Считается, что сегодня, в эпоху все более узкой специализации, быть ученым-энциклопедистом невозможно. Однако молодой красноярский ученый опровергает это досужее мнение. Знакомьтесь: младший научный сотрудник института физики имени Л. В. Киренского СО РАН Роман МОРЯЧКОВ. Спектр его интересов – от биофизики до астрофизики.
– Расскажите о структурной биофизике – научном направлении, которым вы занимаетесь. Для чего нужно исследовать пространственную структуру биомолекул, белков и нуклеиновых кислот?
– В нашем организме вся жизнь основана на взаимодействии биомолекул: белков, углеводов, жиров, ДНК, РНК и так далее. Любое взаимодействие этих биомолекул можно описать как взаимодействие их отдельных звеньев или даже отдельных атомов. А следовательно, оно зависит от того, как эти атомы располагаются на поверхности молекул, какой заряд они имеют и какой рельеф образуют.
Структурная биофизика – это наука, занимающаяся как раз исследованием формы и структуры биомолекул. С ее помощью мы понимаем, как устроены молекулы, почему именно этот белок отвечает за конкретную функцию в организме, с какими молекулами он может взаимодействовать, с какими нет, за счет чего происходит это «узнавание» молекулами друг друга.
Знание этой информации может помочь нам понять, как работает организм на молекулярном уровне, а также выяснить опять же молекулярные причины появления различных болезней.
Методов в этой области много, но не все и не всегда хорошо подходят. Например, большинство белков изучены с помощью рентгеноструктурного анализа: из белка выращивается кристалл, и дальше с помощью рентгеновского излучения получают его структуру вплоть до расположения всех атомов тяжелее водорода.
Но те биомолекулы, которые изучаю я – ДНК-аптамеры, – не кристаллизуются, как, собственно, и большинство белков. Для них применяются другие методы, может быть, не столь точные, но хоть как-то помогающие понять, как же эти молекулы выглядят.
К примеру, мой основной метод исследования – малоугловое рентгеновское рассеяние, или МУРР. Он не дает высокого разрешения, но зато позволяет исследовать биомолекулы прямо в жидкости, при более естественных условиях.
А еще мне нравится то, что подобные эксперименты проводятся на установках класса мегасайенс – синхротронных источниках.
– Что такое аптамеры, чем они интересны и каковы потенциальные возможности их использования?
– Аптамеры – это короткие последовательности ДНК или РНК, которые искусственно синтезируются, а при сворачивании в трехмерную структуру проявляют особые свойства – они могут распознавать определенные белки и связываться с ними, при этом не взаимодействуя ни с какими другими.
В этом плане они очень перспективны, так как не представляют вреда для организма, не дают, так сказать, побочных эффектов, а также могут быть нашими инструментами для доставки лекарств до конкретного органа, ткани, определенного вида клеток либо до бактерии или вируса.
Аптамеры могут прийти на замену антителам, которые крупнее и могут быть не столь специфичны – узнавать не один, а несколько белков. Аптамеры живут в организме не больше суток, выполняют свою функцию, а потом разбираются на составные части нашими же белками. Их можно применять и для выявления биомаркеров различных болезней, вплоть до раковых опухолей, для визуализации определенных типов клеток и тканей, для блокировки работы «вредных» молекул внутри нас, доставки лекарств в нужное место.
А еще они удобны тем, что мы можем собирать различные конструкции с аптамерами и другими активными элементами, например, золотыми или магнитными наночастицами, белками, сахарами, другими аптамерами.
Эти конструкции называют бионаноконъюгатами, так как они связаны вместе химическими связями, содержат биомолекулы в составе, и конъюгаты – наноразмерные структуры, выполняющие необходимые нам функции.
В общем, разработка и использование аптамеров – это шаг к персонализированной медицине, когда мы можем действовать не на весь организм, а гораздо более прицельно, а также учитывать индивидуальные особенности пациентов. Но в этом направлении еще много работы.
Над этим и работает наша лаборатория цифровых управляемых лекарств и тераностики ФИЦ КНЦ СО РАН. Аптамеры – это те самые цифровые управляемые лекарства. Цифровые они потому, что их структуру можно изобразить линейным кодом – последовательностью букв-нуклеотидов: A, C, T, G, собранных в определенном порядке.
– Помимо биофизики, в сферу ваших интересов входят наблюдательная астрономия и астрофизика. Что, на ваш взгляд, связывает эти дисциплины и что общего между миром астрономических тел и миром живых организмов?
– Да, мне нравятся эти столь разные области. С одной стороны, это воплощение увлечений из детства: я в свое время увлекался животными, динозаврами, коллекционировал насекомых, даже выращивал у себя тарантула и личинок жука-носорога.
