- Об университете
- Поступление
Поступление
- Исследования
- Медиа
Сириус.Журнал продолжает серию интервью с российскими учёными, у которых накоплен опыт работы за рубежом, у многих — весьма солидный. Им есть с чем сравнивать, поэтому говорим с ними не только о профильных исследованиях, но и о том, как развивается наука в России и других странах. Почему русскому учёному тяжело пробиться в Германии? В чём секрет идеального научного руководителя? Какие горизонты открывают перед нами биосенсоры и какие тайны скрывает белковый инжиниринг? Обо всём этом поговорили с биотехнологом Научно-технологического университета Никитой Кульдюшевым.
— Никита Александрович, вы начинали карьеру с изучения ядов. Почему именно эта тема?
— Всё началось во время учёбы в МФТИ [Московский физико-технический институт]. У меня было два проекта, которые касались ядов членистоногих. Вообще токсины — это кладезь биологически активных веществ, и они могут влиять на ионные каналы (белковые комплексы, встроенные в клеточные мембраны, которые регулируют прохождение ионов через мембрану, что влияет на электрические свойства клеток), играющие ключевую роль в передаче электрических сигналов в нервной системе. Яды могут модулировать активность этих каналов, открывая или закрывая их, что влияет на проведение нервных импульсов.
Пауки, скорпионы и змеи зачастую не убивают свою жертву мгновенно, а парализуют её, чтобы затем съесть живой. Токсины, содержащиеся в их ядах, воздействуют не только на определённые типы ионных каналов, но и на родственные или структурно схожие другие ионные каналы, а также сходные механизмы передачи нервных импульсов. Такие каналы играют ключевую роль в регуляции болевых ощущений, работы мышц (включая сердечную, дыхания) и других жизненно важных функций организма.
Один из наших проектов был посвящён изучению токсина паука, который избирательно связывается с P2X3-каналами, играющими важную роль в восприятии боли и вкуса. Мы изучили, как именно это происходит, прикрепив к этому токсину специальные светящиеся метки. Надеюсь, в дальнейшем это поможет лучше понять их роль и открыть новые возможности для исследований. Другой наш проект сосредоточился на изучении альфа-токсинов из ядов скорпионов, которые специфически воздействуют на натриевые каналы, играющие ключевую роль в передаче нервных импульсов в организме.
Во время исследований мы обнаружили, что яды скорпионов содержат большое количество схожих молекул, отличающихся всего несколькими аминокислотами. Все изученные токсины действуют по-разному — в зависимости от цели и жертвы: одни действуют только на млекопитающих, другие — только на насекомых, третьи — на тех и других.
В итоге мы детально описали действие токсинов из ядов скорпионов и их молекулярные отличия. Мои исследования были опубликованы в научных журналах, посвящённых этой теме.
— Можно ли самостоятельно нейтрализовать действие паучьего токсина?
— При укусе скорпиона время для спасения ограниченно. Чем быстрее обратишься к врачу, тем лучше. В традиционной медицине используют специальные сыворотки с антителами, способными нейтрализовать яд. Главное — вовремя вколоть антидот. Тогда антитела облепят токсин и остановят его действие.
— Почему лекарства на основе токсинов мало распространены?
— В начале 2000-х годов был всплеск интереса к разработке таких лекарств, но энтузиазм быстро угас, когда стало ясно, что они сильно ядовиты. Сегодня известно лишь около 1 % всех существующих молекул, и ещё меньше прошли тестирование. Поиск эффективных молекул оказался гораздо сложнее, чем предполагалось, и многие из них вызывают нежелательные явления. Токсины часто воздействуют не на один конкретный ионный канал, а на несколько, что затрудняет создание препаратов с точечной направленностью. Например, токсин, предназначенный для лечения мышечной патологии, вызванной мутацией натриевого канала, может привести к нарушению сердечного ритма. Тем не менее успешные примеры есть. Учёные разработали обезболивающий препарат на основе токсинов морских улиток-конусов (Conus spp.), обитающих в тропических морях. Для охоты на мелких животных эти моллюски используют жала, внутри которых коктейль из пептидов. Препарат используется в качестве обезболивающего, которое гораздо сильнее традиционных анальгетиков вроде морфия и не вызывает привыкания. Но есть недостатки: сложность введения (непосредственно в спинной мозг), высокая стоимость производства, побочные эффекты. Обычно это средство используют в паллиативной терапии, когда человек уже не может справляться с болью.
