Новое поколение отечественной науки. Лауреаты премии молодым ученым — о своих проектах
Молодые ученые столицы расшифровывают язык стволовых клеток, чтобы управлять процессами регенерации в организме, разрабатывают новые фотоактивные соединения для лечения онкологических заболеваний, изучают последствия глобального потепления для рек России и расширяют возможности компьютерного зрения. Они решают важные и актуальные научные задачи. В феврале авторы самых перспективных исследований и технологий получили премию Правительства Москвы. Рассказываем об их проектах и о том, что значит для них победа на престижном конкурсе.
Программирование стволовых клеток для здорового долголетия
Премию Правительства Москвы молодым ученым присуждают с 2013 года за достижения в естественных, технических и гуманитарных науках. Она включает 22 номинации в двух направлениях — это исследования (по математике, физике, медицине, астрономии и другим наукам) и практические разработки (в сферах фармацевтики, нанотехнологий, авиации). Подать заявку на соискание премии могут аспиранты, научные сотрудники, кандидаты наук, не достигшие 36 лет. Возрастное ограничение для докторов наук — до 40 лет включительно. Лауреаты получают вознаграждение в размере четырех миллионов рублей. Если речь идет о научном коллективе, сумму делят поровну между участниками.
В номинации «Медицинские науки» победу одержал доцент факультета фундаментальной медицины Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова Петр Тюрин-Кузьмин. Он расшифровал язык стволовых клеток, с помощью которого те управляют процессом обновления организма.
«Регенеративная медицина — одно из перспективных направлений для исследований в современном здравоохранении. Она направлена на восстановление поврежденных клеток до исходника, то есть до здорового состояния. В основе регенерации лежат стволовые клетки. Это своего рода универсальные заготовки, которые позже превращаются в клетки мышц, костей и других органов. Они обновляют организм на протяжении всей жизни человека. Когда зрелая клетка стареет или ее функциональность нарушена, она получает гормональный сигнал: уступи молодой и здоровой. А стволовой приходит указание, чье место она должна занять. Более чем в 99 процентах случаев организм самостоятельно выявляет и устраняет возникающие нарушения, однако редкие сбои в этих процессах могут приводить к развитию заболеваний. Если, скажем, следует восстановить кость, а образуется жировая клетка, может возникнуть остеопороз. Задача ученых — помочь найти такие ошибки. Не просто активизировать стволовые клетки, а направить их в нужное русло, обеспечив здоровое долголетие. Этим я и занимался в своем исследовании», — рассказал лауреат.
Ученый выяснил: чтобы у стволовой клетки появилась та или иная специализация, ей надо послать гормональные сигналы в строгом порядке и соблюдая временные интервалы. Он описал, какой путь та проходит шаг за шагом. Обнаружил и переходное, так называемое инициированное состояние, когда клетка особенно чувствительна к сигналам. Но гормоны лишь приказчики, они говорят, какую ткань (печени, крови, кости) восстановить. После подключаются управленцы: те стволовые клетки, которые передают конкретные поручения коллегам. Они общаются друг с другом паракринными сигналами. Петр Тюрин-Кузьмин изучает, как воздействовать и на этот процесс, чтобы восстановились именно поврежденные клетки, а не часть здоровой ткани. В сотрудничестве с физиками он трудится над вопросом доставки молекулы-сигнала до конкретной клетки при помощи наночастиц или сверхтонких кремниевых нитей. Победа в премии для ученого была долгожданной.
«Я подавал заявку на нее раз двенадцать: сначала как кандидат, потом как доктор наук. В 39 лет воплотил желаемое. Для меня честь стать лауреатом премии. Это признание моих заслуг. А вознаграждение я смогу вложить в семью — она у меня большая, я отец пятерых детей. В планах на будущее — дойти со своим исследованием до клинических испытаний. Тем, кто начинает научную карьеру, я бы посоветовал не стесняться задавать самые странные вопросы — они могут стать фундаментом для нового открытия», — поделился он.
Точечное облучение раковых клеток и бактерий
Другое отмеченное исследование посвящено новым фотоактивным соединениям, которые могут стать основой для инновационных медицинских препаратов. Его авторы, научные сотрудники Института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина Дмитрий Бунин и Евгения Сафонова, участвовали в номинации «Наука мегаполису».
«Мы изучали химические соединения, такие как фталоцианины и порфирины, которые способны играть роль фотосенсибилизаторов — при воздействии света они преобразуют окружающий их кислород в активные формы, а те, в свою очередь, окисляют биологические молекулы, такие как белки и липиды. Это можно использовать при лечении онкологических заболеваний. Если доставить фотосенсибилизатор в опухоль и облучить ее, пораженные клетки уничтожатся. Мы создали новое поколение таких веществ с улучшенными свойствами. Они растворяются в воде (это важно для введения в организм) и в то же время достаточно гидрофобны, чтобы проникать в клетку. Они поглощают свет в правильном энергетическом диапазоне, который глубже погружается в ткани, и работают точечно», — отметил Дмитрий Бунин.
