Новости науки

[Scyther]

«Росатом» планирует построить ветропарки на Кубани и в Адыгее
http://greenevolution.ru/2017/06/27/rosatom-planiruet-postroit-vetroparki-na-kubani-i-v-adygee/

Суммарный объем инвестиций составит 2 миллиарда евро.

Известно, что проекты по ветроэнергетике «Росатом» рассматривает как одну из перспективных своих неядерных «точек роста». В прошлом году госкорпорация выиграла конкурс на строительство в Адыгее и Краснодарском крае трех ветряных электростанций общей мощностью 610 МВт. Ранее «Росатом» по итогам конкурса инвестпроектов по возобновляемым источникам энергии выиграл тендр на строительство еще около 360 МВт ветроэлектрических мощностей в Адыгее, Краснодарском крае и Курганской области.

Первый ветропарк проекта будет построен в Адыгее, на территории Шовгеновского и Гиагинского районов. Станция будет состоять из 60 ветроэлектрических установок общей мощностью до 150 МВт.

На этой неделе планируется подписание договора для финансирования проекта развития ветропарков. Суммарный объем инвестиций заявлен в размере 2 миллиардов евро.

[Scyther]

Ученые из России и Сингапура узнали, как растения спасаются от холода
http://www.sbras.info/articles/overview/uchenye-iz-rossii-i-singapura-uznali-kak-rasteniya-spasayutsya-ot-kholoda

Международная группа исследователей из Новосибирского государственного университета (НГУ), Института цитологии и генетики СО РАН и Национального университета Сингапура обнаружила и исследовала механизм адаптации к холоду у растений, сообщила во вторник лаборатория компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики НГУ.

   Оказалось, растения жертвуют только что родившимися клетками кончика корня для того, чтобы пережить холод и сохранить свои «стволовые клетки». Исследование опубликовано в журнале CELL.

У растений есть клетки, которые по аналогии с животными можно назвать стволовыми - это клетки на кончике корня или побега, которые дают начало любым новым тканям во время роста. Ученые из Сингапура обнаружили, что при низкой температуре (+ 4 °С) в «стволовых клетках» растения повреждается ДНК, что может привести к гибели потомков этих клеток. При этом, как оказалось, гибель клеток на самом кончике корня помогает выжить остальным тканям и «закаляет» растение, которое становится более устойчивым к любым другим стрессам.

«Гибнут только клетки кончика корня, жизнь которых и так коротка, в то время как остальные ткани остаются неповрежденными», — сказала Виктория Миронова, к.б.н., заведующая лабораторией компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики НГУ, заведующая сектором системной биологии морфогенеза растений Института цитологии и генетики СО РАН.

Ученые из России исследовали процессы, которые происходят на кончике корня с помощью математической модели. Оказалось, что механизм, который приносит клетки в жертву ради выживания растения, регулируется генами, ответственными за транспорт ауксина - гормона, который необходим для нормального роста корня.

«Моделирование показало, что в холодных условиях концентрация гормона падает и это создает угрозу для дальнейшей жизни растения. Когда же клетки на конце корня погибают, концентрация гормона восстанавливается, что позволяет сохранить остальные «стволовые клетки», — объяснила ведущий инженер лаборатории компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики НГУ, м.н.с.. Института цитологии и генетики СО РАН Мария Савина.

Сам принцип, по которому гибель клеток на вершине корня помогает повысить содержание ауксина, пока неизвестен.

По словам ученых продолжение исследований принесет ощутимую пользу сельскому хозяйству: по их мнению, перед похолоданием растения можно обработать ауксином, чтобы избежать гибели клеток и помочь растениям благополучно пережить стресс, не прибегая к жертвам. Как полагают ученые, результаты исследования могут пригодиться и для исследования способов адаптации к холоду у млекопитающих, т.к. организация ниш стволовых клеток, функционирование, чувствительность к стрессу сходны у животных и растений.

Замечание Scyther-a:
Реакция растения на удаление клеток с вершины веток дерева, например при обрезке, известна. Никто, однако, почему-то не занимается обрезкой корней растения для увеличения стрессоустойчивости растений.

[Scyther]

Российские ученые выйдут на митинг в Москве
https://naked-science.ru/article/sci/rossiyskie-uchenye-vyydut-na-miting-v
Профсоюз работников Российской академии наук (РАН) 28 июня проведет митинг с требованием увеличить реальное финансирование науки

Поводом для акции послужила корректировка федерального бюджета на 2017–2019 годы. В январе стало известно, что правительство сократит расходы на научно-технологический комплекс на 25 миллиардов, на научные исследования — на 19 миллиардов рублей. Стоимость последней программы, таким образом, уменьшится со 128,1 до 103 миллиардов рублей. Ассигнования Федеральному агентству научных организаций (ФАНО) при этом снизились с 86 до 73,5 миллиарда рублей. Как сообщил в рамках пресс-конференции председатель Профсоюза работников РАН Виктор Калинушкин, в последние три-четыре года объем финансирования науки сокращался на 10–15 процентных пунктов в год.

В рамках мероприятия ученые потребуют увеличить финансирование Российского научного фонда (РНФ) и Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) до 30 и 25 миллиардов рублей соответственно. Расходы на государственное задание подведомственных ФАНО организаций предлагается повысить по меньшей мере на 20 миллиардов, на фундаментальные исследования в вузах — на 10 миллиардов рублей. По замыслу профсоюза, в 2018 году затраты на науку должны вырасти до 2,5–3 процентов ВВП, тогда как в нынешнем году показатель составил 1,03 ВВП. Кроме того, РАН выступает за выделение ФАНО дополнительных средств на индексацию зарплат, капитальные вложения и закупку оборудования.

Митинги ученых продолжаются в России с 2013 года, когда Министерство образования инициировало реорганизацию РАН. Целью поправок было заявлено объединение учреждения с иными академиями наук для повышения эффективности, создание и передачу административно-хозяйственной части ФАНО. Критику сообщества вызвали, в частности, спешка, с которой была проведена реформа, и отказ чиновников от привлечения к ее подготовке самих научных сотрудников. Прошлой весной стажеры РАН протестовали против повышения стоимости проживания в общежитиях: с января показатель вырос в пять раз. Осенью в разных городах прошли акции против сокращения финансирования отрасли.

Корректировка бюджета поставила под угрозу увольнения 50–70 процентов сотрудников РАН в Москве и Санкт-Петербурге. Как заявили в профсоюзе, это означает «разгром академической науки в столицах». В качестве компромисса ряд учреждений начали отправлять работников в неоплачиваемые отпуска и переводить на неполную занятость. Любопытно, что в соответствии с майскими указами президента Владимира Путина со следующего года зарплаты ученых должны составить 200 процентов от средней по регионам. Представители РАН считают, что уменьшение федеральных расходов делает эту задачу невыполнимой. В 2016 году средняя зарплата научных сотрудников в России составила 46,1 тысячи рублей.

Новый митинг пройдет 28 июня в Москве, в сквере Суворовской площади у памятника Суворову, с 11:00 до 12:00 по местному времени. Ранее он был согласован столичной мэрией: участие в акции примет до тысячи человек. Приглашаются все желающие.

[Scyther]

Магнитную турбулентность космической плазмы смоделировали в лаборатории
https://scientificrussia.ru/articles/magnitnuyu-turbulentnost-kosmicheskoj-plazmy-smodelirovali-v-laboratorii

Физикам из Института фундаментальных исследований Тата и Института исследований плазмы в Гандинагаре (Индия) и университета Лиссабона (Португалия) удалось смоделировать в лабораторных условиях магнитную турбулентность космической плазмы, которая влияет на эволюцию звезд. Статью об этом, опубликованную сегодня в журнале Nature Communications, пересказывает пресс-релиз Института фундаментальных исследований Тата.