— А как вы увлеклись биологией? Наверное, ещё в школе?
— Я родился и вырос в Набережных Челнах, учился в математическом классе. Серьёзно увлекался музыкой, играл в группе хеви-метал. Но в 11-м классе пришлось сделать выбор в пользу учёбы, потому что понимал, что выдающимся музыкантом вряд ли стану. После школы собирался поступать в МФТИ — на факультет молекулярной биологической физики. Но туда резко подскочил проходной балл, и баллов по ЕГЭ мне не хватало. Тогда я выбрал физфак МГУ. Правда, проучился там всего полгода. Я заинтересовался нейробиологией [наука, изучающая функционирование, развитие, генетику, биохимию, физиологию и патологию нервной системы] и пошёл на кружок, который проводили на кафедре биофизики для тех, кто не определился. Там я заинтересовал учёных своим любопытством, и после очередного занятия мне предложили остаться на чай. Рассказав о себе, я начал расспрашивать, кто они и чем занимаются, насколько загружены, сколько у кого аспирантов. На одного научного руководителя выходило около шести человек плюс дипломники со специалитета — всего около 20. Я понимал, что в таком случае вряд ли профессор будет заниматься мной лично, и начал искать куда можно пойти ещё. Решил перевестись в МФТИ и в итоге сделал это, благополучно сдав экзамены. Там пошёл на кафедру физико-химической биологии и попал в лабораторию Института биоорганической химии РАН, которая занималась нейромодуляторами и нейрорецепторами. Как раз та самая нейробиология, которая мне была нужна. К тому же я уже был подкован и знал, как правильно выбирать научного руководителя.
— Интересное сочетание. Допустим, с деньгами и амбициями понятно, а возраст?
— Если один из критериев выпадает, то, скорее всего, будут сложности. Молодой научный руководитель обычно только набирает команду и лично заинтересован вкладывать знания и умения в каждого из её членов.
— После МФТИ вы оказались за рубежом? Как это получилось?
— Я не планировал прекращать исследования с токсинами и ионными каналами, а ещё собирался заниматься белковой инженерией, то есть переделывать молекулы с заданными и нужными функциями. При этом хотелось получить опыт работы в другой стране, что нормально для учёного. Стал искать информацию в интернете, читать материалы в PubMed [архив научных журналов, посвящённых биомедицине и наукам о жизни], изучать лаборатории, которые занимаются токсинами и ионными каналами. В итоге составил список проектов. Один из них был в Австралии — это золотая жила для исследований разных членистоногих. Однако моему научному руководителю не внушали доверия проекты учёного, который там работал, и он отговорил меня ехать. Другой проект был в Германии, в Йенском университете, и я отправил заявку туда. Но оказалось, что кандидат на это место уже был, поэтому мне предложили другой проект. Он также был связан с белковой инженерией и ионными каналами. Задача заключалась в создании биосенсора для отслеживания изменения посттрансляционных модификаций [химические изменения белков, которые происходят после их синтеза на рибосомах. Эти модификации могут включать присоединение различных функциональных групп, изменение аминокислотных остатков или структурные перестройки белка], чтобы лучше понимать процессы внутри клеток. Раскрывающаяся справка: Что такое биосенсор В некоторых исследованиях биосенсорами могут служить не только приборы, а молекулы. Особые белки, который способны распознавать и реагировать на определённые вещества или сигналы в организме. Этот белок работает как маленький датчик: фиксирует присутствие какого-то конкретного вещества или процесса и сообщает об этом с помощью специального сигнала — например, флуоресцентного света. Этот свет можно увидеть под микроскопом. Мы стремились выяснить, когда и при каких условиях происходят изменения и как они влияют на клеточную активность. Работа включала элементы белкового инжиниринга. Проект был частью крупной национальной программы и имел фундаментальное значение. Мы определяли механизмы старения. Основной задачей было создание сенсора для детектирования окисления метионина — аминокислоты, которая есть почти во всех белках. Есть данные, свидетельствующие о том, что с возрастом уровень окисленного метионина повышается. Сейчас становится ясно, что это скорее следствие возрастных изменений, нежели их причина. Более того, увеличение окисления метионина может служить своего рода компенсаторным механизмом, направленным на уменьшение общего ущерба. В итоге мы сделали сенсор, который стали применять в работе.
