тканей конкретных органов в дальнейшем. Клетки все очень разные и требуют разных условий содержания. Поэтому фундаментальная задача состоит в том, чтобы создать типовые клеточные тканеспецифичные модели, оценить их биологические характеристики и на их основе создавать клеточные продукты. На этих моделях также можно тестировать лекарства, предполагая, какие молекулярные механизмы могут быть вовлечены в патологические клеточные процессы. Когда мы говорим о болезнях, то мы должны найти те лекарства, которые будут воздействовать на целевые молекулы внутри клетки, менять механизмы или что-то исправлять. В этом случае важно иметь клеточные модели (они должны быть стандартными и храниться в криобанках), они же будут востребованы фармацевтическим компаниями, которые занимаются разработкой лекарств. В этом смысле очень перспективны модели кардиомиоцитов, которые разрабатываются для моделирования сердечно-сосудистых заболеваний.

У нас в работе сейчас находятся клетки кожи — фибробласты и кератиноциты, эндотелиоциты и стволовые клетки различного происхождения. В организме человека, практически в каждом органе, есть свой запас стволовых клеток, которые дифференцируются и работают на то, чтобы восстанавливать эти органы или бороться с теми неприятностями, которые могут возникать у больного. Поэтому перспективно использовать эти тканеспецифичные стволовые клетки, чтобы размножать их в лаборатории, дифференцировать и потом использовать для лечения пациента, когда его организм не справляется. Кроме того, перспективны для фундаментальных исследований индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Это очень молодые клетки с высоким потенциалом дифференцировки в клетки практически любой ткани.

В институте у нас работает с такими клетками лаборатория под руководством член-корр. РАН Алексея Николаевича Томилина. Наш центр также развивает это направление.

Фото: Центр клеточных технологий Института цитологии РАН. Источник: Станислав Любаускас / Chrdk

[Ch.] Для лечения каких заболеваний ваши клеточные продукты можно использовать? Несколько основных наименований вы можете перечислить?

[НМ]: Да. Основные наши разработки начинались с того, что мы лечили пациентов с поврежденными кожными покровами. Один из наших клеточных продуктов был зарегистрирован в России и использовался в клиниках в течение пяти лет (это «Эквивалент дермальный»). Было спасено и вылечено более 500 пациентов. Этот же продукт мы использовали для лечения трофических язв, преимущественно у пациентов с «диабетической стопой»: наша страна занимает первое место по ампутации конечностей, а эти хронические болезни фактически не вылечиваются. Наш клеточный продукт показал высокую эффективность. Департамент здравоохранения города Москвы сейчас заинтересован в том, чтобы перенести эту технологию в Москву, мы только что подписали трехстороннее соглашение вместе с Эндокринологическим диспансером ДЗМ.

Вторая тема — это офтальмологические заболевания. Сейчас мы работаем над решением проблемы, как восстанавливать роговицу глаза. Используем разные технологии и разрабатываем методики, связанные с использованием индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Совместно с Военно-медицинской академией отрабатываем технологии применения клеточных продуктов на экспериментальных животных.

Фото: Центр клеточных технологий Института цитологии РАН. Источник: Станислав Любаускас / Chrdk

Кроме того, мы контактируем с Институтом фтизиопульмонологии, поскольку у них стоят задачи восстановления тканей органов у туберкулезных больных. Это очень важная проблема для большой популяции людей, больных туберкулезом. Мы уже отработали технологию восстановления тканей мочевого пузыря в экспериментах на моделях-животных, результаты опубликованы в престижных зарубежных журналах. Сейчас проводим работы по восстановлению уретры, они еще более важны, поскольку пока нет эффективных методов лечения.

