Наука и технологии России

Вход Регистрация

Из любви к бактериям

Победитель третьего конкурса правительственной программы мегагрантов Константин Северинов создал в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете (СПбГПУ) лабораторию для проведения исследований в области молекулярной, экологической и прикладной микробиологии. Что это за исследования? Дадут ли они какой-то практический выход в будущем? Об этом и не только микробиолога расспросил корреспондент STRF.ru.

Константин_Северинов
Константин Северинов: «Мы пытаемся понять, как происходит включение или выключение работы генов в зависимости от изменения внешних условий или от каких-то внутренних пертурбаций в клетке, которые могут приводить к её гибели»
Справка STRF.ru:
Константин Викторович Северинов – специалист в области молекулярной биологии, заведующий лабораторией молекулярной генетики микроорганизмов в Институте биологии гена РАН, лабораторией регуляции экспрессии генов мобильных элементов прокариот в Институте молекулярной генетики РАН, профессор Университета Ратгерса (США) и Сколковского института науки и технологий, доктор биологических наук. В 2013 году выиграл мегагрант на создание в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете лаборатории для проведения исследований по теме: «Молекулярная, экологическая и прикладная микробиология»

Константин Викторович, какие научные задачи решаются в новой Лаборатории молекулярной микробиологии СПбГПУ?

– Большая часть работы в новой лаборатории посвящена выяснению роли случайности в работе генов. Долгое время считалось, что работа генов строго детерминирована; клетки разные, потому что в них работают разные наборы генов и регуляция их работы очень строгая. Выясняется, что это не вполне так и, например, сразу после деления клетки возникает период нестабильности, когда набор работающих генов может вдруг случайно переключиться. Произойдёт ли такое переключение, определяется так называемым генетическим шумом (genetic noise). Сейчас многие учёные пытаются понять биологическую роль генетического шума. Создаётся впечатление, что этот стохастический по своей природе шум оказывает большое влияние на то, как клетки «рационально» отвечают на изменения внешней среды.


Константин Северинов о задачах научных исследований в Лаборатории молекулярной микробиологии СПбГПУ

 

Исследования в лаборатории Политехнического университета в Питере пересекаются с теми, что ведутся под вашим руководством в лабораториях ИБГ РАН, ИМГ РАН в Москве и Университета Ратгерса в США?

– В целом, мы пытаемся понять, как происходит включение или выключение работы генов в зависимости от изменения внешних условий или от каких-то внутренних пертурбаций в клетке, которые могут приводить к её гибели. Задача эта большая и решать её можно на разных уровнях. Можно смотреть на молекулярном уровне – тогда это будет биохимия. Это то, что мы умеем хорошо делать в Нью-Джерси. Можно смотреть на генетическом уровне – такие исследования ведутся в моих московских лабораториях. И тот и другой подход основаны на анализе очень больших ансамблей, соответственно, макромолекул или клеток, и определении их «среднего» состояния. Можно пытаться смотреть на уровне отдельных молекул и индивидуальных клеток. Это то, что мы начинаем делать в Питере – изучаем поведение отдельных клеток во времени, пытаясь понять, какие гены работают в каждой отдельной клетке, как отдельные бактериальные клетки отвечают на наличие вирусов или антибиотиков в среде, почему некоторые клетки выживают, а другие нет, и, наконец, какие изменения в работе генов происходят, когда клетка разделилась. Выясняется, например, что, несмотря на формальную генетическую идентичность, дочерние клетки индивидуальны и различия между ними могут быть очень важными для их дальнейшей судьбы и для выживания популяции в целом. Таким образом, во всех лабораториях мы занимаемся похожими вещами с точки зрения общей научной проблемы, и это естественно, так как тематика отражает мои научные интересы, но методология и уровни исследования в каждой лаборатории свои. В итоге исследования в Москве, в США и в Питере взаимно дополняют и обогащают друг друга.

Лабораторию в СПбГПУ Вы «с нуля» создавали или опирались на какие-то вузовские заделы?

– Нет, не «с нуля». У меня было два года форы, поскольку заявки на конкурсы мегагрантов первой и второй очереди, которые я подавал вместе с моим партнёром – директором Научно-исследовательского комплекса «Нанобиотехнологии» СПбГПУ Михаилом Ходорковским, Совет по грантам, состоявший сплошь из академиков, «заваливал», хотя они каждый раз получали высшие оценки от экспертов. Причина была, конечно, не научной. Однако наша совместная работа все равно развивалась, и нам удалось создать оборудованный лабораторный модуль и привлечь интересных молодых людей ещё до того, как третья наша заявка оказалась одобренной новым Советом по грантам. Так что мы были на низком старте.

Есть ли в этом центре необходимое для исследований научное оборудование, или Вы будете его закупать?

