Время ботаников На Юге России готовят новую научную элиту страны

В советские годы важнейшими из наук считались математика и физика — две дисциплины, востребованные военно-промышленной отраслью. В новом веке приоритеты изменились. Современное общество наибольшие надежды возлагает на науки о жизни: биологию, химию, экологию, медицину — все то, что может продлить нашу жизнь и улучшить ее качество. Как следствие появилось множество благотворительных образовательных проектов, прежде всего для школьников и студентов, в рамках которых молодые люди могут не только получить расширенные знания по естественнонаучным предметам, но и ознакомится с основами будущей профессии. Об одном из таких проектов — образовательном центре «Сириус» — «Лента.ру» рассказывает в рубрике «Страна добрых дел» /.

— Мне 17 лет и последнее время я жила с мыслью, что не совершила ничего полезного для этого мира. Попав же в «Сириус», я получила возможность сделать что-то действительно стоящее. Я выбрала проект, посвященный современной генетике и вместе с ребятами из других школ, работала над тем, что в будущем улучшит жизнь многих людей, — делится впечатлениями Алина Терехова, одна из участниц научной смены образовательного центра «Сириус».

Как объяснить такой фундаментальный процесс, как старение организма и научится управлять им? Как решить проблему исчерпания невозобновляемых природных ресурсов и перейти на возобновляемые источники сырья и энергии? В каких сферах человеческой жизни можно использовать самый революционный на сегодняшний день материал — графен?.. Ученые уверены: если XX век был веком физики, то XXI можно назвать эрой биологии. Человек обратился к самому себе, чтобы познать, кто и что он есть.

В то же время, российские ученые обеспокоены. Уже сейчас отечественной науке не хватает молодых кадров. Демографический кризис 1990-х годов и консервативная школьная программа, неспособная заинтересовать детей науками о жизни, привели к тому, что в последние годы конкурс в вузы на естественнонаучные факультеты заметно упал. Так, по данным портала три самые популярные профессии 2010-х годов — IT-специалист, врач и инженер. Ими хотят стать 32 процента выпускников школы. Специальность же химика, биолога или эколога выбрали лишь 6 процентов абитуриентов.

— Современная наука нуждается не просто в грамотных специалистах, а в людях, для которых работа — это призвание, — заметил в одном из интервью академик, ректор РНИМУ и заместитель директора по научной работе ИБХ РАН Сергей Лукьянов. — Поэтому очень важно проводить занятия со школьниками, дать им шанс почувствовать вкус будущей профессии и принять осознанное решение при выборе своей судьбы.

Решением проблемы стало дополнительное образование — внешкольные программы, знакомящие старшеклассников с передовыми достижениями науки в форме интерактивных занятий, лабораторных исследований и проектной деятельности. Так, еще в 2011 году благотворительный фонд «Система» запустил всероссийскую программу «Лифт в будущее». В ее рамках фонд устраивает выездные лагеря, где школьники под руководством ученых разрабатывают собственные научные проекты: определение критического уровня пестицидов в природной экосистеме и исследование возможности использования свойств живых организмов для переработки отходов и дезинфекции сточных вод.

Вслед за «Лифтом» последовали и другие. Так, в Пущино в Межфакультетском центре МГУ им. Ломоносова проходит летняя школа по биоинженерии и биоинформатике. Компания «Роснано» организует в российских городах «Нанограды» — каникулярные школы для одаренных детей. А во Владивостоке при поддержке компании «Иннопрактика» уже год работает «Тихоокеанская проектная школа», где дети изучают актуальные проблемы дальневосточного региона, в том числе и экологические.

Теория графов, бобслей …

— Мы хотели создать площадку, которая собирает, с одной стороны, талантливых детей, а с другой — выдающихся ученых и педагогов, способных не только дать детям знания, но и вдохновить их на подвиги, — говорит заместитель руководителя фонда «Талант и успех» по науке Михаил Случ.

Образовательный центр «Сириус», созданный по инициативе президента РФ Владимира Путина — синтез едва ли не всех современных образовательных программ. Он был открыт в Сочи в июне 2015 года фондом «Талант и успех» на базе олимпийской инфраструктуры.

— Центр работает круглый год. Обучение в нем бесплатное, — продолжает Михаил Случ. — Мы приглашаем одаренных ребят из различных регионов России, проявляющих способности в академической музыке, живописи, литературе, спорте и, конечно же, в науке. Главный критерий отбора — победы в олимпиадах, турнирах и конкурсах регионального, всероссийского и международного уровня.