В старших классах я увлекся астрономией, которая расширила для меня мироописание и дала ответы на некоторые детские (либо совсем не детские) вопросы, а также привила любовь к физике и науке в целом как к самому совершенному способу познания мира.
С другой стороны, между ними есть и общие черты. К примеру, все процессы во Вселенной основаны на одних и тех же законах. Мы можем изучать и спектры звезд, и спектры отдельных химических веществ, причем какие-то атомы или молекулы могут встретиться как в микромире в лаборатории, так и в далекой туманности в тысячах световых лет от нас.
А еще есть эволюционный процесс, он наблюдается во всей Вселенной, хоть и в разных масштабах. Это поражает – мы знаем, что раньше весь наш мир был не такой, как сейчас, и что нашу планету населяли раньше совсем другие существа, причем гораздо дольше нас, людей.
В общем, язык науки связывает все, что мы изучаем, в единую картину мира, и это вдохновляет на новые усилия в бесконечном пути познания.
– Могут ли фундаментальные открытия последних лет в астрофизике полностью изменить научную картину мира? И, кстати, есть ли столь же фундаментальные открытия в биологии и биофизике?
– Можно сказать, что мы почти постоянно находимся на пороге новых открытий, это и бозон Хиггса, и детекция гравитационных волн, и тень черной дыры.
Впереди новые открытия, которые могут быть связаны с темной энергией и темной материей. Это пока всего лишь условные названия для тех видов материи, проявления которых мы косвенно наблюдаем, но не знаем их природы и конкретных частиц или полей, которые за них отвечают.
Я считаю, что это вопрос времени, в ближайшие пару десятков лет они могут стать новыми открытиями, а через какое-то время мы можем начать их использовать себе во благо.
Сто лет назад мы даже не догадывались, что это вообще есть, а сейчас благодаря прогрессу в технике, более точным измерениям и набору данных мы можем однозначно утверждать, что и темная материя, и темная энергия существуют и составляют большую часть нашей Вселенной. Эта информация уже входит в современные школьные учебники по астрономии.
Биология сейчас развивается, наверное, даже быстрее, чем астрономия. Мы уже можем читать наш геном (даже проверка клеща на энцефалит идет через чтение генов), аккуратно его редактировать, сейчас добираемся до «надстроек» над нашими генами – разбираемся в эпигенетических механизмах, составляем картину многих процессов в организме. Там их очень много, разной сложности и масштабов, в общем, целый микрокосмос.
Биологам помогает физика. Например, с помощью сверхмощных рентгеновских лазеров мы можем отслеживать тончайшие перестройки в отдельных молекулах, их взаимодействия, даже перескоки отдельных электронов в молекулах размером в десятки тысяч атомов!
Сейчас новый рывок в структурных исследованиях дала криоэлектронная микроскопия, в 2017 году за нее дали Нобелевскую премию, а сейчас она уже догоняет стандартные дифракционные методы по ежегодному количеству новых расшифрованных белковых структур. Сейчас как никогда заметна тенденция, когда наука толкает вперед прогресс, а прогресс двигает науку к новым открытиям.
– Расскажите о проекте «КрасАстро». Действительно ли вы являетесь его создателем? Для чего создан этот проект?
– КрасАстро – это наше красноярское сообщество любителей астрономии, его создал не я один, нас было четверо энтузиастов – любителей астрономии, которые решили так назваться. Сейчас сообщество разрослось до нескольких десятков человек и расширило свои границы за пределы Красноярска.
КрасАстро можно назвать волонтерским проектом, так как мы делаем все это безвозмездно, только для того, чтобы поделиться этой радостью наблюдения звездного неба с другими людьми.
Мы проводим мероприятия Тротуарной астрономии – выставляем свои телескопы на улицах города для всех желающих, например, часто стоим на Центральной набережной либо возле медуниверситета. Пишем про события в соцсети «ВКонтакте».
Там мы показываем доступные в городе объекты: Луну, планеты, какие-то яркие звездные скопления и туманности, рассказываем прохожим про эти объекты, в целом про устройство Вселенной.
Эти вопросы многих интересуют, хотя бы ради любопытства, для кого-то это основы собственного мировоззрения. Поэтому мы иногда выступаем на различных площадках города, в школах, устраиваем сами или участвуем в фестивалях науки и других подобных мероприятиях, ведем занятия для детей.
Мне интересна просветительская деятельность – популяризация науки, потому что мне самому нравится то, чем я занимаюсь как ученый, нравится делиться своими впечатлениями о каких-то открытиях в других сферах.
Это как в детстве – мы удивляемся чему-то новому. Так вот, наука позволяет получать эту радость хоть каждый день.