Также есть проблемы остеозамещения. Мы работаем с восстановлением костной ткани и с тестированием различных материалов (матриц-носителей) и имплантов. Это означает, что надо проверить материал импланта на биосовместимость с теми клетками, которые мы на него сажаем, чтобы затем трансплантировать его и оценить эффективность применения. И здесь очень важны материалы, биодеградация имплантов, степень совмещения с клетками и т.д. Все это требует междисциплинарного подхода: мы должны много знать о клетках, материалах, безопасности применения. В центре у нас работает группа, занимающаяся созданием матриц (или, иначе, скаффолдов), которые мы делаем для тканеинженерных продуктов. Это очень важно при создании технологий тканезамещения.

Фото: Центр клеточных технологий Института цитологии РАН. Источник: Станислав Любаускас / Chrdk

[Ch.] Скаффолд — это основа, на которую наносят клеточные продукты?

[НМ]: Да, скаффолд — это матрица, на которую наносятся клетки. Клетки недостаточно просто «закапать» в организм — их надо нанести на матрицу-носитель, а потом перенести в организм в точку приложения. Скаффолд должен обладать определенными параметрами: быть пригодным для определенного типа клеток, эластичностью, жесткостью. Для этого применяются специальные методы измерения характеристик подобных скаффолдов. Хороший скаффолд позволяет клеткам нормально функционировать.

Сейчас, например, мы работаем совместно с Люксембургским центром биомедицины, который заказал нам разработать скаффолды определенных параметров для нейронов. Мы успешно работаем и в этом направлении, проводим поиск оптимальных вариантов.

Клетки недостаточно просто «закапать» в организм — их надо нанести на матрицу-носитель, а потом перенести в организм в точку приложения.

[Ch.] А какие из препаратов уже внедрены в клинику?

[НМ]: Один из препаратов, о котором я коротко сказала, у нас внедрен в клинику — это «Эквивалент дермальный». Он известен и прессе, поскольку был разрешен к применению Минздравом Российской Федерации, потом был период, когда разрешение закончилось, но еще не было правил и регламентирующих установок для его перерегистрации (у него был ограниченный, пятилетний, срок регистрации).

Сейчас новый закон о биомедицинских клеточных продуктах предписывает нам заново провести доклинические и клинические исследования. Очень длинный путь. После этого, получив тот же продукт уже в условиях GMP, чего требует ФЗ-180, можно будет передать в «клинику». Сейчас мы можем использовать этот продукт в очень ограниченных случаях, когда речь идет о жизнесбережении пациентов. Тогда этические комитеты медицинских учреждений могут принимать такие решения. Но для широкой практики пока не можем. Нам понадобится найти финансирование на прохождение всего пути регистрации продукта сначала. Это займет как минимум пару лет, в этот период мы не сможем лечить пациентов, хотя запросы от медиков к нам поступают все чаще, да и средства найти не просто.

[Ch.] Вы можете чуть подробнее рассказать о препарате? Как он действует? Как его получают? Каких больных он может спасать?

[НМ]: Дермальный эквивалент — это аналог кожного слоя, дермы. В нем присутствуют фибробласты человека, а в качестве скаффолда используется коллаген 1-го типа. Это один из базовых белков дермы, ответственный за прочность кожи. В коже человека фибробласты не могут нормально жить без коллагена. Посадив фибробласты на коллаген в соответствующих условиях, мы получаем скаффолд с внедренными клетками. Этот дермальный эквивалент пересаживается на поврежденные участки кожи ожоговых больных или людей с трофическими язвами. Белок скаффолда создает условия для того, чтобы клетки продукта жили и нормально функционировали, синтезировали в рану и другие белковые компоненты, которые стимулируют собственные клетки пациента, чтобы они тоже начинали работать. На ожоговой ране для клеток нет условий к тому, чтобы они чувствовали себя там жизнеспособными, а клеточный продукт стимулирует и ускоряет процессы заживления. Для спасения ожоговых больных скорость заживления ран — критичный показатель.

Мы работаем с ожоговым центром НИИ скорой помощи Джанелидзе в Санкт-Петербурге, Госпиталем ветеранов войн, в котором провели очень серьезные исследования по лечению трофических язв. Показана очень высокая эффективность препарата. Такой жизнесберегающий продукт очень необходим стране. Мы надеемся, что Министерство здравоохранения и Росздравнадзор помогут нам зарегистрировать этот продукт в более «облегченном» варианте и пройти все процедуры.