 Ученые использовали ультракороткий импульс высокоинтенсивного лазера, чтобы возбудить горячую, плотную плазму на твердой поверхности (можно сказать, практически на рабочем столе). Динамика плазмы создала гигантское магнитное поле, которое эволюционировало чрезвычайно быстро.

Анализируя это поле, индийско-португальская команда физиков выяснила, что сначала, в течение триллионной доли секунды, ее направляют электроны, но затем «эстафету» перехватывают ионы и действуют гораздо дольше. Такая схема полностью согласуется с полученными со спутников данными спектрального анализа магнитных полей турбулентной астрофизической плазмы в солнечном ветре, фотосфере Солнца и магнитосфере земли.

Это чрезвычайно интересные результаты, которые позволяют лучше понять некоторые важнейшие астрофизические процессы. Ценность данного исследования состоит еще и в том, что турбулентные процессы — не только в космической плазме, но и в других жидких и ведущих себя как жидкости средах — до сих пор изучены еще слабо.

[Scyther]

Сибирские ученые разработали оригинальную модель испарения капель
http://www.sbras.info/news/sibirskie-uchenye-razrabotali-originalnuyu-model-ispareniya-kapel

Сотрудники Института теплофизики имени С. С. Кутателадзе СО РАН разработали модель расчета тепломассопереноса испаряющихся капель —  она позволяет существенно повысить точность расчёта изменения температуры и размеров  мелких (около десятков и единиц микрон)  капель в воздушном потоке по сравнению с классической моделью. Статья об этом опубликована в журнале International Journal of Heat and Mass Transfer.

 «Работа посвящена классической задаче испарения капель в свободном потоке. Процессы испарения капель наблюдаются в различном оборудовании, например, в двигателях и в системах охлаждения, поэтому эта тема нас интересовала достаточно давно», —  объясняет заведующий лабораторией проблем энергосбережения ИТ СО РАН доктор технических наук Михаил Иванович Низовцев.
 
Обычно для расчета испарения капель используется классическая диффузионная модель, но ученые ИТ СО РАН разработали эмиссионно-диффузионную. «Оказалось, такой подход дает более точные характеристики как по охлаждению капли в процессе испарения, так и по времени ее испарения», —  рассказывает Михаил Низовцев.
 
 Экспериментальные исследования подтверждают расчеты физиков: в практических опытах используют технику инфракрасных измерений — с помощью ИК-камер ученые определяют температуру поверхности капли. Это важно, потому что скорость испарения определяется разностью температур между ее поверхностью и окружающей средой.  Кроме того, исследователи  фиксируют с помощью быстродействующих камер изменения формы и размеров капель в процессе испарения.
 
Разработанная учеными модель играет важную роль при расчетах процессов конденсации и испарения, происходящих в различных технологических процессах и аппаратах — в частности, в новых регенеративных теплообменниках для вентиляции помещений, которые разрабатываются и исследуются в ИТ СО РАН. Задача регенеративных аппаратов вентиляции в том, чтобы максимально сократить затраты энергии на нагрев или охлаждение воздуха, поступающего  в помещение с улицы. В отличие от традиционных систем приточно-вытяжной вентиляции, регенеративные теплообменники зимой возвращают уходящее с воздухом тепло обратно в помещение, а летом препятствуют нагреву внутреннего воздуха, сохраняя прохладу в помещении. Это экономит до 50 % энергии, которая тратится на отопление и кондиционирование жилых и производственных зданий.




Характерная для старых построек естественная вентиляция предполагала инфильтрацию наружного воздуха через неплотности окон и стен, однако «ограждающие конструкции современных зданий становятся все более утепленными и менее воздухопроницаемыми, и теперь вопросы энергосберегающей приточно-вытяжной вентиляции становятся особенно актуальными, как с точки зрения энергосбережения, так и обеспечения комфортности внутренних помещений», —  говорит Михаил Иванович.
 
Регенеративные и рекуперативные вентиляционные устройства получают все более широкое распространение в Европе, однако применение их в сибирском климате осложняется более низкой зимней температурой. Поэтому ученые лаборатории проблем энергосбережения ИТ СО РАН совершенствуют такие аппараты и разрабатывают новые конструкции, подходящие для сурового сибирского климата.  Для прогнозирования влагопереноса в регенеративных вентиляционных аппаратах служит разработанная исследователями эмиссионно-диффузионная модель испарения капель. Когда теплый и влажный воздух движется по каналам теплообменника происходит конденсация влаги, как на стенках каналов, так и непосредственно в воздушном потоке. Предложенная физиками модель позволяет рассчитать количество конденсируемой и впоследствии испаряемой влаги.
 
Проект по изучению теплофизических процессов при испарении капель поддерживает Российский фонд фундаментальных исследований, в дальнейшем ученые планируют применить разработанную модель к испарению капель на поверхностях различных материалов.

[Scyther]

Акупунктура впервые получила биохимическое обоснование
https://naked-science.ru/article/sci/akupunktura-vpervye-poluchila

Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе показали, что воздействие на акупунктурные точки может стимулировать расширение сосудов.

По современным представлениям, акупунктура восходит к неолиту. Эта практика традиционной медицины предполагает воздействие специальными иглами на точки, расположенные на меридианах — линиях тела, по которым якобы циркулирует «жизненная энергия» ци. Введение игл в ткани и манипуляции с ними (вращение, надавливание, нагревание, охлаждение) призваны оказывать лечебное и анальгезирующее влияние. Сейчас метод распространен в Китае и при определенных условиях допускается к применению властями ряда других стран, например Великобритании. Однако его эффективность остается под сомнением. Так, обзор 2016 года показал, что иглоукалывание не полезнее плацебо.

Любопытно при этом, что многие акупунктурные точки локализованы в соответствии со скоплениями нервных волокон, кровеносных сосудов, волосяных фолликул и сальных желез. Сочетание метода с прижиганием, в свою очередь, приводит к резкому высвобождению в коже оксида азота, которое ассоциируется с расслаблением мускулатуры сосудов (вазодилатации) и ростом иммунореактивности синтаз оксида азота (ферментов, ускоряющих выработку соединения). Тем не менее, до сих пор биохимические эффекты иглоукалывания не сравнивали с контрольными участками тела. Авторы новой статьи оценили связь между акупунктурой и уровнями оксида азота в точках, меридианах и нейтральных областях.


Акупунктурные точки меридианов перикарда (PC) и легких (LU). Обозначения WO соответствуют участкам меридианов без акупунктурных точек, C — контрольным областям

Участие в работе приняли 25 здоровых мужчин и женщин в возрасте 18–60 лет. Объектом исследования выступили меридианы легких и перикарда, находящиеся на предплечье. В ходе процедуры испытуемым в одну из рук вводили иглы в акупунктурные точки (PC4–PC6) и вращали до специфического ощущения умеренных онемения или боли (de qi). Меридиан легких при этом нагревали до 43–44 градусов Цельсия без механического воздействия. Затем ученые измеряли уровень оксида азота в акупунктурных точках, а также зонах, расположенных на меридиане, но не активированных, и нейтральных областях. Полученные данные сравнивали с базовыми значениями NO от 12 добровольцев.