В лаборатории вещества показали высокую активность против раковых клеток. А еще они будут полезны при бактериальных инфекциях. Их можно нанести на рану или ожог в виде геля. В отличие от антибиотиков, это локальная терапия. Научный коллектив тоже хочет протестировать свою работу в условиях больниц.
«Премия Правительства Москвы считается престижной, и я надеюсь, что благодаря ей мы найдем партнеров для развития проекта. Она доказывает, что наш труд значим. В науке нет возрастных стереотипов — если ты увлечен своим делом, тебе предоставят все возможности для реализации», — заключил химик.
Искусственный интеллект при сборе урожая
Робот движется по яблоневому саду и, заметив спелые красные плоды, останавливается. Он поднимается на платформу, чтобы дотянуться до ветвей, и рукой-манипулятором бережно снимает яблоки. Это не фантастическая задумка, а проект, над которым работают столичные ученые. Компьютерное зрение для робота создавал Никита Андриянов — доцент кафедры искусственного интеллекта факультета информационных технологий и анализа больших данных Финансового университета при Правительстве Российской Федерации. За него он получил премию в номинации «Информационно-коммуникационные технологии».
«Задача нашей команды ученых — автоматизация сельского хозяйства. Сбор урожая связан с тяжелым ручным трудом, даже выносливые люди не способны эффективно работать в течение всего дня. А машинам это по плечу. Я занимался “глазами” устройства. Чтобы обучить его видеть яблоки на деревьях, нужно было взять около 20 тысяч картинок с этими плодами, каждый отметить, выписать координаты. Зато как было приятно видеть, когда экспериментальный робот нашел и сорвал подвешенный фрукт! Особенность моей технологии в том, что несколько нейросетей объединены в “ансамбль”. Это позволило достигнуть точности распознавания более 95 процентов. Искусственный интеллект находит яблоки в любых условиях (дождь, туман, ночь), составляет алгоритм, как их собрать, рассчитывает движения рук», — уточнил Никита Андриянов.
У него в планах — научить устройство распознавать заболевания деревьев, определять, когда требуется полив или внесение удобрений, а также общаться с аналогичными роботами. По сути, создать киберферму. Разработку уже применяют в агрокомплексах.
«Мне 35 лет, это первый мой проект, удостоенный награды. Москва предлагает много мер поддержки изобретателям начиная со школы. Я ежегодно вхожу в жюри конференций для учащихся 7–11-х классов “Наука для жизни” и “Инженеры будущего”. Полезно пробовать себя в разных программах. А сам я иду к докторской диссертации», — добавил новатор.
Прогнозирование речных стоков в эпоху глобального потепления
Московские ученые вносят вклад и в решение мировых проблем. Заведующий лабораторией региональной гидрологии Института водных проблем Российской академии наук Андрей Калугин интересуется изменением климата. 35-летний исследователь опубликовал цикл из 25 статей о последствиях глобального потепления в речных бассейнах России. Он получил премию в номинации «Науки о Земле».
«Глобальное потепление уже вносит коррективы: где-то учащаются наводнения, где-то наступает засуха. А объем воды влияет на сельское и городское хозяйство, энергетику. Благодаря физико-математической модели можно рассчитать, как изменится сток на конкретном участке в ближайшие годы и вплоть до конца XXI века. География охватывает речные бассейны от Арктики до Дальнего Востока и юга европейской территории России. Гидрологическая модель включает цифровую модель рельефа, почвенные и ландшафтные характеристики, базы метеорологических данных. Достаточно добавить сведения о температуре и влажности воздуха, осадках, чтобы произвести расчет. Полезна модель и для мегаполисов. Возможный дефицит воды в бассейне Москвы-реки может компенсироваться подачей воды из Волги по каналу имени Москвы — система городского водного хозяйства выстроена эффективно. В теплый период учащаются обильные осадки, что требует от гидроузлов Москворецкой водной системы особого регулирования стока. К подобным вызовам необходимо готовиться заранее, и модель в этом пригодится», — пояснил он.
Премия вдохновила Андрея Калугина на новые научные исследования.
«Она также поможет мне воплотить мечту стать доктором наук. На защите диссертации комиссия учитывает все достижения кандидата: научные публикации и проекты, участие в конференциях, награды. То, что исследование получило такую премию, показывает, насколько оно актуально и полезно», — подчеркнул собеседник mos.ru.
Столица комплексно поддерживает ученых: строит научные городки, предлагает льготные условия высокотехнологичным производствам, проводит конкурс «Новатор Москвы» и многое другое. Подробнее — в нашей статье.