Фото: Центр клеточных технологий Института цитологии РАН. Источник: Станислав Любаускас / Chrdk

[Ch.] А сам процесс производства какой? Условно говоря, у вас же есть технология, но нет промышленной возможности для промышленного производства?

[НМ]: У нас есть технология, а теперь у нас есть и промышленная возможность, поскольку в центре организовано опытное производство по стандарту GMP. По условиям нового 180-ФЗ, в медицинские учреждения можно передавать только те продукты, которые получены в условиях GMP, в чистых помещениях.

Центр оснащен автоматизированной системой культивирования клеток. Нам теперь не надо нарабатывать огромные объемы дермальных фибробластов для приготовления продукта вручную. Мы всегда это делали вручную и в очень больших объемах, если была такая необходимость, например для пациентов с обширными ожогами. Теперь мы можем получать клетки в автоматическом режиме, замораживать и хранить их в ампулах — создавать резерв клеточного продукта на случай больших пожаров и техногенных катастроф, которые, к сожалению, происходят в нашей стране.

[Ch.] Как вы осуществляете взаимодействие с медвузами? Берете аспирантов?

[НМ]: Центр, как новая инфраструктура, организован Институтом только в 2017 году, в «штатном» размере он не такой уж большой, но имеет потребности в расширении, поскольку задач много и они трудоемкие. Мы заинтересованы в привлечении и подготовке специалистов. В данный момент у нас работает 12 студентов из пяти вузов Санкт-Петербурга. В этом тоже отражается наша специфика, потому что у нас есть студенты из Санкт-Петербургского университета (с биологического факультета), из Политехнического университета (там есть факультет медицинской физики). У нас есть ординатор из Первого медицинского университета им. Павлова и студенты из Химфармакадемии Петербурга. Они интересуются белками, клеточными моделями, скаффолдами. Востребованность большая. Вузы хотят взаимодействовать с нами по программам подготовки студентов именно для реализации таких направлений.

Фото: Центр клеточных технологий Института цитологии РАН. Источник: Станислав Любаускас / Chrdk

И вот когда нам удастся создать цепочку: вуз — подготовка студентов — научная организация и подготовка медицинских работников, — вот тогда мы можем считать, что вышли на новый уровень разработки и применения клеточных технологий в стране. Если сравнивать, например, западные страны и Россию, то Россия очень отстает по внедрению клеточных технологий. Не потому, что здесь научная мысль работает хуже. Мысли работают одинаково. Но в западных странах уже давно создана система и созданы регламенты, давно работают автоматизированные системы культивирования клеток. Они делают клеточные стандартные продукты и тестируют на них все косметические средства, чтобы оценить их безопасность и эффективность. У них не может косметическое средство выйти на рынок, если оно не прошло аттестацию на клетках кожи, например. А мы долгое время жили так, когда было непонятно, как надо делать, как можно выйти в медицину и принести в нее наши разработки. А все потому, что ученые занимались не свойственными им функциями — ученые должны делать научные разработки, а специалисты по внедрению должны их внедрять. Должно быть разделение функций. Это тоже тормозило внедрение технологий в нашей стране. Сейчас ситуация меняется к лучшему.

[Ch.] Вы не могли бы обозначить какие-то тренды в регенеративной медицине в целом? Как эта отрасль развивается в России? Чего ждать?