Анализ показал, что уровень метаболитов оксида азота в акупунктурных точках сразу после иглоукалывания почти вдвое превышал значения контрольных участков. Спустя 20 минут тенденция ослаблялась и была наименее выраженной для областей вне меридианов. Схожий эффект наблюдался для тепловой стимуляции: содержание оксида азота в нагретых акупунктурных точках оказалось существенно выше, чем в прочих зонах на меридиане. Вместе с тем относительно точек за пределами меридиана такая обработка не выявила значимых различий. По словам авторов, исследование впервые свидетельствует о корреляции между повышенной выработкой NO и механическим и термическим влиянием на акупунктурные точки.

Таким образом, иглоукалывание, по-видимому, обладает сосудорасширяющими свойствами и улучшает кровоток, что, теоретически, может сопровождаться лечебными эффектами. Точный механизм, долгосрочные и системные последствия явления остаются, однако, неясными и требуют дальнейшего изучения.

[Scyther]

Ученые ИБХ РАН нашли ошибку в основном постулате молекулярной биологии
https://scientificrussia.ru/articles/uchenye-ibh-ran-nashli-oshibku-v-osnovnom-postulate-molekulyarnoj-biologii

Российские биологи обнаружили, что триада "ДНК — РНК — белок", краеугольный камень современных представлений о работе клеток, взаимодействует не так, как считали ученые последние 50 лет, говорится в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.

"Когда ученые обнаружили, что эукариотические гены могут подвергаться альтернативному сплайсингу, то предположили, что за счет этого процесса ген может кодировать огромное количество разнообразных белков. Отчасти это верно: в любом организме есть гены, которые кодируют множество разных белковых изоформ. Но мы показали, что в целом это не так", — рассказал РИА Новости Игорь Фесенко из Института биоорганической химии РАН в Москве.

Основой современных представлений о том, как функционируют клетки, является так называемая главная догма молекулярной биологии. Она представляет собой набор принципов, сформулированных Фрэнсисом Криком, первооткрывателем ДНК, в 1970 году для описания того, в какую сторону может двигаться генетическая информация внутри живых организмов.

В соответствии с идеями Крика, передача информации в биологических системах носит универсальный и односторонний характер: ДНК всех живых организмов управляет формой белков и РНК, но не наоборот, и белки не могут менять структуру РНК и ДНК, а РНК может управлять формой белков, но не ДНК. Есть небольшие исключения, связанные с вирусами, но вирусы формально не являются живыми организмами, и поэтому догма для них не исполняется.

Впоследствии ученые обнаружили, что догма работает несколько сложнее для клеток человека и других многоклеточных существ — наши гены могут содержать в себе "инструкции" по синтезу не одной, а сразу нескольких белковых молекул. Когда ядро клетки считывает ДНК и формирует молекулу РНК, последняя может быть "отредактирована" клеткой несколькими способами, и из нее могут быть выброшены различные "ненужные" части. Это радикально поменяет то, как будет работать молекула белка, которую она кодирует.

Фесенко и его коллеги изучали, как происходит этот процесс, который ученые называют альтернативным сплайсингом, в клетках одного из самых примитивных и древних многоклеточных живых организмов — мхов Physcomitrella patens.

Как рассказывает ученый, изначально его команда пыталась понять, какие функции могут исполнять альтернативные версии белков, инструкции по сборке которых есть в генах мха. Для этого они подвергали его действию различных стрессовых факторов — недостатка воды, света и нутриентов.

Вскоре стало понятно, что альтернативный сплайсинг влиял на поведение клеток не так сильно, как в теории, а белковое содержимое клетки зависело от изменений в структуре РНК слабее, чем ожидали ученые. Соответственно, можно говорить о том, что цепочка "ДНК — РНК — белок" нарушилась: изменения в структуре двух первых ее звеньев почти не сказались на работе последнего.

Как отмечает Фесенко, рецензенты статьи и редакторы журнала сначала предположили, что российские исследователи могли совершить ошибку при проведении масс-спектрометрического анализа. В открытие поверили только после того, как Фесенко и его коллеги построили компьютерную модель эксперимента и доказали, что клетки должны были содержать в себе в десятки раз больше "версий" белков, если бы альтернативный сплайсинг работал.

Теперь молекулярным биологам предстоит понять, какую биологическую функцию исполняет альтернативный сплайсинг, какова роль взаимодействий между молекулами РНК в этом процессе и как все это влияет на появление новых белковых молекул в клетке.

[Scyther]

В ТПУ создали моделирующий комплекс для безаварийной работы энергосистем
https://scientificrussia.ru/articles/v-tpu-sozdali-modeliruyushchij-kompleks-dlya-bezavarijnoj-raboty-energosistem

Коллектив научно-исследовательской лаборатории "Моделирование электроэнергетических систем" Томского политехнического университета разработал Всережимный моделирующий комплекс реального времени, позволяющий не допускать крупных аварий в ходе работы энергосистем, сообщает РИА Новости. Российская разработка не имеет мировых аналогов и уже прошла успешную апробацию в реальных энергосистемах. Научная статья, посвященная этой разработке, вышла в научном журнале IEEE Transactions on Smart Grid.

 Согласно обобщенной статистике из факторов, вызывающих крупные системные аварии в энергосистемах различных мегаполисов, государств, лишь 10% приходятся на стихийные бедствия (цунами, землетрясения, ураганы и так далее). Еще 40% аварий возникают по причине неисправного оборудования — в результате его неправильной эксплуатации или заводского брака комплектующих. Оставшиеся 50% — это ошибки диспетчерского персонала (25%) и неправильные действия релейной защиты и автоматики (25%). То есть, в половине случаев  крупные аварии возникают в результате процессов, никак не связанных с внешними факторами.

Энергосистема — это совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима (работающих параллельно) в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электрической энергии и тепла при общем управлении этим режимом.
Энергетическую систему можно сравнить с живым организмом, внутри которого постоянно и непрерывно происходят какие-то новые процессы. Чтобы энергосистема работала качественно и без сбоев, ею необходимо управлять. Делают это сейчас с помощью моделирующих комплексов, представляющих собой виртуальные копии реальных станций или энергосистем. Если то или иное действие на них отрабатывается удачно, его применяют в реальных условиях.

"Для создания виртуальных копий реальных энергосистем сейчас используют комплексы математического моделирования, — объясняет профессор ТПУ Александр Гусев. — На них при помощи дифференциальных уравнений воспроизводятся все процессы внутри энергосистемы. Между тем, из области дифференциальных уравнений можно решить только те, которые сводятся к табличным интегралам, которых в высшей математике всего полторы странички. То есть, в реальности мы имеем дифференциальные уравнения, которые точно не решаются. Вычислительные процессы в таких моделирующих комплексах построены на грубых упрощениях. Следовательно, данные о работе энергосистемы такие комплексы выдают неточные и с опозданием, так как на вычислительные процессы требуется еще и некоторое время. Между тем, в энергосистеме будут проходить уже совершенно другие процессы, и полученные данные станут не актуальны".

Чтобы решить эту проблему ученые ТПУ разработали Всережимный моделирующий комплекс реального времени электроэнергетических систем. Суть разработки заключается в объединении для достижения высокой адекватности результатов нескольких подходов к моделированию: аналогового, цифрового и физического.

"Внутри нашего комплекса установлен специализированный гибридный цифроаналоговый процессор. Во избежание неточностей с математическим моделированием мы использовали непрерывное неявное аналоговое решение, которое решает уравнения методически точно и оперативно. Все элементы системы параллельно взаимодействуют между собой в режиме реального времени. В отличие от аналогов, у нашего комплекса нет ограничений на размерность — он может повторить даже самую крупную энергосистему. Сколько в реальной энергосистеме генераторов и трансформаторов, столько в нашем комплексе будет содержаться гибридных процессоров", — поясняет Александр Гусев.

