Какие медицинские направления развивает КФУ
Недавно пресс-центр КФУ опубликовал на сайте серию обзоров по OpenLab университета. Одним из наиболее активных подразделений, реализующих это направление развития, является Институт фундаментальной медицины и биологии (ИФМиБ). О том, как проходит процесс формирования лабораторий здесь и какие OpenLab планируется открыть в ближайшем будущем, мы попросили рассказать главного научного сотрудника отделения биологии и биотехнологии, профессора кафедры генетики ИФМиБ Альберта Ризванова.
‑ Альберт Анатольевич, почему формируются именно виртуальные или, как их еще называют, открытые лаборатории? Чем вызвана потребность выбора именно этого формата работы?
‑ Хочу начать с того, что в России всегда существовало две программы по приглашенным ученым: это Постановление №220, так называемые мегагранты, и соответствующая Федеральная целевая программа. КФУ участвовал в них обеих, к примеру, по ФЦП в 2012-2013 годах было выиграно четыре гранта. В результате у нас накопился опыт взаимодействия с иностранными учеными. Хочу сказать, что делятся они в общем на две категории: русскоговорящие выходцы из Советского Союза, многие из которых имеют российского гражданство, наряду с иностранным, и иностранцы, которые не владеют русским языком и не знакомы с российской действительностью. Тем не менее, все они либо совсем не сталкивались, либо подзабыли специфику взаимодействия с российскими службами, бюрократией. Они хотят делать науку, но не хотят заниматься бумажной волокитой. Учитывая тот факт, что наш университет инвестировал в рамках программы развития очень большие средства в инфраструктуру, в новые лаборатории и центры коллективного пользования, все это требует загрузки научными проектами и привлечения к ним ученых из-за рубежа. Если прибор куплен, он должен работать 24 часа в сутки 7 дней в неделю и приносить научный «доход». Вот именно для того, чтобы эти ученые могли курировать проекты и лабораторию, но не заниматься бюрократическими вопросами была разработана концепция ОpenLab.
‑ Как происходит процесс формирования ОpenLab?
‑ Обычно они создаются на базе уже существующей научной группы, имеющей опыт ведения определенной работы. Эти группы функционируют в структурных подразделениях, в которых была создана адекватная материально-техническая база. А приглашенный ученый приносит к нам проект и является его руководителем. Однако для нас не всегда оптимально создавать под нового ученого новую лабораторию. Во-первых, бывает, что у нас уже создана лаборатория, оснащенная необходимым оборудованием и ведущая исследования в смежном направлении. Во-вторых, иностранный ученый просто не сможет находиться постоянно в России, а существует множество юридических и финансовых вопросов, которые необходимо решать. Поэтому нужно, чтобы кто-то взял этого ученого под свое крыло. Как раз один из ведущих научных сотрудников КФУ становится таким куратором. Его лаборатория приобретает статус ОpenLab и функционирует как научный инкубатор. Хочу заметить, что курирует – не значит, что подсказывает, как делать правильно науку, но помогает, как интерфейс между службами КФУ, различными министерствами и приглашенным ученым, то есть помогает реализовать его задумки, оформить документы, устроить на работу, провести закупки.
‑ Наверное, куратор нужен не только для решения организационных вопросов, но и для работы с научной группой?
‑ Да, задача университета не просто нанять ученого, а создать новые научные группы, школы, чтобы люди, работая в таких лабораториях, получали опыт, компетенции. И если в будущем финансирование прервется, у нас останется человеческий ресурс, и это самое важное. Поэтому большие инвестиции идут в создание научных групп.
Именно для того, чтобы осуществлялось постоянное руководство этими коллективами, нужны старшие сотрудники на месте, которые бы ходили и мотивировали молодежь, держали в тонусе. Иначе цель теряется, а производительность падает. Надо, чтобы каждый день кто-то их консультировал, чтобы они видели рядом старшего товарища, наставника.
‑ Перейдем к вопросу функционирования этих открытых лабораторий. Есть ли контакты между коллективами ваших ОpenLab?