Мне хочется дополнить кому-то картину мира: ведь я уже стер для себя какие-то белые пятна, а кто-то еще нет. Есть и практический интерес – вдруг мой слушатель заинтересуется более серьезно и тоже захочет заниматься научным познанием.
Я ведь сам занялся наукой профессионально благодаря посещению научно-популярных лекций, это было дело случая, но очень удачного для меня.
– Можно ли применять знания, полученные о Вселенной, в повседневной жизни на Земле?
– Как минимум, можно быстро отличать правдивые новости от фейковых. Не бояться прилетов комет, затмений, черных дыр, Марса с две Луны, ретроградного Меркурия и многого другого, перестать полагаться на гороскопы, а все-таки принять ответственность за свою жизнь на самих себя.
Вообще, расширение кругозора – это в принципе один из аспектов развития критического мышления, что я считаю важным навыком современного человека. Простое знание неба помогает быстро найти север по Полярной звезде, понимать глобальные процессы, связанные с вращением Земли, наклоном ее оси вращения.
Знания о Вселенной оказывают и мировоззренческий эффект. Мы можем более широко воспринимать нас самих, наше место в мире, по-другому относиться к собственной жизни и другим людям.
Если брать знания о Вселенной не отдельного человека, а всего человечества, то мы ими сегодня пользуемся регулярно. Это те же навигаторы в наших телефонах. Они используют данные со спутников, а те ориентируются по далеким квазарам.
Они же помогают плыть кораблям, лететь самолетам по точным маршрутам не сбиваясь, составлять точные карты, отслеживать пожары и наводнения, даже искать полезные ископаемые.
В ближайшие десятилетия знание о том, почему и как светят звезды, даст нам новый источник колоссального количества энергии – термоядерный синтез. Знания о Вселенной подарили нам всю квантовую физику, а с ней лазеры, которые записывают нам CD-диски, лечат глаза, режут сталь.
Да и наши смартфоны не работали бы без накопления тех знаний, на основе которых мы получили эти маленькие мощные компьютеры у нас в кармане.
Да, мы не можем пока использовать энергию черных дыр и нейтронных звезд, но всему свое время.
Лично мне эти знания дают еще возможность восхититься возможностями нашего сознания, самого человека, который выстроил картину мира вокруг себя от мельчайших кварков до всей видимой Вселенной, находясь всего лишь в пределах одной планеты в этом огромном космосе, сравнительно недавно начав ходить прямо и говорить.
– Как вы относитесь к идеям биоцентризма, например, тем, которые высказывает Р. Ланца? В частности, о том, что жизнь является столь же, а точнее, более фундаментальной составляющей мира, чем пространство и время?
– Мне даже как-то подарили его книгу. Она выглядит как одно из современных научно-популярных изданий, но точно не встает с ними в один ряд. Я почитал ее отдельные главы, основные тезисы, которые я там увидел, – это благоговение перед нашим незнанием и неспособностью познать все тайны Вселенной.
Он полагает, что наука не преодолеет некоторые фундаментальные границы познания. Я с этим принципиально не согласен. Может быть, автор – хороший ученый в своей области, но в книге явно видно, что на некоторые вопросы он просто смотрит опустив руки, то есть оставив любые попытки найти ответы на них. Я так понимаю, что он и само явление жизни ставит в подобный ряд непосильных науке загадок.
Я бы сказал, попахивает новой псевдонаучной эзотерикой. Может быть, это новый способ интерпретировать антропный принцип, но не очень удачный.
– Чего вы хотите достичь как ученый? И чего уже достигли?
– Чего уже достиг. Освоил основательно один и менее глубоко еще несколько методов измерений из области структурной биофизики, которые помогают мне восстанавливать пространственные структуры ДНК-аптамеров в растворе, изучать их свойства, способность связываться с другими молекулами.
Провел серию экспериментов на синхротронах России, Франции, Германии и Тайваня, набрался опыта в научной сфере, а также в плане международного сотрудничества. Разработал собственную методику, которая сейчас находится на стадии патентования.
Сейчас веду одновременно несколько научных проектов по грантам и в контексте работы лаборатории, где я тружусь. Бонусом расширил знания в физике, биологии, химии, биофизике и биохимии.
Чего хочу достичь. Считаю, что лучше рассказывать про результаты, чем про будущие планы.
Из ближайших целей могу отметить защиту кандидатской диссертации, от этого уже не отвертеться. Идей и планов на самом деле очень много: это и новые эксперименты, освоение новых методов, более глубокое погружение в теорию многих процессов и явлений, развитие проектов в смежных областях, сотрудничество с лабораториями и научными группами из других городов и стран, разработка собственных подходов в исследованиях.
Могу описать более широко свое желание как ученого: разобраться, как все устроено. Как в микромире, так и в макромире.
Фото из архива Романа Морячкова