[НМ]: Да, регенеративная медицина бурно развивается. Символично, что сейчас у нас в стране организован и проходит конгресс по регенеративной медицине. Благодаря этому мы начали лучше понимать, что происходит у нас в стране. Да, конечно, мы читаем статьи, следим за публикациями. Но целостной картины не было. Теперь мы видим, что очень много организаций этим занимается. Одно направление — анализ так называемого «секретома» клеток: молекул, белков, всего того, что выделяет клетка, — является предметом пристального изучения. Второе — это создание клеточных продуктов. Они создаются многими организациями и направлены практически на лечение всех болезней и органов, ткани которых требуют какой-то коррекции. Большая проблема с легкими и ожогами гортани — это проблемы, которые до сих пор не решены. Мне самой интересны клеточные проблемы, связанные с патологиями, такими как системная склеродермия, например. Это заболевание, которое связано с нарушениями работы клеток кожи (близкая к нам тематика). Ученые еще не нашли механизмов, объясняющих, как их можно лечить. Много работают с нервными клетками. В стране утверждена специальная программа Neuronet, которая работает с болезнью Альцгеймера, Паркинсона. Исследования проводятся на стволовых клетках и клеточных моделях, полученных от больных и здоровых пациентов.

Хочу отметить, что над чем надо серьезно работать — это над безопасностью применения клеток. Мы в центре тоже занимаемся проблемой безопасности, потому что пересаживание продуктов с клетками, которые были in vitro, несет определенные риски. Перед тем как выходить в клинику, надо понимать, безопасно ли это, какие здесь могут быть осложнения, какие методы борьбы с ними. Это должны понимать и разработчики, и медицинские работники.

Фото: Центр клеточных технологий Института цитологии РАН. Источник: Станислав Любаускас / Chrdk

[Ch.] У вас много крупных заказов от медицинского бизнеса?

[НМ]: У нас есть много заказов от медицинских учреждений, но даже есть и такие практические, как протестировать качество перевязочного материала или глазных капель, — для медиков это сопряженные с лечением проблемы. А также есть заказы от известных фармкомпаний на тестирование лекарств на определенных клеточных моделях. Это одно из важных направлений деятельности центра. Мы проводим большую и кропотливую работу для проведения тестирований по стандарту GLP (да, такое вот требование времени). Необходима строгая отчетность, соблюдение стандартных методов исследования, использование соответствующего оборудования и материалов, а главное — соблюдать все эти правила.

Ведь ученые — люди творческие, а при выполнении стандартов творчество вообще-то противопоказано: нужно точно следовать протоколам. То есть надо готовить специалистов с «новым» стилем мышления, менталитета, если хотите. Нам приходится прививать и такой стиль работы.

Заказы от бизнеса, с одной стороны, стимулируют нас делать новые клеточные модели для тестирований, глубже вникать в механизмы функционирования патологических клеток. С другой стороны, мы получаем финансирование на проведение этих исследований (в частности, от Российского научного фонда. — прим.ред.), что позволяет как повышать уровень научных исследований, так и развивать подходы для лечения заболеваний. Мы стараемся держать высокий стандарт качества проводимых исследований для реализации таких проектов и открыты для сотрудничества с заинтересованными компаниями.

Фото: Центр клеточных технологий Института цитологии РАН. Источник: Станислав Любаускас / Chrdk

Редакция благодарит за помощь в создании материала Российский научный фонд.

Дата публикации: 10 июля 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
maria

Гранты РНФ позволят изучить плодородие Арктики и обезопасить аэропорты

2 months 2 weeks ago
 

Российский научный фонд поддержал 12 проектов молодых ученых ТГУ. На реализацию их идей РНФ выделил более 80 миллионов рублей. Финансирование будет направлено в рамках грантовых президентских программ «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» и «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых».

Проект научного сотрудника лаборатории «Методы, системы и технологии безопасности» СФТИ ТГУ Раиля Сатарова предполагает разработку малогабаритной системы обнаружения движущихся объектов за различными преградами.

Как поясняет Раиль Сатаров в аннотации к своему проекту, хотя рентгеновское излучение имеет высокое разрешение и хорошую проникающую способность, из-за вредности для живых организмов его применение в системах поиска и обнаружения людей невозможно. Наиболее предпочтительными являются радиоволновые методы томографии. Результаты работы найдут применение в арсеналах специальных служб ФСБ, МВД и МЧС, в системах безопасности в аэропортах и других общественных местах. 

В числе проектов от ТГУ, победивших в грантовой программе, – биогеохимическое изучение феномена высокой биологической продуктивности растительности в условиях Субарктики. Его результаты могут стать основой для создания агротехнологий в арктической зоне Российской Федерации.