Каждый месяц в «Сириус» приезжает 600 учащихся в возрасте от 10 до 17 лет. Обучение идет по трем направлениям: наука, искусство и спорт. Смена длится 24 дня. В направлении «Наука» она обычно посвящена какой-то определенной теме. В зависимости от этого приглашаются и кураторы — педагоги ведущих вузов или специалисты крупных компаний.

Кроме собственно занятий, в «Сириусе» есть и открытые лекции, которые читают «приглашенные звезды». К примеру, математик Андрей Райгородский обсудил с ребятами жемчужины комбинаторики и теории графов, писатель Лариса Вербицкая прочла лекцию о языке современной России, Кристина Смит, чемпионка по бобслею, рассказала об олимпийских достижениях в спорте. А недавно в «Сириусе» состоялась лекция биохимика, лауреата Нобелевской премии по химии Арье Варшеля, который рассказал школьникам о молекулярном моделировании.

…и проточный цитофлуометр

Что же касается наук о жизни, то для их изучения в «Сириусе» созданы все условия. Научный парк расположен в здании, в котором во время Олимпийских игр работал медиацентр. Здесь для ребят оборудованы учебные классы, конференц-залы, а главное — пять творческих лабораторий. Две из них — лаборатория биохакинга и нанотехнологий — предназначены для юных химиков и биологов.

— В лаборатории нанотехнологий мы можем получать новые материалы, придавать им уникальные свойства, а также изучать морфологию материалов с разрешением до нескольких десятков атомов, — рассказывает Владимир Ларин, заместитель начальника проектных лабораторий образовательного центра «Сириус». — Лаборатория же биохакинга предназначена для решения широкого круга задач в области биологии и экологии. Здесь ученики могут работать с микроорганизмами, а также с ДНК, РНК и белками, изучая действие различных веществ и факторов на клетки человека и других организмов, исследуя работу генов или создавая новые организмы.

Разумеется, сотрудники центра гордятся своей научно-технической базой.

— ДНК-амплификатор в «реальном времени», проточный цитофлуориметр, сканирующие зондовые микроскопы, КР-спектрометры, рентгенофлуоресцентное оборудование, — перечисляет Ларин. — Если в наши лаборатории пригласить серьезных ученых, то они смогут выполнить настоящую научную работу. У нас же исследования проводят дети, и проводят их ровно так, как это делается в реальной жизни.

Туидум нежный и куриный эмбрион

За год работы «Сириуса» прошло три смены, посвященные естественным наукам: две учебные и одна проектная. Первыми в феврале 2016 года научный парк опробовали старшеклассники из Уральского и Сибирского федеральных округов. Под руководством преподавателей Новосибирского государственного университета и сотрудников лаборатории имени П.Л. Чебышева Санкт-Петербургского государственного университета ребята три недели изучали химию и биологию. Они ставили различные химические опыты — в школах это теперь, с развитием электронных средств обучения, большая редкость. Самостоятельно выращивали азотофиксирующие бактерии в чашках Петри. Следили за реакциями на определение вторичных метаболитов у растений, осваивали методики выделения молекул ДНК из клеток человека. А на занятиях в сочинском парке «Южные культуры» даже выявили 11 видов мхов, не указанных ни в одном справочнике: Туидиум нежный, Цератодон пурпурный, Вейсия зеленоватая и другие.

Вторая учебная смена по биологии прошла в «Сириусе» только что — в октябре. Ее организаторами были Институт биологической химии РАН, Российский медицинский институт им. Пирогова и Московский государственный университет.

Чтобы узнать, как у ребят идут дела, я позвонила одному из учеников этой смены — Егору Алимпиеву. Был вечер среды, 19 октября. Егор ответил не сразу. Когда же снял трубку, в ней слышались шум, смех и громкие голоса.

— Я из Тулы, учусь в 11-м классе и очень увлекаюсь биологией, — сказал Егор. — В «Сириусе» я впервые. Здесь очень интересно. Сегодня утром мы составляли задачи по физической химии. Днем я работал в лаборатории. А сейчас играю с друзьями в «Что? Где? Когда?» Поэтому тут так шумно.

— В рамках биологической смены было около двадцати спецкурсов, из которых каждый школьник должен был выбрать себе пять, — рассказывает куратор смены, кандидат химических наук, сотрудник ИБХ РАН Александр Василевский. — Большинство занятий были посвящены современной биоорганической химии, молекулярной биологии и генетике. Так, школьники учились получать рекомбинантные белки в бактериях именно так, как это делают сейчас фармацевтические компании, когда производят, например, инсулин.