За последние пять лет научный коллектив кафедры опубликовал по данной технологии более 200 научных статей в рецензируемых международных и российских журналах.

[Scyther]

Пористые полимеры: губка против парникового эффекта
http://www.sbras.info/articles/science/poristye-polimery-gubka-protiv-parnikovogo-effekta

Редко какая страна не занимается вопросами экологии: создание международных организаций, подписание Парижского соглашения — столь масштабные действия призваны решить проблему вредных выбросов и загрязнений. Однако для защиты окружающей среды необходимы не только договоренности, но и новые технологии — их разработкой на основе нанопористых координационных полимеров уже 15 лет занимаются сибирские ученые в Институте неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН

 Координационные полимеры или металл-органические каркасы — это пористые материалы, построенные из положительно заряженных ионов металлов, соединенных мостиковыми лигандами. Ключевое преимущество подобных материалов заключается в наличии органической части — мостиков — и неорганической — катиона металла, — обе из которых можно варьировать, таким образом меняя физические свойства каркаса: например, размер полостей или химическую функциональность. Подобных структурных комбинаций гораздо больше, чем в других типах пористых материалов.
 
При правильном подборе условий такие пористые структуры самостоятельно собираются в виде кристаллов: к атомам металла прикрепляются соединительные мостиковые лиганды, а в итоге получается периодическая решетка. Этот процесс напоминает строительные леса — только их создают люди, а координационные каркасы получаются за счёт химических реакций. Задача ученых — найти условия, в которых будет образовываться пористый материал с заданной кристаллической структурой.
 
— Помимо прочего, пористые материалы имеют огромную внутреннюю поверхность —  сотни и тысячи квадратных метров, —  рассказывает ведущий научный сотрудник ИНХ СО РАН доктор химических наук Данил Николаевич Дыбцев. — Представьте футбольное поле — около 6 000 м²: столько может заключаться всего в одном грамме порошка нанопористого координационного полимера.

 Пористый материал напоминает губку, предназначенную для молекул: в его полости впитываются частицы жидкости или газа, заполняя внутренние каналы, в результате чего полимер способен вбирать и удерживать большие объемы других веществ. Благодаря своим свойствам пористые соединения могут применяться в ряде областей — в том числе, при решении вопросов о защите окружающей среды.
 
От углерода к водороду
Наиболее нашумевшая проблема, связанная с экологией — парниковый эффект, — представляет собой разогрев слоя атмосферы из-за поглощения теплового излучения некоторыми газами. Если бы этого не происходило, излучение отражалось бы от Земли, но в результате оно все же остается на планете. Самый значительный вклад в этот процесс вносят пары воды — до 70 %.
 
— На втором месте находится углекислый газ, — поясняет Данил Дыбцев. —  На атмосферную влагу мы повлиять не в силах, а вот CO₂ — антропогенный фактор, и большинство усилий направлено на то, чтобы противостоять его растущему количеству в атмосфере.
 
Смена планетарной температуры в течение многих тысяч лет связана именно с изменениями уровня CO₂: резкий рост произошел двести лет назад, когда в результате индустриальной революции человечество начало активно использовать минеральное топливо — уголь, нефть и газ. Существуют три основных антропогенных источника CO₂ — транспорт, тепловые электростанции и металлургия, и для каждого случая требуется разработка оптимального решения. В частности, извлекать CO₂ прямиком из автомобильных выхлопов нереально, но можно осуществить переход на низкоуглеродное топливо.
 
— Возьмем хорошее топливо: изооктановый бензин с формулой C₈H₁₈, где соотношение водорода с углеродом примерно 2 к 1, — рассказывает ученый. — При переходе на низкоуглеродное топливо — метан (CH₄) — мы уже получаем соотношение 4 к 1. В перспективе можно вообще использовать водород (H₂) как безуглеродное и экологически безупречное топливо.
 
Для эффективного превращения водорода или метана в электричество учеными разрабатываются так называемые топливные элементы (ТЭ) — химические источники тока, состоящие из анода, катода и соединяющей их мембраны, где происходит реакция между кислородом и водородом. В анодной части ТЭ водород отдает электроны с образованием электричества и протонов, которые проходят через проводящую мембрану в катодную часть. Там они связываются с кислородом, образуя воду. Превращение химической энергии в электрическую в ТЭ в несколько раз более эффективно по сравнению с двигателями внутреннего сгорания: в них значительная часть энергии рассеивается в виде тепла, а КПД не превышает 25%. Однако внедрять такие устройства в автомобили пока сложно — прежде всего, из-за дорогого катализатора, содержащего платиновые металлы, а также из-за несовершенства современных протон-проводящих мембран.



— Материалы, полученные на основе пористых полимеров, демонстрируют лучшие протон-проводящие свойства в сравнении с используемыми сейчас, — говорит Данил Дыбцев. — Дело в том, что существующие сегодня протонные проводники содержат воду, а требования, выдвигаемые автоиндустрией, предполагают работу ТЭ при температурах заметно выше 100°С. В таких условиях вода испаряется, и мембрана просто теряет свои проводящие свойства.
 
В ИНХ СО РАН совместно с Институтом химии твёрдого тела и механохимии Сибирского отделения, предложили довольно простой, но эффективный способ решения данной проблемы. Дело в том, что кислота — естественный источник протонов. Если полости пористого координационного полимера, как губку, пропитать кислотой, получится новый гибридный материал с необходимыми параметрами: рекордно высокой протонной проводимостью в условиях низкой влажности и температурном диапазоне до 200°С и даже выше. У такого материала, правда, есть и слабые стороны: кислота плохо удерживается в нанополостях каркаса, так как нет крепких химических связей.
 
 — На данный момент мы работаем над этим: например, можно химически «пришивать» молекулы кислоты к стенкам каркаса, — поясняет ученый. — Однако нами уже решен ряд важных фундаментальных проблем — прежде всего, получены мембранные материалы с высокими значениями проводимости в широком интервале температур и минимальной зависимости этих свойств от влажности.
 
Как разделить воздух?
 — В ближайшем будущем индустриальные страны не смогут отказаться от ископаемых источников, так что пока человечеству остается только снижать выбросы, — рассказывает Данил Дыбцев. — По всем существующим прогнозам использования различных видов ископаемого топлива —  газа, нефти, угля — потребление в ближайшие 50 лет будет только расти. Значит, нужно вкладывать научный потенциал в извлечение CO₂ непосредственно из промышленных выбросов или из атмосферы.
 
Самый распространенный способ добычи электричества — горение угля (C): он целыми составами сжигается в электростанциях благодаря воздуху, который состоит из азота (N₂) и кислорода (O₂). В результате такой химической реакции из выхлопной трубы выходят уже углекислый газ и азот ─ CO₂ и N₂. Соответственно, при очистке выбросов тепловых электростанций необходимо отделять эти газы друг от друга: N₂ безвреден, и его можно отправлять обратно в атмосферу, а вот от CO₂ стоит избавляться — например, запасать его в уже не функционирующих шахтах или нефтяных скважинах. Разделение промышленных выбросов происходит в потоковом режиме: в заполненную специальным сорбентом колонну поступает смесь CO₂ и N₂, при этом азот выходит прямиком в атмосферу, а углекислый газ остается в колонне. Когда она заполнится, поток CO₂ и N₂ переключается на соседнюю колонну с точно таким же сорбентом. В это время первая колонна регенерируется (восстанавливается), и из нее извлекается чистая углекислота, которая направляется в подземные хранилища. Таким образом, процесс селективной адсорбции (разделения) газов идет непрерывно. Представьте, что вы держите в руках две связки воздушных шаров: одну с азотом беззаботно отправляете в воздух, а вот вторую с углекислым газом оставляете при себе и складываете в безопасное место ─ примерно так и работают подобные пористые структуры.