Задача сотрудников Биологического института ТГУ – доказать, что малое количество растительности в Арктике обусловлено не только неблагоприятным климатом. Исследователи уже выяснили, что в еще более суровых условиях ледникового периода позднего плейстоцена на той же широте изобиловали плодородные почвы, а растительной пищи хватало даже для того, чтобы ею могли прокормиться крупные представители мамонтовой фауны. Ученые уже несколько лет говорят о явном дисбалансе между климатическим потенциалом и реальной продуктивностью растительности в арктической зоне и о том, что средопреобразующий потенциал северных экосистем сильно недооценен. Однако науке пока неизвестны основные причины «арктического феномена».

– Наша гипотеза заключается в том, что проблема – в состоянии почв и наличии в них питательных веществ. Нужно вычислить, каких именно веществ недостает растениям и почему благоприятные экосистемы со временем превращаются в бедные, – рассказывает руководитель исследовательской группы, старший научный сотрудник лаборатории биогеохимических и дистанционных методов мониторинга окружающей среды БИ ТГУ Сергей Лойко. – Если окажется, что дело в вымывании макро- и микроэлементов из почвы, можно будет запустить их круговорот при помощи биотехнологий.

Проверяться эта гипотеза будет на территории Ямало-Ненецкого автономного округа. 

В числе тех, кто получит гранты Российского научного фонда, – доцент кафедры библиотечно-информационной деятельности Института искусств и культуры Кристина Кузоро. Суть ее проекта заключается в анализе церковной исторической науки.

Как отмечает автор исследования, эта неотъемлемая и уникальная составляющая часть исторического знания, науки и культуры дореволюционной России незаслуженно оставалась долгое время в тени. Особое внимание Кристина намерена уделить изучению корпоративной культуры духовных учебных заведений. Осмысление этих вопросов позволит повысить качество и престижность духовного образования и церковно-исторической научной деятельности, а также встроить знания, полученные русскими духовными просветителями в XIX – первой четверти ХХ в.в., в современную систему российского образования и науки. 

Дата публикации: 10 июля 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
maria

Сибирские ученые усиливают интенсивность сигнала МРТ

2 months 2 weeks ago
  Метод магнитно-резонансной томографии считается довольно точным и повсеместно используется в медицине, но всё же у него есть существенные ограничения по чувствительности. Получаемый сигнал реально усилить в десятки тысяч раз, что позволит наблюдать недоступные ранее процессы. Подобные способы уже применяются в медицине, но стоят очень дорого — удешевить процедуру пытаются ученые Международного томографического центра СО РАН.

МРТ основано на принципе ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Дело в том, что организм человека больше чем на половину состоит из воды и, как следствие, из водорода. Атом водорода содержит протон, который имеет магнитный момент (спин) и меняет свою пространственную ориентацию в том числе при внешних радиочастотных импульсах. Иными словами, при воздействии на исследуемую область электромагнитным излучением часть протонов меняет свой магнитный момент на противоположный, а потом возвращается в исходное положение. В это время система сбора данных ЯМР томографа регистрирует положение в пространстве и изменение состояния спинов атомов водорода.

«К сожалению, только 1 из 10 000 спинов ориентирован таким образом, чтобы давать регистрируемый сигнал ЯМР. Остальные же попросту бездействуют, поэтому мы пытаемся использовать поляризацию параводорода — одного из спиновых изомеров молекулы водорода. Сам по себе параводород не дает сигнала ЯМР — это происходит только при его ведении в реакцию, то есть когда нарушается магнитная эквивалентность атомов водорода. Поместив такую поляризованную систему в организм перед диагностикой, можно добиться повышения интенсивности сигнала МРТ», — рассказывает старший научный сотрудник МТЦ СО РАН кандидат химических наук Кирилл Викторович Ковтунов.