‑ Концепция открытой лаборатории предполагает, что она является инкубатором, наполняется несколькими проектами, которые взаимосвязаны по идейной составляющей, объединены общей наукой, исследованием, материально-технической базой. Каждый из проектов реализуется под руководством ведущего ученого. Куратор же осуществляет взаимодействие OpenLab не только со структурами университета, но и между этими проектами внутри лаборатории, между различными OpenLab, помогая, таким образом, наладить, построить сетевое взаимодействие между коллективами. Только на стыке взаимодействия наук и делаются наиболее интересные исследования в наше время. Некоторые наши ученые очень хорошо работают с животными, некоторые – проводят молекулярные опыты. Объединив эти коллективы, куратор может вывести проекты на следующий уровень, где можно одновременно работать с животными и использовать высокие технологии в области молекулярной биологии, клеточной биологии, генетики.
‑ Какие открытые лаборатории сегодня функционируют в вашем Институте?
‑ У нас 16 открытых лабораторий. К примеру, моя лаборатория занимается генными и клеточными технологиями. Конкретнее, разработкой методов генной и клеточной терапии различных заболеваний, особенностями гуморального и клеточного иммунитета при инфекционных и аутоиммунных заболеваниях, а также молекулярными механизмами патогенеза при вирусных инфекциях.
Лаборатория нейробиологии Рустема Хазипова, приехавшего к нам из Франции, включает в себя проекты, связанные с активностью, особенностями развития головного мозга с точки зрения нейрофизиологии.
Еще одна интересная OpenLab называется «Маркеры патогенеза». Она занимается исследованием РНК и ферментов, с ним взаимодействующих, в частности, нуклеазами, в патологии различных заболеваний, в том числе сердечнососудистых систем.
Над тканевой инженерией работает лаборатория «Бионанотехнологии». Здесь рассматривается применение наноматериалов для модификации клеток, как микробных, так и клеток человека, для создания различных биосенсоров и для тканевой инженерии. Такими клетками можно манипулировать с целью построения дополнительных надклеточных структур, что может послужить базой для нового направления в тканевой инженерии.
«Экстремальной биологией» у нас занимается Олег Гусев, который получил колоссальный опыт, работая в Японии. Он отвечает за космическую биологию. Его лаборатория изучает жизнедеятельность организмов в экстремальных условиях окружающей среды: при отсутствии воды, при низких температурах, в невесомости, при воздействии радиации. Экстремальная биология интересуется тем, какие защитные свойства, функции есть у разных организмов и как эти функции позволяют справляться организмам с экстремальными условиями. Цель исследований – поиск возможности создания генно-модифицированных организмов, которые бы были способны переносить различные нагрузки. Также важно разработать методы креоконсервации, заморозки, высушивания клеток и тканей для медицинского применения.
Еще одна лаборатория называется «Омиксные технологии». Она создана на основе Центра коллективного пользования и занимается выявлением генетических и молекулярных маркеров онкологических заболеваний, инфекционных заболеваний и работой, связанной с экологией, то есть исследует популяции микроорганизмов в почвах и разрабатывает методы очистки загрязненных нефтепереработкой или химическими производствами почв. Кроме того, эта лаборатория осуществляет поиск микроорганизмов, которые могли бы разлагать загрязняющие вещества в окружающей среде.
Одна из наших OpenLab занимается репрограммированием соматических клеток. В данной лаборатории существует технология, позволяющая с помощью генетических манипуляций превратить любую клетку взрослого организма в стволовую клетку, способную самообновляться, то есть делать такие же клетки, как она сама, а также превращаться в различные клетки организма. Наиболее уникальна по свойствам – эмбриональная стволовая клетка. Она присутствует только у эмбриона на самых ранних стадиях зародыша и способна превратиться в любую человеческую клетку.
Для того, чтобы ее получить, нужно эмбрион уничтожить, а это связано с этическими, религиозными, правовыми запретами. Технология, которую развивает лаборатории, это получение напоминающих по свойствам эмбриональных клеток из соматических. Для этого достаточно взять образец крови или маленький кусочек кожи, вырастить из него клетки и их специальным способом генетически репрограммировать.
