Сможет ли российская наука устоять перед санкциями, что даст миру создание искусственной клетки и чему научит новый курс «Яндекс.Кью» «Пироги с наукой» — об этом и многом другом «Москвич Mag» поговорил с профессором и директором научно-образовательного центра инфохимии Университета ИТМО Екатериной Скорб.

Что такое инфохимия, чем конкретно занимается ваш центр?

Инфохимия — фундаментальная область науки на стыке химии и IT. Она изучает, как на молекулярном уровне записывается, хранится и меняется информация, как можно запрограммировать молекулы на решение нужных нам задач, а также как использовать искусственный интеллект и методы машинного обучения для создания умных материалов и анализа биоаналитов вроде слюны, крови и молока.

В качестве примера здесь можно привести наши тест-системы, которые умеют определять в биологических материалах вирусы и антитела к этим вирусам. Во время первой волны пандемии коронавируса ИТМО вместе с центром им. М. П. Чумакова разработал универсальную тест-систему, определяющую антитела и антигены к вирусу SARS-CoV-2, вызывающему COVID-19.

Еще один наш проект — платформа для обнаружения в домашних условиях клещевого энцефалита. Теперь не надо искать лабораторию, чтобы узнать результат, достаточно поместить образец клеща на сенсор.

В другом проекте, посвященном синтезу умных материалов, в институте Макса Планка (до ИТМО я работала в Германии в составе международной команды в институте Макса Планка, потом в США в Гарварде), нам удалось сделать антикоррозийное покрытие для машино- и авиастроения. Наши многокомпонентные системы, которые способны самостоятельно «залечивать» коррозионные язвы, позволили заменить опасное для здоровья человека хромирование. Работает это так: капсулы покрытия реагируют на изменения кислотности, вызванные коррозией, — они открываются, из них выходит коррозионный ингибитор, восстанавливающий повреждения, затем капсулы снова закрываются. И так может повторяться много-много раз. Сегодня этими лакокрасочными покрытиями покрашены автомобили Mercedes, грузовики Daimler, самолеты Airbus. Эти технологии заинтересовали ученых, которые работают с имплантатами нового поколения. Вместе с берлинской клиникой «Шарите» мы запустили проект по разработке наноструктурирования поверхностей искусственных суставов. Цель была не только предупредить обрастание (наш организм стремится капсулировать все инородные тела), но и улучшить биосовместимость имплантатов.

В рамках этого же проекта мы разрабатывали систему умных капсул, которые можно вводить в организм. Используя различные методы обработки металлических поверхностей (сонохимический, электрохимический, травление) и варьируя условия, в которых проводится исследование, можно создавать разные наноструктуры. В науке известно, что костные клетки любят больше расти на твердой поверхности, чем на мягкой, поэтому мы решили сделать систему, в которой можно менять жесткость поверхности. И нам удалось это сделать при помощи света. Дальше эти структурированные нанопокрытия с капсулами можно использовать для введения активных веществ, которые, например, помогут предупредить рост бактерий и одновременно не будут мешать росту клеток.

Все это можно делать не только in vitro (в пробирке), но и в человеке — для этого необходимо инфракрасное облучение, так как оно проходит через тело. В институте Макса Планка мы изучали систему in vitro, а все, что in vivo (животные и люди), делали совместно с клиникой «Шарите». Сегодня появилась возможность цифрового материаловедения — фактически для многих сложных систем можно собрать базу данных для того, чтобы минимизировать как in vitro, так и in vivo исследования, и прогнозировать, что будет происходить в той или иной системе.

Сейчас Университет ИТМО планирует начать большой проект по регенеративной медицине (речь идет о кардиоимплантатах) с центром Алмазова в Петербурге.

А чем вы занимались в Гарварде?

Большим фундаментальным проектом по зарождению жизни на Земле — Origins of life, где мы пытались сделать автономную химическую систему, чтобы понять, как именно зародилась жизнь.

А как зародилась жизнь на Земле?