— Применяемые сегодня технологии используют жидкие хемосорбенты — триэтаноламин или моноэтаноламин, которые, помимо имеющихся преимуществ, обладают рядом существенных недостатков — рассказывает ученый. — Во-первых, это высокая коррозийность используемых аминов, что приводит к износу оборудования. Кроме того, их производство само по себе вредно для окружающей среды. Другой существенный минус — высокая теплота, необходимая для регенерации хемосорбента, а это, в конечном счете, повышает стоимость очистки промышленных выбросов и снижает энергоэффективность процесса.
 
В настоящий момент во всем мире идет разработка более эффективной технологии разделения газовых смесей с использованием различных пористых сорбентов и других подобных материалов. Поэтому в ИНХ СО РАН активно исследуются пористые координационные полимеры как самые перспективные материалы среди имеющихся. Эти соединения являются своего рода молекулярными фильтрами, которые избирательно поглощают те или иные вредные газы или пары: в данном случае ─ эффективно связывают CO₂ и не взаимодействуют с азотом.
 
— Хорошо известно, что молекула СО₂ проявляет кислотные свойства и не зря называется «углекислотой», — поясняет Данил Дыбцев. — С другой стороны, пористые материалы, разрабатываемые в ИНХ СО РАН, имеют в своей структуре активные центры основной природы, благодаря которым происходит взаимодействие молекул CO₂ с полостями пористого материала. Важнейшим химическим свойством кислот и оснований является их способность вступать в реакцию друг с другом и именно этот принцип реализуется в наших сорбентах для селективной адсорбции СО₂ из газовых смесей.
 
На данный момент ключевой вопрос для широкого внедрения разрабатываемой технологии — низкая доступность металл-органических сорбентов, но это, скорее, вопрос перехода на другой уклад и инвестиций в производство материалов нового поколения

[Scyther]

Великое Криптослияние: как криптовалюты учат «говорить» друг с другом
http://www.computerra.ru/168286/cryptofusion/?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=Feed%3A+ct_news+%28Computerra%29

В истории криптовалют наступает новая эра. За восемь лет их существования мы повидали многое: рождение форков, взлёты и обвалы, кражи и благотворительность, ICO. Пришёл черёд Великого Слияния. Его не ждали, рисовали иной сценарий будущего. Но значит, пора скорректировать старые прогнозы.

Чтобы понять, что происходит и как к этому пришли, стоит вспомнить, как криптовалюты эволюционировали. Появление Bitcoin в 2009-м провело жирную черту между тем, что было до, когда все платежи были так или иначе привязаны к посредникам (банкам, системам электронной наличности, карточным компаниям и т.д.), и новой реальностью, когда ценность стала храниться в блокчейне, который никому единолично не принадлежит. Однако сам по себе запуск первой криптовалюты революции не произвёл — как не произвели её и расплодившиеся уже пару лет спустя близкие и дальние «наследники» биткойна.

Да, криптовалюты стали в некоторой степени альтернативой золоту и ценным бумагам — как средству для долгосрочных инвестиций. Да, они привлекли тысячи и тысячи краткосрочных спекулянтов, которые пытаются заработать на колебаниях обменных курсов. Да, многие предприниматели из числа молодых принимают биткойн, «эфир» и прочую «крипту» в счёт оплаты некоторых товаров и услуг. Но главного, на что надеялись и о чём мечтали адепты, так и не случилось: криптовалюты не стали заменой обычным деньгам. Нельзя просто так зайти в магазин и купить на биткойн булку хлеба, понимаете? Для людей, не живущих интернетом и электронной коммерцией, криптовалюты почти бесполезны.

 Почему так? По многим причинам, но первая из них: зашкаливающая сложность. Мало кто, даже из числа работающих с тем же биткойном, понимает в деталях, как эта система устроена, как функционирует, а значит, и какие риски скрывает, и на что способна. Попытки же переложить сложность на посредников (скажем, найти компанию, которая будет держать за пользователя криптокошелёк и позволит не думать о технических нюансах) пока слишком часто неудачны из-за мошенников — и это тоже проблема: нет доверия… В результате криптовалютный мир существует словно бы сам по себе: он разделился на несколько фракций с огромной капитализацией (все биткойны стоят сегодня больше 40 млрд. долларов США, весь «эфир» больше 25 млрд., и так далее, по убывающей), но точек соприкосновения с реальностью почти не имеет. Купить пресловутую булку за «крипту» по-прежнему так же сложно, как и год, и два, и пять назад.

Собственно это и дало толчок криптовалютным активистам начать поиск решений. Хорошая новость: к настоящему моменту решение найдено и даже реализовано в нескольких вариантах. А вдохновение его создатели черпали из истории Интернета.

Локальные компьютерные сети ведь появились задолго до того, как все компьютеры планеты связали в единую глобальную сеть. И заслуга создателей Интернета как раз в том, что они придумали универсальный «язык», общаясь на котором, цифровые устройства разных типов смогли понимать друг друга. Таким «языком» стал протокол Internet Protocol (IP) — настолько гибкий, что и сегодня он легко связывает, например, смартфон в кармане с суперкомпьютером, управляющим поисковой машиной, или «умную» лампу с персоналкой на столе. Представьте, как здорово было бы придумать такой «язык» для электронных денег!

И это оказалось возможно — пусть и пришлось поступиться принципом, который считался фундаментальным для криптовалют: отсутствием посредников. Смотрите (рисунок вверху), как это работает на примере простейшей схемы. Пусть есть клиент А, владеющий энной суммой в биткойнах. И есть клиент Б, который не имеет биткойнового кошелька, а использует лайткойн. Чтобы передать «деньги» (точнее, ценность) от А к Б, раньше клиенту А пришлось бы идти в обменный пункт и менять свою криптовалюту на удобную для получателя. Слишком хлопотно.

 Но давайте представим, что удалось придумать «язык», общаясь на котором кошельки разных типов смогут понимать друг друга без участия человека. В этом случае программное обеспечение («криптокошелёк») клиента А отправил бы запрос всем желающим: «мне нужно перевести биткойны пользователю лайткойнового кошелька». Немедленно нашёлся бы посредник Н, который (не сам конечно, а его софт) ответил бы: «я могу это сделать». Он принял бы биткойны от А и перечислил Б со своего личного кошелька нужную сумму в лайткойнах. Важно, что все при этом довольны: А не тратил времени и сил на обменный пункт, Б получил деньги быстрее, а Н заработал (на курсовой разнице или комиссии, уплачиваемой А или Б). Ещё важнее, что А и Б не обязаны при этом быть специалистами по криптовалюте: им достаточно лишь знать адреса кошельков друг друга.

Это простейший пример. На самом деле существование такого универсального «языка» сделает возможным удивительные вещи. Ведь связать с его помощью можно не только пользователей криптокошельков, но и обладателя, скажем, биткойнов с той самой булочной из примера выше. Владелец булочной с криптовалютами никогда не сталкивался, но теперь ему можно и вообще не знать об их существовании! Главное, что программное обеспечение на кассе подключено к интернету и «говорит» на том же «языке», что и криптокошельки. Значит, клиент А, пожелав оплатить булку хлеба, одним нажатием кнопки на смартфоне сможет отправить биткойны посреднику М, который примет их и расплатится с булочником, скажем, банковским переводом. Вуаля: в считанные секунды платёж прошёл, чек напечатан, булка получена.