Для поляризации ученые изначально применяли гомогенные системы — когда катализатор и реагирующие вещества (субстрат и параводород) находятся в одной (жидкой) фазе. В качестве гомогенного катализатора специалисты используют комплекс металла, на котором и активируется параводород. Однако проблема системы состоит в том, что отделить гомогенный катализатор от поляризованного продукта практически невозможно, а «отправить» фазу в организм в «чистом» виде нельзя: металл зачастую токсичен для человека.

Тогда сибирские ученые применили гетерогенные каталитические системы, где катализатор и поляризуемый субстрат (биомолекула) находятся в разных фазах, а значит, их несложно отделить друг от друга. В итоге специалисты МТЦ СО РАН впервые в мировой практике смогли использовать нанесенные металлические катализаторы для получения гиперполяризованных веществ с помощью гетерогенного гидрирования (то есть присоединения) параводородом.

«Следующим этапом является перенос или получение поляризации на биологически активных молекулах за счет использования параводорода и подходящих методик: биомолекулы как раз можно будет «увидеть» с помощью МРТ. Это существенно расширит не только применимость метода, но и позволит получить новую фундаментальную информацию о процессах, проходящих в живом организме. К биомолекулам относятся биологически «приемлемые» вещества, уже имеющиеся в организме: метронидазол, никотинамид, этанол и т.д. При естественных содержаниях мы никогда их не увидим — не хватает чувствительности метода. Так что в конечном итоге наша задача — создать контрастные вещества нового поколения», — добавляет Кирилл Ковтунов.

Подобная разработка может использоваться и при МРТ легких: они содержат мало жидкости, а значит, и «сигнализирующих» протонов. Для такого МРТ ученые по всему миру пытаются поляризовать благородные газы — гелий, ксенон — с помощью метода оптической накачки (он заключается в спиновом обмене между благородными газами и рубидием, поляризованным за счет лазерного излучения). Правда, это очень дорого: получение одного литра поляризованного ксенона стоит порядка 200 долларов, гелия — 3 000. Сибирские ученые считают, что технология может работать и на основе дешевого параводорода.

«Для этого можно взять газ пропилен, добавить к нему параводород и гетерогенный катализатор, а на выходе получить пропан — это обычная реакция гидрирования. Поляризованный пропан — газ, который позволяет визуализировать методом МРТ любые свободные пространства, включая легкие. Надеюсь, относительно скоро мы выйдем на клинические приложения и заменим дорогой метод оптической накачки нашим», — заключает исследователь.

Данные исследования поддержаны грантом РНФ 17-73-20030 «Повышение чувствительности и расширение применимости медицинской МРТ за счет использования поляризованных биомолекул».

Дата публикации: 10 июля 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
maria

Проект КФУ по улучшению работы программ получил грант РНФ

2 months 2 weeks ago
 Доцент кафедры алгебры и функционального анализа Таврической академии Крымского федерального университета Федор Стонякин стал победителем грантового конкурса для молодых ученых Российского научного фонда, сообщает пресс-служба КФУ.

Грант выделен на проект создания адаптивных методов для численного решения задач оптимизации и ускорения работы соответствующих программ. Результаты проекта могут быть интересными для решения задач с большим числом переменных, например, при построении транспортных сетей.

"Направления гранта – негладкий анализ и негладкая оптимизация. У нас возникла идея состыковать проблемы решения некоторых классов математических задач. Данная работа лежит в области фундаментальной науки", – приводит пресс-служба КФУ слова Стонякина.

Миссия РНФ — выявление наиболее перспективных научных проектов, наиболее эффективных и результативных ученых, способных сплотить коллектив единомышленников, воспитать молодое поколение российских исследователей, выполняющих исследования на самом высоком мировом уровне.

"Проект КФУ направлен на реализацию Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации. Он будет способствовать созданию систем обработки больших объемов данных, развитию машинного обучения и переходу к цифровым технологиям", — пояснили в пресс-службе.

В ходе работы молодому ученому предстоит наладить взаимодействие с крупнейшими научными центрами и вузами страны, чтобы интегрировать результаты проекта в российское и мировое научное пространство.
 