Приведу простой пример. Чтобы разработать лекарство, необходимо его протестировать, и самый простой способ – получить «больные» клетки, добавить к ним лекарство и посмотреть, «выздоровели» они или нет. Но достать нужные клетки у больного, к примеру, нейродегенеративным заболеванием, очень сложно. Для этого необходимо лезть к нему в мозг. Как вы понимаете, это не всегда возможно. С другой стороны, мы можем взять небольшой кусочек кожи этого пациента, получить из него фибробласты, репрограммировать их в индуцированные плюропатентные стволовые клетки, которые напоминают эмбриональные, а затем, с помощью специальных методов, заставить их превратиться в нервные.
Таким образом, мы получаем нервные или любые другие клетки от больного человека. Если они у нас есть, то мы, нарастив их в достаточном количестве, можем их использовать для скрининга различных лекарственных препаратов. На этих клетках можно проводить исследования для определения причины заболевания, генетической и молекулярной поломки клеток. Это позволит нам разрабатывать новые способы лечения.
Следующая наша лаборатория называется «Структурная биология». Ею руководит Марат Юсупов – член Международного наблюдательного совета КФУ. У него огромный опыт в исследовании трехмерной структуры белков, и он приносит к нам эти компетенции по выделению, кристаллизации и анализу трехмерной структуры белков. Если она известна, то можно с помощью методов компьютерного моделирования проводить виртуальный скрининг лекарственных препаратов. В этом случае белок становится замком, а химические вещества ‑ ключами. Перебирая эти ключи, то есть виртуальную библиотеку химических соединений, компьютер пытается подобрать нужный ключик. Если он это делает успешно, то есть шанс, что вещество будет взаимодействовать с белком. Получив информацию, можно перейти к реальным лабораторным экспериментам. В лаборатории Юсупова эксперименты ведутся с рибосомами и веществами, которые с ними связываются и ингибируют, а это основа для разработки антибиотиков и противоопухолевых препаратов нового поколения.
Еще одна наша лаборатория «Нейрофармакология» занимается нейробиологией под руководством академика Евгения Никольского. У коллектива огромный опыт работы в этой области, в частности, по нейрофизиологии двигательных систем и разработке, скринингу лекарственных препаратов, которые обладают направленным действием на мотонейроны, по-разному влияющие на нейроны головного мозга и периферической нервной системы.
Другая OpenLab называется «ДНК-сенсоры». Данный проект в области биомедицины и фармацевтики реализует Химический институт им. Бутлерова. Они используют молекулы ДНК в виде компонентов биочипов, то есть занимаются разработкой методов детекции либо химических соединений, либо биологических факторов. То есть это разработка биочипов для детекции различных патогенов, диагностики онкологических и других заболеваний.
В открытой лаборатории «Микробные биотехнологии» реализуется несколько проектов. Один из них занимается исследованием бактерии, внутриклеточного паразита, сальмонеллы. Работа по данному проекту направлена на изучение взаимодействия этого организма с клеткой и дает потенциальный выход на разработку лекарственного препарата. Куратор направления – Маргарита Шарипова, приглашенный ученый – Лидия Богомольная (Техас, США). Другой проект этой OpenLab связан с созданием трансгенных растений, экспрессирующих различные микробные белки. Эти растения способны, например, самостоятельно переводить неорганический фосфат, который обычно не усваивается растениями, в органический. Таким образом, решается проблема органических фосфорных удобрений. Стоит отметить что Женя и Лида – выпускники Казанского университета и мои одногрупники.
Занимаемся мы и белково-клеточным взаимодействием. Для руководства этой лабораторией был приглашен профессор Рустем Литвинов. Здесь проводятся исследования на молекулярном уровне взаимодействий белок-белок и белок-клетка: это проблемы свертываемости крови, аутоиммунных заболеваний. Существуют уникальные экспериментальные методы, которые позволяют исследовать взаимодействие единичных молекул.