Кстати, если углубиться в детали, окажется, что универсальный «язык» для электронных денег делает возможной ещё одну чрезвычайно важную вещь: практически моментальные транзакции. Если вы пользовались криптовалютами, то конечно знаете, что подтверждение платежа там занимает от нескольких минут до (если не повезёт) часов. И это проблема: мало кто из посетителей пресловутой булочной готов ждать даже десять минут. Но универсальный «язык» для электронных денег содержит функцию резервирования средств, благодаря чему для клиентов платежи становятся моментальными, а подтверждения транзакции дожидается только посредник (для него это сопряжено с некоторым риском, но ведь он на этом и зарабатывает).


Работает Interledger Protocol.

Что ж, первые практически пригодные проекты такого рода засветились уже три года назад: вспомните историю криптовалюты Ripple (см. «Доверяю, следовательно, существую: Ripple — главный конкурент Bitcoin»). И к настоящему моменту именно на её основе вырос, на мой взгляд, самый жизнеспособный и обладающий наибольшим потенциалом «универсальный язык для электронных денег»: межсистемный протокол Interledger Protocol (ILP). Он стал частью разрабатываемого консорциумом W3C стандарта веб-платежей — и посмотрите, как легко его использовать! Например, адреса клиентов приведены к общему виду, независимо от того, деньгами в каком виде конкретный клиент распоряжается: g.crypto.bitcoin.1BvBMSEYstWetqTFn5Au4m4GFg7xJaNVN2, g.us.acmebank.acmecorp.sales.199 и т.п. Совсем как с адресами веб-сайтов или электронной почтой!

Но, конечно, ILP не единственная разработка. Есть, например, COMIT Network, преследующая те же цели. И уже появляются клиентоориентированные продукты, на них опирающиеся: среди них нашумевший в июне универсальный электронный кошелёк TenX.

Что дальше? Полагаю, несколько «языков»-протоколов будут сосуществовать и отчасти конкурировать — и это хорошо, поскольку подтолкнёт их разработчиков к расширению функционала. Главное, что сложность будет спрятана от конечных пользователей. И криптовалюты станут наконец настоящими деньгами!

[Scyther]

Полярников оденут в куртки из нефти, которые не нужно стирать
http://www.mk.ru/science/2017/07/04/polyarnikov-odenut-v-kurtki-iz-nefti-kotorye-ne-nuzhno-stirat.html

Утеплитель, который разработали российские ученые, выдерживает морозы до -60 градусов

Выглядеть луковицей в самый лютый мороз больше не придется российским полярникам. Столичные ученые создали для них материал, который выдерживает самые сильные арктические морозы. Одежда, сшитая из него, отличается минимальным объемом, что позволяет сохранять одетому в нее мобильность и комфорт.

Как сообщили «МК» разработчики, новая ткань создана из нефти, а точнее, из ее производного — полиэтилентерефталата. Его отличает наличие внутри волокна полостей, наполненных воздухом, которые и сохраняют тепло. Этот материал используют давно, и в процессе создания одежды полости внутри волокон частично исчезают. Ученые усовершенствовали метод пошива одежды, применив особый, аэродинамический способ раскладки теплозащитной ткани, при котором полости не теряют воздух, а кроме того, дополнительно им насыщаются. За счет этого волокна в новой одежде полностью, без пробелов заполнены воздухом, чем напоминают макароны-трубочки. Это дает 100-процентную гарантию сохранения тепла даже при самом лютом морозе в -60 градусов (многие имеющиеся утеплители при таких температурах замерзают, и их волокна раскалываются, как стекло).

Полиэфирная ткань помимо того, что обеспечивает наименьшую потерю тепла в процессе эксплуатации одежды, не впитывает внешнюю влагу и не задерживает пот. Поэтому она постоянно остается сухой и чистой, практически не требующей стирки.

Ученые отправили заявку на патентование нового изобретения, а тем временем первая партия новой одежды уже поступила для апробации в части военного ведомства, расположенные в Арктике.

[Scyther]

Ученые доказали, что эмоциями человека управляют бактерии
http://www.mk.ru/science/2017/07/04/uchenye-dokazali-chto-emociyami-cheloveka-upravlyayut-bakterii.html

Это не первое подобное исследование

Микрофлора кишечника влияют на его поведение, мысли и эмоции. Новые доказательства в пользу этого предположения представили специалисты из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Научная работа посвящена, в первую очередь, двум родам бактерий, обитающих в кишечнике.

Исследователи отмечают, что ранее связь между поведением лабораторных животных (в первую очередь, грызунов) и их микрофлорой выявить уже удавалось, однако применительно к людям информации до сих пор было собрано недостаточно. Чтобы помочь восполнить этот пробел, специалисты изучили состав микрофлоры у 40 здоровых женщин в возрасте от 18 до 55 лет. В результате специалисты обратили внимание, что бактерии рода Bacteroides и рода Prevotella, по всей вероятности, влияли на мозг участниц. Во всяком случае, обилие Bacteroides удалось связать с большей толщиной слоя серого вещества в некоторых отделах головного мозга, «отвечающих» за память и обработку сложной информации. В свою очередь, большое количество Prevotella «сопровождалось» более прочными нейронными связями между областями, связанными с эмоциями. Когда женщинам показывали различные изображения с целью вызвать у них те или иные эмоции, выяснилось, что на реакцию косвенно влияли вышеупомянутые бактерии.

Научная работа специалистов была опубликована в журнале Psychosomatic Medicine: Journal of Behavioral Medicine. Специалисты предполагают, что полученные ими данные, в том числе, позволят более эффективно помогать некоторым людям с различными психическими отклонениями. Впрочем, стоить отметить, что 40 человек представляют собой не слишком большую выборку.

Это не первое исследование, авторы которого нашли доказательства влияния микрофлоры кишечника на настроение людей. К примеру, в прошлом году специалисты, представляющие Эксетерский университет в Великобритании и Университет Сарагосы в Испании провели эксперимент на модели пищеварительной системы человека, созданной в лабораторных условиях, и пришли к выводу, что бактерии могут способствовать появлению в мозге большого количества молекул «гормона радости», серотонина. Другие исследования также позволяют предположить, что от микрофлоры кишечника зависит риск развития депрессии, способность человека читать эмоции окружающих и многие другие факторы, связь которых с кишечником далеко не очевидна.

[Scyther]

В Томске разработали технологию безотходного производства технеция для ядерной медицины
https://scientificrussia.ru/articles/v-tomske-razrabotali-tehnologiyu-bezothodnogo-proizvodstva-tehnetsiya-dlya-yadernoj-meditsiny

Ученые Томского политехнического университета разработали генераторы технеция-99м, позволяющие получать один из самых востребованных радиоактивных изотопов в ядерной медицине без отходов. Благодаря созданной технологии дорогостоящее сырье (молибден-98) можно регенерировать и использовать повторно. Таким образом, не только решается проблема утилизации радиоактивных отходов, но и существенно удешевляется сам процесс получения технеция, сообщает пресс-служба ТПУ.

 Технеций-99м — один из самых популярных радиоактивных изотопов в медицинской диагностике. На него приходится около 70% диагностических процедур по всему миру и 90% — в России.

Преимуществом технеция-99м, по сравнению с другими радиоизотопами, является его малый период полураспада (6 часов) и низкая энергия гамма квантов (140 кэВ), достаточная для регистрации гамма-камерами. Он оказывает сравнительно небольшую лучевую нагрузку на здоровые органы пациента.