Егора же из всех спецкурсов больше всего заинтересовал курс по эмбриологии.

— Как раз сегодня мы препарировали куриный эмбрион, изучали стадии его развития и пробовали самостоятельно определить его возраст. У нас, в тульской школе, я никогда бы не смог провести такого исследования.

Метод полимеразной цепной реакции…

Но самый большой азарт у ребят вызвала проектная смена, которая пока что проводилась один раз — в июле 2016 года.

— Весь первый год мы работали в формате сборов и обучения сильных школьников, призеров всевозможных олимпиад, — говорит заместитель директора фонда «Талант и успех» по направлению «наука» Михаил Случ. — Но мы понимаем, что решение короткой задачи на олимпиаде кардинально отличается от настоящего научного исследования. Поэтому мы решили дополнить смены проектной деятельностью, максимально приближенной к научной работе.

Всего ребятам было предложено семь направлений, каждое из которых содержало около десяти проектов: «Приспосабливаем космос для жизни человека», «Конструируем доступный электромобиль для МЧС», «Извлекаем пользу из Big Data» и прочие.

Большая часть этих проектов так или иначе связана с науками о жизни. Одна из команд, к примеру, изучала с помощью методов полимеразной цепной реакции геном бутерброда. А другая разработала технологию распознавания личности для аутентификации и определения психоэмоционального состояния пользователя на основе данных мозговой активности.

— Ребята создали законченный продукт — прибор, который может применяться в самых разных областях человеческой жизни, — говорит Владимир Ларин. — Причем довели его до такого уровня, что изобретение это при желании можно запатентовать.

Неудивительно, что у организаторов центра много планов на будущее. В феврале 2017 года в «Сириусе» пройдет еще одна проектная смена для Урало-Сибирского федерального округа — она познакомит школьников с биотехнологиями и биоресурсами. К лету готовится смена, предусматривающая проекты по медицине и сельскому хозяйству. Кроме того, есть идея предоставлять лаборатории «Сириуса» ученым, которые смогут проводить там научные исследования, а в свободное время — заниматься с детьми.

— Но главное, нам хочется добиться, чтобы наши самые яркие проекты развивались и дальше, — говорит Ларин. — Чтобы наши выпускники не пропадали, а продолжали взаимодействовать со своими научными руководителями и возможными работодателями.

… и ДНК людей и лам

— Я увлекаюсь математикой и информатикой, а биология мне никогда не нравилась, — говорит участница летней проектной смены Софья Семенова-Звенигородская. — Но поработав с большими данными, я поняла, что современная биология немыслима без математики. И это отлично!

Соня — девятиклассница, ученица московского лицея «Вторая школа». В «Сириусе» она уже во второй раз. Зимой вместе с другими учениками лицея она приезжала на учебную смену по математике. Летом же участвовала в проекте «Предсказание поехавшей рамки считывания для антител», проходившего в рамках направления «Извлекаем пользу из Big Data».

«Предсказание поехавшей рамки…» — один из самых показательных проектов июльской смены. Его организатором стала российская фармацевтическая компания BIOCAD, а темой — биоинформатика, наука об извлечении, организации, анализе, интерпретации, использовании и хранении биологической информации.

— Биоинформатика — новая дисциплина, специалистов в этой области мало, поэтому нам захотелось заразить ребят интересом к ней, — говорит Павел Яковлев, директор департамента вычислительной биологии компании BIOCAD. — Мы дали детям решить практическую задачку, которая напрямую связана с использованием больших данных.

В ходе эксперимента его участникам предстояло сравнить антитела, содержащиеся в человеческой крови и крови лам, уникальных животных, никогда не страдающих онкологическими заболеваниями. Школьникам были предоставлены внутренние результаты компании BIOCAD секвенирования ДНК лам и людей и открыт доступ к вычислительному кластеру AMAX. Но возникла и проблема. Во-первых, машина работает не идеально, допуская ошибки в прочтении антител; во-вторых, сами антитела постоянно мутируют, создавая множество вариаций. Перед школьниками стала задача — написать алгоритм, который мог бы обнаруживать, а затем исправлять ошибки прочтения последовательности антител.