— Потом вы отправились в Мюнхен?
— Да. Там тоже занимался биосенсорами, но они были значительно сложнее. В Мюнхене мы работали с фотопереключаемыми белками, которые можно активировать и деактивировать с помощью света. Например, во «включённом» режиме белок светится зелёным в ответ на синий свет, а в «выключенном» состоянии никак не проявляется. Длительное воздействие синим светом постепенно «оживляет» его, переводя обратно в активное состояние. Деактивация осуществляется с помощью фиолетового света. — Где такая технология может использоваться? — Фотопереключаемые белки можно использовать в сверхразрешающей микроскопии. Обычно существует дифракционный предел разрешения микроскопа, известный как предел Аббе [Эрнст Аббе - немецкий физик-оптик, автор теории образования изображений в микроскопе, создатель технологии важных разделов оптико-механической промышленности], который ограничивает возможность различения двух объектов, расположенных слишком близко друг к другу. Но с помощью специальных методов, в том числе использование фотопереключаемых молекул, стало возможным преодолевать этот барьер. Суть метода в последовательной активации небольшого количества молекул, что позволяет локализовать их положение с высокой точностью. После многократных циклов включения-выключения и последующей математической обработки изображений удаётся получить разрешение, превышающее традиционный дифракционный предел. Технология получила признание, и в 2014 году за неё даже дали Нобелевскую премию по химии.
— Что главное вы вынесли для себя, поработав за границей?
— Я получил степень Ph.D и, безусловно, колоссальный опыт, которым теперь делюсь в Сириусе с другими. Ещё понял, что в науке важна быстрота действий. Приведу пример. Я изучал поведение макрофагов — клеток иммунной системы, которые поглощают и уничтожают чужеродные частицы, образуя вакуоли [полость в центральной части клетки, заполненная клеточным соком] для переваривания захваченного материала. Макрофаги используют различные окислители для разрушения содержимого вакуолей, но при этом они быстро погибают — примерно в течение суток после активации. Мне пришла мысль, что эти вакуоли могут быть не полностью герметичны, а значит, часть окислителей проникает наружу. Я начал проверять эту гипотезу, проводя предварительные эксперименты. Но спустя два месяца вышла научная статья немецких учёных, в которой они подтвердили мою идею, продемонстрировав утечку окислителей из вакуолей макрофагов с использованием других типов сенсоров. ((К сожалению, наша группа опоздала с публикацией примерно на год. Конкуренция оказалась слишком жёсткой)) Я понял, что нужно действовать быстрее, особенно в таких вещах, которые лежат на поверхности.
— В чём отличие немецких научных команд от российских?