«В природе технеция-99м не существует. Получить его можно только искусственным путем, выделив из продуктов распада другого радиоизотопа — молибдена-99, который, в свою очередь, также необходимо синтезировать. Во всем мире молибден-99 преимущественно получают из осколков деления урана-235. Уран облучают на реакторе, и уже из продуктов его деления выделяют этот элемент. Однако при его распаде образуется около тысячи других элементов — это практически вся таблица Менделеева. Эти элементы производителем не используются, и из них образуются радиоактивные отходы, которые необходимо правильно захоронить или утилизировать», — рассказывает Евгений Нестеров, научный сотрудник Лаборатории №31 Физико-технического института ТПУ.

Для решения этой проблемы политехники получают молибден-99 не из урана, а из обогащенного молибдена-98, который облучают на исследовательском ядерном реакторе ИРТ-Т ТПУ. Таким образом, никаких других радиоактивных элементов больше не возникает.

«Это был первый наш шаг к безотходному производству. Следующей задачей стало создание технологии безотходного получения самого технеция», — уточняет Евгений Нестеров.

Работа по созданию такой технологии осуществлялась политехниками три года в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы». Руководитель научного коллектива —  Виктор Скуридин, заведующий лабораторией №31.

«Технеций-99м получают с помощью специальной установки — сорбционного генератора — стеклянной хроматографической колонки с присоединенными к ней коммуникациями, заполненной оксидом алюминия с адсорбированным молибденом. Вся эта конструкция размещается в защитной свинцовой оболочке толщиной 5 см. Для каждого медучреждения производится свой отдельный генератор», — говорит Евгений Нестеров.

Далее врач пропускает через колонку генератора физиологический раствор и накопленный в ней технеций-99м смывается, а молибден остается на колонке и продолжает генерировать технеций-99м. Полученный радиоактивный раствор используют для диагностики.

«Один генератор технеция в медучреждении используют ежедневно в течение двух недель, а затем возвращают производителю, который отправляет его на переработку. Внутри колонки генератора остается молибден-98, который не преобразовался в молибден-99. Причем, в колонке он остается практически весь — порядка 150 миллиграмм. Наша технология позволяет регенерировать молибден-98 из отработанных генераторов и жидких радиоактивных отходов и возвращать его в производство. При этом его качество по химическим примесям даже превосходит первоначальный продукт. Таким образом, производитель использует его до последнего миллиграмма с эффективностью более 95%.  Это достаточно выгодно, поскольку один миллиграмм обогащенного молибдена-98 стоит около 2 долларов. Отмечу, сейчас такую технологию в России используем только мы», — объясняет Евгений Нестеров.

Добавим, Томский политех — одно из трех научных учреждений России, занимающихся производством генераторов технеция. Кроме политехников, такие производства ведут НИФХИ им Л.Я. Карпова и ФЭИ им А.И. Лейпунского в Обнинске.

Кроме этого, усовершенствовали политехники и сам генератор технеция-99м.

«Сейчас манипуляции по вымыванию технеция с помощью физиологического раствора производятся врачами вручную, а дозы препарата определяются «на глаз». Мы разработали регулируемое продувочное устройство, которое работает в полуавтоматическом режиме и позволяет врачу извлекать из генератора радиоактивный препарат с минимальной лучевой нагрузкой», — заключает ученый ТПУ.

Справка:
По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), онкологические заболевания — одна из основных причин смертности во всем мире. Наиболее эффективным методом борьбы с ними сегодня является ядерная медицина, в основе технологий которой лежит использование радиоактивных изотопов для диагностики и лечения онкозаболеваний.
 

[Scyther]

Полиция Дубая выведет на улицы миниатюрные беспилотные электромобили
http://greenevolution.ru/2017/06/30/policiya-dubaya-vyvedet-na-ulicy-miniatyurnye-bespilotnye-elektromobili/

К концу года на улицах Дубая появятся электромобили Otsaw O-R3, способные распознавать лица и преследовать преступников

Разработаны беспилотники сингапурской компанией OTSAW.

Технических подробностей о беспилотниках пока мало. Известно лишь, что оснащаются машины набором камер и датчиков, которые позволяют им самостоятельно передвигаться, транслировать 360-градусную картинку и распознавать лица. Они в том числе помогут ловить людей, которые находятся в розыске.

На случай, если потребуется преследование какого-либо человека, машинка может автоматически запустить дрон, который передает видео в наблюдательный центр полиции.

[Scyther]

ДНК, РНК, белки: подробней, еще подробней!
http://www.sbras.info/articles/sciencestruct/dnk-rnk-belki-podrobnei-eshche-podrobnei
Ученые из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН представили новые методы, использующие NGS секвенирование, уникальные для нашей страны, на II Всероссийской конференции «Высокопроизводительное секвенирование в геномике», прошедшей в новосибирском Академгородке

«Параллельно нашей конференции шел V Международный форум технологического развития «Технопром», и одна из его тематик оказалась тесно связанной с вопросами, обсуждавшимися у нас, — комментирует директор ИХБФМ СО РАН член-корреспондент РАН Дмитрий Владимирович Пышный (председатель конференции). — Речь идет о круглом столе, посвященном геномному редактированию, обсуждался вариант того, чтобы сделать здесь центр компетенций в этом направлении. Там же, на круглом столе, отмечалось: любое геномное редактирование невозможно без геномного секвенирования, которое отвечает не только на вопрос, исправили ли мы мутацию в конкретном месте, но и не испортили ли мы случайно другой участок генома. Участники «Технопрома» подчеркивали — в Новосибирске действительно очень мощный кластер по биотехнологиям, учитывая то, что в ИХБФМ отработаны уникальные для России методики»



Конференция была организована ИХБФМ СО РАН с участием Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН и Новосибирского государственного университета. Участвовали в ней более 150 человек, причем большая половина из них — приезжие, представители наиболее активно работающих в области секвенирования научных групп Москвы, Санкт-Петербурга, Томска, Иркутска, Улан-Удэ и Владивостока. «Одной из целей нашего форума было объединить и «заказчиков», и тех, кто предоставляет услуги секвенирования, наладить контакты, — говорит руководитель центра коллективного пользования «Геномика» СО РАН кандидат биологических наук Марсель Расимович Кабилов (руководитель оргкомитета). — Необходимо выразить благодарность за финансовую поддержку Федеральному агентству научных организаций, Российскому фонду фундаментальных исследований, генеральному спонсору конференции — фирме «Диаэм», а также компаниям «ХимЭксперт», «Хеликон», «Кайджин», «Альбиоген» и другим нашим партнерам». 
 
Первоначально, когда только появились геномные секвенаторы, основной задачей было тотальное секвенирование, допустим, генома бактерии или вируса. Для того времени — невероятный прорыв, однако сейчас, скорее, — обыденность, а самыми интересными стали более специфические задачи.
 
«С помощью геномики (если речь идет о секвенировании полных геномов) ученые способны увидеть эволюционную составляющую — какие виды базовые, кто от кого произошел и так далее, — объясняет Марсель Кабилов. — Следующий уровень — изучение внутривидовой популяции: секвенируя полные геномы, митогеномы или отдельные локусы, мы понимаем структуру популяции, а также то, что происходит с ней в данный момент и куда она движется. Далее — идем внутрь организма и пытаемся разобраться, какие процессы протекают внутри той или иной ткани. То есть если мы изучаем сложную полигенную патологию, то, анализируя транскриптом или метилирование генома у больных и здоровых индивидов, можно выявить гены, экспрессия (синтез РНК) которых отличается, и возможно, что именно эти гены будут напрямую связаны с развитием болезни. Это даст возможность приблизиться к пониманию причин недуга, к возможной терапии или позволит выявить перспективные маркеры для разработки диагностики. Наконец, самый последний уровень — исследование внутриклеточных взаимодействий и процессов: контактов между белками и нуклеиновыми кислотами, трансляции и ДНК-архитектоники».
 