– В Научно-исследовательском комплексе у Михаила много хорошего и очень современного биофизического оборудования, какого нет ни в моих московских, ни в американской лабораториях. Часть оборудования, наверное, уникальна для России. Например, лазерный пинцет, позволяющий «видеть» и управлять работой отдельных белковых молекул. Мы начали использовать его для изучения РНК-полимеразы, фермента, который осуществляет транскрипцию генов и который мы исследуем многие годы. Есть очень хороший флуоресцентный микроскоп, несколько масс-спектрометров. Кроме того, мы закупили дополнительное необходимое оборудование почти на миллион долларов – с учётом того, что деньги по гранту пошли только в июле, это было очень не простой, хотя и совсем не научной задачей.

НИК_Нанобиотехнологии_СПбГПУ Директор НИК «Нанобиотехнологии» СПбГПУ Михаил Ходорковский; аспирант НИК «Нанобиотехнологии» и младший научный сотрудник Лаборатории молекулярной микробиологии СПбГПУ Антон Сабанцев; студентка и лаборант-исследователь лаборатории Наталия Морозова, аспирант и инженер-исследователь лаборатории Анатолий Арсениев; студент и лаборант-исследователь лаборатории Алексей Ведяйкин. Справа – уникальная комплексная установка для исследования динамики нанобиомашин (УСУ «Лазерный Пинцет»)

 

Насколько я понимаю, Политехнический университет должен выделить помещение под лабораторию.

– Переговоры с ректоратом СПбГПУ о выделении помещении ведутся, но там возникли какие-то проблемы. Сейчас сотрудники моей лаборатории работают на ранее сооружённой в центре Ходорковского антресоли, так что отсутствие собственного помещения прямого влияния на научную деятельность пока не оказывает. Надеюсь, что университет свои обязательства по контракту выполнит, так как теперешнее помещение ограничивает наш рост, и долго так продолжаться не может. В противном случае придётся «сворачивать лавочку».

Специалисты нужного профиля в СПбГПУ имеются? Привлекаете ли Вы к исследованиям студентов и аспирантов?

– Сейчас в питерской лаборатории исследованиями занимаются 13 молодых ребят, половина из них студенты, половина – мастеранты и аспиранты. Есть и более опытные сотрудники, которые и раньше работали в университете.

В Политехе много квалифицированных людей. Большинство из них – физики и инженеры. И это для меня очень полезно, поскольку часть исследований требует инженерного подхода. Так как достаточная подготовка в области молекулярной биологии и биохимии есть не у всех, за минувшие пять месяцев 5 человек приезжали в Москву в учебный центр Института биологии гена, где они входили в тему, учились у сотрудников моей лаборатории. Одна барышня сейчас на обучении в моей американской лаборатории. В 2014 году несколько ребят поедут на тренинги в Университет Иллинойса в Чикаго (США), Университет Вагенингена в Голландии и Центр Джона Инесса по микробиологии (Норидж, Восточная Англия), где будут учиться вещам, которые не знают ни они, ни я. Мне кажется очень важным использовать возможности мегагранта для такого рода стажировок для быстрого приобретения новых знаний и навыков. Ну, и кроме того, часть сотрудников моих лабораторий в ИБГ РАН и ИМГ РАН после защиты диссертаций переедут работать в СПбГПУ. Я рассматриваю питерскую лабораторию как уникальную возможность для них обрести независимость, поскольку устроиться в Москве, особенно у иногородних, шансов почти нет; многих до сих пор приходилось отправлять на Запад.

Каким может быть практическое применение проводимых Вами фундаментальных исследований?

– Изучение генетического шума, в частности возникновения неоднородности в, казалось бы, гомогенной популяции бактерий, имеет практическое значение для понимания, например, возникновения устойчивости к антибиотикам. Очень часто врачи не могут вылечить людей с бактериальной инфекцией, несмотря на то, что, вроде бы, все возбудители чувствительны к антибиотику. Причиной этого являются редкие бактерии-персистеры, которые на генетическом уровне чувствительны к антибиотику, но за счёт стохастических явлений прекратили свой рост, впали в некоторое подобие анабиоза во время антибиотикотерапии. После того, как лечение кончилось, они могут возобновить рост, и болезнь начнётся опять. Следовательно, понижение уровня шума или нахождения способов уничтожения персистеров может в перспективе помочь лучше лечить людей.

Я перевожу в СПбГПУ часть нашей работы, связанную с более-менее высокоэффективным мультиплексным поиском новых антибиотиков. На имеющемся там масс-спектрометрическом оборудовании можно относительно легко скринировать – при наличии соответствующих компетенций у сотрудников – бактерии на способность производить фармакологически активные вещества. Для меня эти вещества, будь они найдены, интересны, скорее, не с точки зрения потенциального их использования, а с точки зрения того, как именно они действуют на клетку. Мне интересно, как клетка умирает, когда на неё нальют какую-нибудь дрянь, потому что процесс клеточной гибели, как правило, регулируемый, его можно изучать.

Вообще, изучение смерти – один из наиболее эффективных способов понять, как устроено живое.