Дата публикации: 10 июля 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
maria

Человеческая плацента производит провоцирующие воспаление вещества

2 months 2 weeks ago
 Сотрудники Первого Санкт-Петербургского государственного медицинского университета им. академика И.П. Павлова и Научно-исследовательского института акушерства, гинекологии и репродуктологии имени Д.О. Отта изучили, какие клетки плаценты человека выделяют соединения из класса интерлейкинов-17 (они же цитокины-17). Ученые пришли к выводу, что эту функцию выполняют плацентарные макрофаги. Судя по тому, как и когда происходит выделение интерлейкинов-17 макрофагами плаценты, можно предположить, что они играют роль не только в иммунных процессах, но и в развитии «детского места». Результаты исследования можно прочесть в статье, опубликованной American Journal of Reproductive Immunology. Работа поддержана грантом РНФ.

В исследовании использовали ткани плацент двух возрастов — 9−12 недель (получены в результате добровольного прерывания беременности) и 38−41 недели (получены в результате обычных родов или кесарева сечения без предшествующих ему схваток). Плаценты детей, чьи матери во время беременности испытали преэклампсию, обострение хронического заболевания, инфекцию или другие проблемы со здоровьем, не брали, как и плаценты плодов с выявленными генетическими аномалиями. Из использованных образцов выделили макрофаги — клетки иммунной системы, поглощающие чужеродные объекты и вырабатывающие ряд сигнальных веществ, в том числе интерлейкины-17. Макрофаги высадили на питательную среду и добавили к окружающему их раствору антитела, которые начинали флуоресцировать (светиться), если соединялись с интерлейкинами-17. Интенсивность флуоресценции оценивали методом проточной цитометрии: с ее помощью исследователи узнали, какие именно интерлейкины-17 выделяются и в каких количествах. Таким же способом определили, рецепторы к каким цитокинам присутствуют на поверхности плацентарных макрофагов.

Выяснилось, что и в первом триместре на сроке 9−12 недель, и непосредственно перед родами плацентарные макрофаги образуют интерлейкины-17 по крайней мере двух разновидностей: IL-17A и IL-17 °F. Однако не вполне понятно, как регулируется выработка этих веществ, так как на самих плацентарных макрофагах практически нет рецепторов к интерлейкинам-17. Если бы они были, тогда, скорее всего, высокая концентрация IL-17 активировала бы их и тем самым «отключала» свое собственное увеличение. Тем не менее количество рецепторов к интерлейкинам-17 может быть небольшим в целях защиты. В экспериментах на культурах иммунных клеток ранее было показано, что IL-17 активируют макрофаги и провоцируют воспалительные реакции. Если этот процесс запустится в плаценте, ребенку может грозить гибель. Поэтому, скорее всего, интерлейкины-17 у беременных практически не принимают участия в иммунных процессах.

Предыдущие исследования показали, что уровень интерлейкинов-17 в крови беременных и не беременных женщин статистически не отличается, а его повышение может привести к преждевременным родам. Но, как показало новое исследование, концентрация IL-17A и IL-17 °F все же меняется в зависимости от срока вынашивания. В первом триместре она значимо выше, а к моменту родов снижается практически до величин, свойственных не беременным женщинам. Авторы статьи предполагают, что в начале беременности эти интерлейкины способствуют миграции клеток эндотелия сосудов. Поскольку последние выделяют стимуляторы роста кровеносных сосудов (проангиогенные факторы), можно сказать, что интерлейкины-17 в первом семестре беременности регулируют появление новых кровеносных сосудов в плаценте.

Еще одна гипотеза о роли IL-17, выделяемых плацентарными макрофагами, — «обучение» иммунных клеток организма матери. По сосудам пуповины IL-17A и IL-17 °F могут попадать в основной кровоток беременной и там встречаться с макрофагами и другими типами клеток, несущими на себе достаточное количество рецепторов к интерлейкинам-17. В результате материнская иммунная система получает возможность лучше справляться с атакующими ее патогенами и эффективнее защищать и женщину, и ее будущего ребенка.