Пока нет однозначного ответа. Доказано, что была серия химических реакций тех веществ, которые могли способствовать появлению всех возможных нуклеотидов — из этого могла образоваться сначала РНК, потом ДНК.

Есть известные эксперименты, когда биолог Александр Опарин предположил, что должно происходить концентрирование в таких коацерватных капельках, фактически тех капсулах, которые мы разрабатывали для покрытия автомобилей. И если туда вводить различные вещества, то химические процессы и то, как они протекают, будут меняться. Запуская такой процесс каталитических реакций, можно сделать искусственную клетку. Если только одна функция капсулы так сильно способна влиять на коррозионные процессы, то что смогут более сложные каскады?

Но с точки зрения фундаментальной науки надо сначала разобраться, как ведет себя такая сложная система. И, разбираясь, видишь неожиданные вещи. Так рождаются новые гипотезы, которые двигают науку вперед. Прелесть фундаментальной науки в возможности открыть что-то впервые. На пути к искусственной клетке мы пытаемся понять, как нам сделать более сложную систему, как описать ее математически и подобрать те компоненты, которые будут влиять друг на друга.

Так искусственную клетку вам удалось синтезировать?

Если я вам покажу наши искусственные объекты под микроскопом, то вам будет тяжело отличить неживую систему от живой. Она возникает из ничего, вы можете увидеть, как образуется ядрышко. Но химическую систему, способную к эволюции и размножению, мы пока не сделали. Но если мы получим искусственную клетку, то поймем, как устроена жизнь. Это модельная система, с которой можно провести огромное количество опытов, которые дадут вам ответы на загадки мироздания. У нас в ИТМО есть капельно-левитирующий кластер, и если наше исследование завершится успехом, мы сможем вырастить Вселенную в пробирке.

Как повлияли санкции на химическую науку?

Та область, которой я занимаюсь, несильно пострадала. Мы больше работаем на стыке инфохимии и IT-технологий, а не с химией в чистом виде. Да, мы сейчас не можем пользоваться американским химическим поисковиком, софт не работает, но сделать свое программное обеспечение — вполне решаемая задача. И я не исключаю, что в Европе, где нет своего поисковика, захотят им пользоваться. Мы сейчас попробуем использовать тот потенциал, который уже есть в России. Наука — это мост, который призван соединять государства. Научные открытия принадлежат всему миру. И интересные исследования российских ученых продолжают печатать в серьезных научных изданиях.

Что до реагентов и реактивов, то нам они не очень нужны, а классическим химикам в этом смысле придется, конечно, сложно. Но, может, в России начнут восстанавливать собственное производство реактивов.

Что с западными стипендиями и грантами? Их продолжают выдавать?

Многие гранты остановлены, но взаимодействие в научном мире продолжается. Если международным коллегам интересны ваши исследования, то грант переводится в грант международного значения. Студентов особо не трогают, но доступ к мегаустановкам (например, класса Mega Science, в том числе XFEL, Европейского лазера на свободных электронах в Гамбурге) приостановлен.

С деньгами в науке проблем, надеюсь, не будет. Сейчас грантов от российской индустрии стало в разы больше, так как появились задачи по решению проблем, которые возникли в связи с санкциями.

Сейчас «Яндекс.Кью» запускает курс «Пироги с наукой». Что это за проект?

В нем задействованы ведущие исследователи и эксперты из различных областей. Он дает возможность молодым ученым узнать о перспективных научных исследованиях, а также в формате лекций и воркшопов получить ценные знания и навыки, которые помогут им в развитии собственных проектов. Например, в рамках своего выступления на курсе «Пироги с наукой» я рассказала, как на основе одной базовой технологии предложить множество практических применений, от биомедицины до сельского хозяйства. В дальнейшем слушатели даже смогут подключиться к заинтересовавшим их исследованиям. Мы ждем талантливых и мотивированных в нашей лаборатории, чтобы двигать науку вперед.

Фото: из личного архива Екатерины Скорб