Собственно, именно последнему вопросу была посвящена новая секция конференции, и как раз там ученые ИХБФМ представили свои пионерские работы. «В России таких не было, — отмечает заведующая лабораторией структуры и функции рибосом ИХБФМ СО РАН доктор химических наук Галина Георгиевна Карпова. — Хотя методология с использованием высокопроизводительного секвенирования применительно к клеткам в мире существует около десяти лет, в РФ она не была освоена. Я говорю прежде всего о таких методах, как рибосомный профайлинг (Ribo-Seq) и аффинное сшивание между белком и молекулами РНК в живых клетках (PAR-CLIP)».
 
Метод, который основан на сшивании, позволяет установить для любого белка (так называемой целевой мишени) его РНК-партнера. Для чего это нужно? Несмотря на то, что геном человека расшифрован полностью, на сегодня существует множество белков, функции которых нам неизвестны. Использование  вышеуказанного метода позволяет установить, в каких клеточных событиях участвует изучаемый белок. Но вначале  необходимо создать специальную ДНК-конструкцию, с помощью которой функционально активный целевой белок мог бы синтезироваться в клетках в достаточных количествах, а затем к клеткам, продуцирующим этот белок, добавить фотоактивируемый аналог нуклеозида. При транскрипции (переносе информации с ДНК на РНК) последний встраивается во все синтезируемые в клетках РНК, затем клетки облучают, и происходит сшивка молекул РНК с теми белками, которые с ними взаимодействуют. Целевой белок, ковалентно связанный с РНК, выделяют с помощью специфических антител. Далее на  основе этих РНК  создают ДНК-библиотеки, которые затем секвенируют на высокопроизводительных платформах. В итоге получается крупный массив данных, к его обработке подключаются биоинформатики. В конечном результате становится понятно, РНК каких генов участвовали во взаимодействии с целевым белком. По словам исследователей, эта технология больше подходит для фундаментальных исследований, потому что ее удобнее использовать в культуре клеток.

 «Как я уже говорила, в России это пока единственная работа такого рода, — говорит Галина Карпова. — Она опубликована сотрудниками нашего института, без участия иностранных соавторов, в высокорейтинговом журнале Nucleic Acids Research с импакт-фактором 10.1».
 

«Наша конференция длилась пять дней, и  каждый из них был посвящен отдельным разделам геномики, — перечисляет Марсель Кабилов.— Секция «Медицинская геномика» — на ней обсуждались вопросы, связанные с изучением человеческих патологий как на популяционном уровне, так и на уровне транскриптомов и метиломов. Модераторами этой секции выступили О. О. Фаворова (Российский национальный исследовательский медицинский университет и́мени Н. И. Пирогова, Москва) и член-корреспондент РАН В. А. Степанов (НИИ Медицинской генетики, Томск). Ведущими секции «Палеогеномика», вызвавшей значительный интерес участников конференции, были Е. Б. Прохорчук (Центр «Биоинженерия» РАН, Москва) и А. С. Графодатский (ИМКБ СО РАН), которые являются руководителями групп, непосредственно секвенирующих древние останки человека и животных. Секцию по геномике животных, посвященную хромосомной организации геномов животных и их эволюции, провели В. А. Трифонов (ИМКБ СО РАН) и Д. М. Ларкин (University of London). Модератором секции «Геномика растений» выступил член-корреспондент РАН А. В. Кочетов (ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН). Отдельный день был выделен под геномику прокариот и вирусов, а также метагеномику. Последнее направление, весьма популярное в мире, позволяет отвечать на вопрос, какие микроорганизмы находятся в исследуемом образце (почва, воздух, горячий источник и так далее) без необходимости их культивирования в лабораторных условиях, что на самом деле большая проблема, ведь вырастает в лучшем случае 1 % видов. А после выделения тотальной ДНК из образца и её секвенирования можно определить структуру сообщества. Обе секции провели Н. В. Равин (Центр «Биоинженерия» РАН) и Е. Е. Андронов (ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, Санкт-Петербург). В настоящее время сложно представить геномику, дающую огромный массив данных, без биоинформатики, которая в том числе была представлена на секции «NGS и анализ данных» (модератор А. Л. Лапидус (Санкт-Петербургский государственный университет). И совершенно новая секция для России — по изучению внутриклеточных взаимодействий с использованием высокопроизводительного секвенирования (модераторы академик А. Г. Габибов (Институт биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН, Москва) и Г.Г. Карпова (ИХБФМ СО РАН)».
 
Технология рибосомного профайлинга, представленная на этой секции, также появилась за рубежом и долгое время не была поставлена в России. «Впервые в РФ ее применили наши коллеги из НИИ физико-химической биологии им. А. Н. Белозерского МГУ, — рассказывает Галина Карпова, — но они работали с участием иностранных ученых, за рубежом были получены и секвенированы библиотеки ДНК. Мы же выполняем все этапы этого трудоёмкого метода в нашем институте, сейчас к печати уже готовится статья».

 В основе Ribo-Seq лежит тот факт, что внутри каждой рибосомы (один из клеточных органоидов, который осуществляет синтез белков во всех организмах) во время трансляции находится участок матричной РНК  длиной около 30 нуклеотидов. Существуют подходы, позволяющие остановить трансляцию в любой момент времени и таким образом получить как бы моментальный снимок того, что в данный момент транслируется на рибосоме. Дальше идет ряд определенных процедур, включающих несколько десятков тонких операций, в результате которых выделяются фрагменты мРНК, которые были внутри рибосомы. Затем — секвенирование ДНК-библиотек, созданных на основе этих фрагментов, и биоинформатический анализ. «Этот метод особенно  привлекателен  при изучении действия на клетки новых лекарств, вирусных инфекций, ядов или неблагоприятной окружающей среды — можно узнать, как изменяется экспрессия генов на уровне трансляции в ответ на эти воздействия, — рассказывает Галина Карпова. — Особенно интересно, если в результате воздействия начинает транслироваться такая мРНК, которая в нормальных условиях не транслируется, — допустим, при вирусной инфекции синтезируется некий белок, потенциальная мишень, на которую могут быть направлены лекарственные препараты». Есть у рибосомного профайлинга и чисто фундаментальные цели: например, некоторые белки являются регуляторными, и, выключая гены, их кодирующие, или наоборот, повышая уровень этих белков, можно смотреть, как изменяется трансляция мРНК в клетках. Однако, как подчеркивает Галина Карпова, главная прикладная цель — медицина, здесь методу пророчат большое будущее.
 
«Следует отметить, что информация, которую может дать анализ транскриптома, не отражает реальную ситуацию на уровне протеома. Масс-спектрометрические подходы, которые потенциально могут детектировать все белки, синтезируемые в клетке, сталкиваются с огромными проблемами в случае эукариотических организмов. Выходом становится метод Ribo-Seq, который, обеспечивая информацию о транслируемых мРНК, тем самым позволяет судить на количественном уровне о белках, нарабатываемых в клетках», — добавляет Марсель Кабилов.
 
«Комплексное использование технологий, основанных на высокопроизводительном секвенировании, дает возможность получать результаты, которые позволяют по-новому взглянуть на молекулярную биологию клетки на разных уровнях: геномном (ДНК), транскриптомном (РНК) и транслятомном (белки). И это фантастика!» — говорит Дмитрий Пышный