— На самом деле, в любых лабораториях высокого уровня подходы к научным исследованиям практически одинаковые. Все пытаются действовать максимально эффективно, чтобы быстрее выдать результат. При этом всё тщательно перепроверяют, чтобы не пострадало качество. Например, мы очень много делали экспериментов «для себя» или «в стол», чтобы вновь и вновь убеждаться в правильности своих действий. В Сириусе такой же тщательный подход, потому что за результат нужно нести ответственность. Когда устраиваешься работать в новую команду, очень важны рекомендации. Например, руководитель мюнхенской команды учёных даже звонил моему научруку из Института биоорганической химии Александру Александровичу Василевскому [биохимик, специалист в области ионных каналов и их лигандов, токсинов пауков и скорпионов; преподаёт в МГУ и МФТИ]. Они оказались на одной волне, и я в итоге получил хорошие рекомендации. — Сложно ли было адаптироваться в чужой стране? — Сначала всё казалось интересным и необычным, ведь я очутился в совершенно новой среде. Моё финансовое положение улучшилось, если сравнивать со студенчеством. Один из плюсов работы в Германии — льготы для студентов. Например, я мог бесплатно пользоваться общественным транспортом, включая автобусы и электрички в пределах региона. Ещё были скидки в столовых университета, музеях и других культурных учреждениях. Позже я оценил специфический немецкий менталитет. Один из ярких примеров — строгие правила во всём и высокие штрафы за их нарушение. Например, проезд зайцем может обойтись в 200 евро, хотя билет стоит всего 5. Со временем я начал осознавать, что нахожусь в своеобразном «пузыре», где в основном люди с академическими степенями или стремящиеся их получить. Я редко взаимодействовал с теми, кто вне этого круга общения, хотя были хорошие знакомые не из науки.
— Поэтому вернулись в Россию?
— В Мюнхене у меня был прекрасный научный руководитель, и можно было остаться. Но мне показалось, что перспектив нет. Я посмотрел, кто в Германии получает большие гранты, например, как у моего научрука в Мюнхене (от 3 до 5 млн евро), и в так называемых STEM-науках [Science, Technology, Engineering, Mathematics - наука, технология, инженерия, математика] русских фамилий не оказалось. А я бы хотел заняться разработкой новых биосенсоров — не только фотопереключаемых флуоресцентных, но и оптоакустических. Их преимущество в том, что свет проникает глубже в ткани, а ультразвук обеспечивает лучшее разрешение и меньшее затухание сигнала. Такие сенсоры полезны для исследований на живых организмах, где требуются глубокое проникновение и высокая чувствительность, и эта ниша пока только в начале развития. Но мне было понятно, что грант на мои исследования получить в Германии будет сложно.
— Как вы оказались в Сириусе?
— Я написал Александру Александровичу Василевскому и спросил у него, где сегодня есть перспективы. Он предложил присмотреться к Университету «Сириус», рассказав о тех выдающихся учёных, которых он знает, и которым можно было бы доверять. Например, про Александра Владимировича Карабельского [руководитель направления Генная терапия Научного центра трансляционной медицины в Университете Сириус]. Генная терапия — не моё направление, и я стал смотреть другие команды. Увидел вакансию научного сотрудника в коллектив, который занимается направленной эволюцией. В этом направлении я работал в Мюнхене. Это же просто мечта, подумал я.
— Вы уже почти три года в Сириусе? Как вам здесь?
— Университет молодой, поэтому легко адаптируется к новым изменениям и тенденциям. Здесь создана впечатляющая техническая инфраструктура, работают сплочённые коллективы из различных областей науки. Это позволяет расширять границы своих знаний и оперативно решать междисциплинарные задачи. Если возникают вопросы за пределами моей специализации, я могу легко обратиться к коллегам-экспертам. Например, для консультации по иммунологии, жировой ткани или гликобиологии достаточно подойти к соответствующему специалисту и задать вопрос. Это позволяет существенно экономить время.
— Какими проектами сейчас занимаетесь?
— У меня их два. Первый — это новый биосенсор витамина B12 (по гранту Российского научного фонда). Он участвует в производстве важнейшего компонента для метилирования ДНК, и по его концентрации можно диагностировать болезни. Сейчас нет простых и эффективных способов измерить содержание B12 в клетках, а мы такой способ предложим. Второй проект посвящен созданию антигена для универсальной вакцины от гриппа. Для изготовления подобных препаратов необходимы два основных компонента: вирус гриппа и куриные эмбрионы, служащие средой для его размножения. Вирус выращивают, затем выделяют, очищают и инактивируют для создания вакцины. Этот процесс требует значительных затрат по времени и ресурсам. К тому же вирус гриппа постоянно мутирует, и существующие вакцины становятся менее эффективными. Наша цель — не только найти подходящий антиген, но и создать его продуцент. Это позволит перейти к более безопасному производству гриппозной вакцины.