— У нас было15 миллионов прочтений! Никто из ребят никогда не работал с такими большими данными! — делится впечатлениями Соня. — Мы писали один алгоритм за другим. Исписывали всю доску. Запускали их на вычислительном кластере... Они не шли… В 10 часов вечера в «Сириусе» был отбой, после этого часа у нас забирали все ноутбуки. Но мы продолжали считать — на телефонах, под одеялом, до двух часов ночи…

24 июля Соня и ее товарищи с блеском защитили проект.

— Ребята самостоятельно отследили сходство антител ламы и человека, обнаружили уникальные для ламы антитела, провели ряд экспериментов над ними, — говорит Павел Яковлев. — Работа эта была не просто интересная, но и практически важная — подобные методы используются в разработке терапевтических белков таргетной терапии для лечения раковых заболеваний.

Нефтешламы и дистиллированная вода

Специалисты уверены: работы у ученых, занимающихся науками о жизни, в ближайшее время будет достаточно. Так, компания «Роснано» среди прочего разрабатывает производство функциональных протеинов из сырья животного происхождения и продуктов с улучшенными биологическими свойствами на их основе. В компании BIOCAD идут доклинические исследования четырех инновационных препаратов моноклональных антител для лечения онкологических и аутоиммунных заболеваний. А в апреле 2016 года в Кубанском государственном технологическом университете на базе Института нефти и газа открылась лаборатория по переработке отходов нефтегазовой промышленности.

— До недавнего времени нефтешлам практически не перерабатывался. Его просто вывозили грузовиками за территорию завода и закапывали в яму, — говорит завкафедрой нефти и газа КубГТУ Юрий Ясьян. — Но сейчас, когда нефтеперерабатывающая промышленность активно развивается, а техногенная нагрузка на природные экосистемы возрастает, больше так поступать невозможно.

Лабораторный комплекс был создан в рамках благотворительного проекта ОАО «Филип Моррис Кубань». Его цель — разработка технологических решений по утилизации отходов нефтегазовой отрасли и их вторичному использованию. Оснащенная современным оборудованием лаборатория позволит повысить качество учебного процесса и будет способствовать вовлечению студентов в научно-исследовательскую работу.

— Поддержка образования вот уже много лет является одним из глобальных направлений компании в области благотворительности, — говорит генеральный директор ОАО «Филип Моррис Кубань» Владислав Калашников. — На протяжении 13 лет наша компания предоставляла именные стипендии и гранты лучшим студентам и аспирантам ведущих вузов Краснодарского края и Ростовской области. Сейчас благотворительная программа переориентирована в плоскость укрепления научно-технической базы университетов для дальнейшего улучшения качества подготовки будущих кадров, участвующих в развитии социально-экономического потенциала нашего региона. Оборудование данного лабораторного комплекса — первый проект в этом направлении — реализован совместно с Кубанским государственным технологическим университетом, с которым нашу компанию объединяет около 20 лет плодотворного и доброго сотрудничества.

— На деле нефтешламы — это грязная смола с различными механическими примесями: глиной, песком, окалиной, — поясняет Юрий Ясьян. — Мы отбираем их из резервуаров, доставляем в лабораторию и анализируем состав и химические свойства. Затем удаляем из отходов все негативные вещества: остатки углеводорода, тяжелые остатки. В результате у нас остаются лишь примеси и дистиллированная вода. В дальнейшем их можно использовать в строительстве. Например, песок и глина могут стать наполнителем для кирпича или дорожного покрытия.

На данный момент в лаборатории занимаются в основном студенты и аспиранты КубГТУ. В планах университета превратить лабораторию в полноценный научный центр.

Лаборатории Кубанского университета

Фото предоставлено пресс-службой «Филип Моррис Кубань»

— Мы бы хотели уделять больше внимания анализу твердых и жидких отходов, — говорит Ясьян. — Детально зная состав того или иного нефтешлама, мы могли бы, во-первых, быстрее его утилизировать, а во-вторых, дать рекомендации нефтегазовой промышленности по уменьшению отходов. Но наша главная задача — способствовать формированию нового поколения ученых, которые обладают экологическим мышлением и у которого будут популярными «зеленые» технологии. Очень важно, что в достижении этой задачи нам помогает бизнес в лице нашего надежного и долгосрочного партнера — производственного предприятия «Филип Моррис Кубань», у которой забота об экологии является одним из приоритетов ведения бизнеса.

Если дело так пойдет и дальше, в ближайшем будущем у отечественных ученых есть реальный шанс создать в России мировой центр биотехнологий.