Дата публикации: 10 июля 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
maria

Установлено время появления в Америке первых собак

2 months 2 weeks ago
 Современные собаки попали в Америку не с первыми жителями континента, а гораздо позже — с эскимосами и, затем, с европейцами. Ближайшим родственником древней, ныне не существующей популяции американских собак оказались охотничьи и ездовые животные, жившие в восточной российской Арктике. Об этих результатах международной группы археологов, в составе которой были и российские ученые, рассказывает статья в Science. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).

«Исследования, связанные с археологическими находками собак, в последние 20 лет чрезвычайно популярны, что можно связывать, с одной стороны, с увеличением объема коллекций, с другой – с появлением новых технологий и усовершенствованием прежних инструментов. Генетические исследования предполагают очень серьезный математический аппарат, с помощью которого и формируются выводы. Мы можем сопоставлять данные о собаках с данными о человеке. Присутствие генетических линий собак, происходящих с той или иной территории, однозначно указывает о направлении контактов людских популяций, в том числе их миграциях, что особенно интересно в приложении к собакам Американского суперконтинента, в отношении которого существует до сих пор нерешенная проблема о времени и путях его заселения человеком», — рассказал один из авторов исследования, старший научный сотрудник отдела палеолита ИИМК РАН Владимир Питулько.

Собаки привлекают интерес многих исследователей, в частности, генетиков и археологов. Одним эти животные представляют уникальный материал для изучения эволюционных процессов, так как новые породы образуются очень быстро (так, все существующие сейчас породы собак сформировались за последние 300 лет). Другим они дают возможность делать выводы о культуре древних людей. В новом исследовании генетики и археологи объединили свои усилия и сопоставили генетические данные об археологических останках собак с траекториями передвижения древних людей. В результате ученые уточнили данные о том, когда в Америке появился первый человек, и откуда он «привел» за собой первую собаку. Археологической основой исследования стали, в том числе, результаты работы ученых из Института истории материальной культуры (ИИМК) РАН.

Российские археологи проводили исследования о происхождении и времени одомашнивания собак на основе находок на Жоховской стоянке. Она находится на острове Жохова в Северном Ледовитом океане, где около 9000 лет назад жили люди. Результаты работы исследователей оказались полезны и для изучения вопросов, связанных с американскими популяциями собак. Генетический анализ находок российских археологов показал, что у так называемых преконтактных собак (неодомашненных «аборигенов» американского континента, генетически скорее волков, а не собак) был общий предок, живший около 14600 лет назад, у которого, в свою очередь, был общий предок с жоховскими собаками примерно на 1000 лет раньше, то есть около 15600 лет назад.

«С археологической точки зрения этот факт подтверждает возраст и основные черты процесса заселения человеком Нового Света, во всяком случае общепринятый или наиболее распространенный взгляд на проблему. Первые собаки появились в Новом Свете на 6000 лет позже первого появления человека. Эта хронология совместима как с археологическими данными, так и с оценкой генетического расхождения преконтактных собак и предполагает, что собаки были завезены в Америку несколькими тысячами лет позже первых людей. У первопоселенцев собак просто не было, они пришли со следующей волной», — добавил ученый.

Первоначально в Америку попала популяция диких собак, генетически более близких к волкам, и затем она расселилась по всему континенту. После разрушения Берингийского сухопутного моста, соединяющего Старый и Новый Свет, животные остались в изоляции на 9000 лет. Около 1000 лет назад охотники древней эскимосской культуры Туле доставили на континент первых одомашненных собак. Начиная с XV века европейцы привозили новых собак, которые практически полностью заменили исходных местных животных. Наконец, сибирские лайки-хаски были завезены в Американскую Арктику в годы золотой лихорадки. В результате современные американские собаки практически все происходят от различных молодых евразийских пород, а их древний геном оказался утрачен.

 

Дата публикации: 09 июля 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
maria
Checked
1 hour 36 minutes ago
Subscribe to Новости РНФ feed