Еще одна OpenLab называется «Молекулярно-биохимические основы патогенеза и терапии опухолевых заболеваний». Создана она совместно с Центром исследования онкологических заболеваний (США). С нашей стороны лабораторию курирует профессор Зинаида Абрамова, со стороны США ‑ Илья Серебрийский. Лаборатория направлена на скрининг новых противоопухолевых препаратов и поиск молекулярных основ развития онкологических заболеваний. Если мы найдем ответ на вопрос, чем отличается здоровая клетка от опухолевой, то сможем получить точку опоры, мишень, против которой можно будет разработать лекарственные препараты. Еще один проект этой же группы занимается умными полимерами, которые обладают определенными свойствами по самосборке и рассчитаны на то, чтобы доставлять лекарственные препараты в ткани и контролировать выбросы этих препаратов там, где это нужно. Также лаборатория разрабатывает новые биополимерные вещества, напоминающие межклеточный матрикс, то есть то, что клетки связывает в нашем организме. Их можно применять в тканевой инженерии, создавая искусственные аналоги тканей для регенеративной медицины.
Лаборатория «Палеоантропологии и палеогенетики» занимается воссозданием картины прошлого мира на генетическом уровне. Коллектив OpenLab изучает древние материалы, захоронения, ископаемые, описывает народы, которые населяли мир в прошлом, определяют, чем люди болели, какие микроорганизмы населяли мир.
Лаборатория «Комбинаторная химия и нейробиология» работает над поиском новых лекарственных препаратов, применением различных молекулярных методов, разработкой новых тест-систем для скрининга лекарственных препаратов против нейродегенеративных заболеваний.
Как вы могли понять из этого обзора, значительная часть лабораторий занимается нейробиологией. Это научное направление развития является приоритетным в нашей стране и во всем мире. Кроме того, исторически в Казани нейрофизиологическая школа всегда была очень сильна: и в медицинском университете, и в Академии наук, и сейчас, в федеральном университете. Именно на базе этой школы было создано несколько лабораторий.
‑ Есть ли у названных лабораторий выход на практическое применение, или речь идет о фундаментальных исследованиях?
‑ Дело в том, что эти лаборатории созданы только в 2014 году, и ожидать мгновенного практического выхода нельзя. Все делается в рамках программы по повышению конкурентоспособности, а она средне-долгосрочная. Мы решаем и сиюминутные задачи, в частности, по привлечению и удержанию специалистов, особенно молодых, по усовершенствованию материально-технической базы. Решаем и долгосрочные стратегические задачи: создание кадрового потенциала и перевод фундаментальных знаний в практическую медицину.
‑ Что дальше? Можете сказать, какие еще лаборатории планируется открыть?
‑ Конечно. Могу, для примера, назвать лабораторию по исследованиями причин смертности от сердечнососудистых заболеваний в России, нахождением причинно-следственных связей между высокой смертностью, общим показателем здоровья населения, уровнем алкоголизма в России. Она призвана искать меры по предотвращению, профилактике таких заболеваний, продлению жизни населения.
Интересна также идея создания лаборатории тканевой инженерии и 3Д-биопринтинга, нацеленной на разработку новых методов создания искусственных органов и тканей. В идеале мы могли бы напечатать сердце со всеми клетками и кровеносными сосудами, и его можно было бы пересадить человеку. Исследования этой лаборатории на очень далекую перспективу, но они уже ведутся. К примеру, некоторые методы по тканевой инженерии мы уже внедряем в практику.
Рассматривается и проект совместно с Дмитрием Таюрским (заместитель директора Института физики КФУ – авт.) по применению физических методов, в частности, электронного парамагнитного резонанса в биомедицине, методов исследования патологического состояния клеток и тканей. Если мы знаем, что на молекулярном уровне работает не так, соответственно, можем узнать и методы по диагностике этого заболевания.
Планов много, важно, чтобы задуманное реализовывалось.
‑ Спасибо, Альберт Анатольевич, за интересную беседу! Желаем успехов всему вашему коллективу.