В любом случае, результатом такого рода исследований, как правило, становятся новые вещества, которые можно патентовать и при желании вести прикладные исследования для определения перспектив их дальнейшего практического использования. У нас уже есть хороший задел в этом направлении. Так, недавно мы с Михаилом Ходорковским защитили совместный проект по проведению доклинических исследований нескольких новых антибиотиков. Это даст дополнительные средства, которые в любом случае нам необходимо выискивать, так как одним из условий работы по мегагранту является привлечение внебюджетного финансирования в размере миллиона долларов.

Есть ли у Вас как учёного какая-то мечта или сверхзадача?

– Если бы не требование по привлечению внебюджетного финансирования и ограничения, связанные с необходимостью демонстрации «нужности» нашей работы, то я бы, конечно, поставил в СПбГПУ эксперимент, который мне давно хочется сделать. Суть его в том, чтобы вырыть большую яму, а лучше несколько ям, залить их водой, и греть, поддерживая круглый год температуру в районе +70 °C. Устроить этакую прибалтийскую долину гейзеров. Брать оттуда ежедневно пробы воды и смотреть, когда же в этом бассейне заведутся бактерии-термофилы, которые живут только при высокой температуре. Есть такое удивительное наблюдение: во всех горячих источниках, будь они в Новой Зеландии, Японии, на Камчатке, в Йеллоустоне или Мексике, живут одни и те же микробы и вирусы. Места их обитания отделены друг от друга тысячами километров, с их «точки зрения» – очень холодного пространства, где они жить, безусловно, не могут. Казалось бы, популяции микробов, живущих в горячих источниках, должны рассматриваться, как дарвиновские островные популяции и, следовательно, очень сильно различаться друг от друга (Когда Дарвин приехал на Галапагосы, то обнаружил, что на разных островах были совершенно разные вьюрки, которые дивергировали и образовали хорошие виды за очень небольшой срок). Но с микробами, живущими в горячих источниках, этого не происходит. Скорее всего, причина в том, что они, по-видимому, активно обмениваются генами, летая по воздуху. Атмосфера полна микробов, которые постоянно депонируются на поверхность Земли. И там, где условия благоприятные, они начнут развиваться. В общем, если бы можно было «ухнуть» государственные деньги в эти мои замечательные ямы, заплатив «Ленэнерго» на несколько лет вперёд, чтобы они грели в них воду, ну, и колючую проволоку поставить, чтобы никто туда не лез, и смотреть, кто и когда там заведётся, это позволило бы оценить скорость переноса бактерий. С точки зрения фундаментальной науки, это было бы важнее и, безусловно, оригинальнее, чем то, что я делаю сейчас. Некоторый практический смысл в этом тоже был бы, с точки получения информации о скорости распространения антибиотик-устойчивости.

Что даёт для развития науки программа мегагрантов, реализуемая по правительственному постановлению № 220?

– Так как меня привлекали к разработке ряда положений этой программы, то меня нельзя считать беспристрастным лицом. Я считаю, что это правильная, нужная программа. Но и эта и другие программы, которые сейчас разрабатываются, нужны, по большому счёту, не ради самих ведущих учёных, какими бы хорошими они ни были, и уж точно не ради восьмидесятилетних нобелевских лауреатов, которых приглашают в Россию для форсу. По-моему самое важное то, что такие программы дают возможность совсем молодым людям, о которых ещё никто ничего не знает и которые работают не в гламурных местах, взглянуть на науку по-другому. Всякая нормальная инновация должна взбаламутить болото, сделать жизнь неспокойной, другой. Именно этот «деструктивный» эффект программы по 220-му постановлению, по-моему, гораздо важнее, чем непосредственные научные результаты, статьи, патенты, полезные модели, которые, безусловно, выдают многие получатели мегагрантов и которыми они отчитываются. Этот эффект может сказаться лет через 10 или 20 и определить будущее лицо российской науки.

Но для усиления этого долгосрочного эффекта, я считаю, время пребывания в России приглашённого исследователя нужно увеличивать. Я уже почти 9 лет работаю, в основном, в России. Мои московские лаборатории функционируют хорошо и сейчас требуют гораздо меньше времени и ухода, но я уверен, что если бы меня здесь не было, особенно в начале, семь дней в неделю, то и их бы сейчас не было.

Западные учёные, не являющиеся частью постсоветской научной диаспоры, в Россию в общем и целом, мне кажется, в ближайшее время не поедут – по этой или по любой другой программе. В ситуации, когда нет предсуществующего продуктивного научного сотрудничества с принимающей стороной, нет западной культуры работы, и есть масса административных, инфраструктурных, логистических и языковых проблем и общая неуверенность в долгосрочной перспективе, рассчитывать на это нет смысла. Они же там ещё не все выжили из ума. Придётся нам самим разгребать здешние авгиевые конюшни и создавать условия нормальной работы – и для здешних, и для приезжих.

РЕЙТИНГ

4.60
голосов: 20

Обсуждение