В России и республике существует немало грантовых программ, позволяющих молодым исследователям заявить о своих проектах, доказать их экономическую перспективность и получить средства на развитие своей идеи. Одна из них – молодежный инновационный конкурс «У.М.Н.И.К.», победители которого получают федеральный грант в 400 тысяч рублей. О своих проектах нашему журналу согласились рассказать трое победителей «УМНИКа-2013»

Генный конструктор

Елена Михайлова, аспирант  биофака  БГУ, призер в номинации «Биотехнологии» 

В светлой комнате на множестве полок стоят небольшие светло-зеленые растения с длинными листьями. Это рапс, все больше любимый сельхозпроизводителями, поскольку его масло идет в пищу и на маргарин, а также используется в промышленности, из него делают корм для скота, а в последнее время – и биотопливо. Несколько растений стоят в больших шкафах с целой системой ламп и вентиляции - это климатокамеры. 

- Мы ищем оптимальные условия, - поясняет Елена. - Рапс, как и многие культуры, не любит комнатного воздуха, подсушенного батареями.

Рядом стоят емкости с табаком и пшеницей. Все это не обычные растения, а трансгенные.

- Рапсу был вживлен ген повышенной урожайности, - продолжает девушка. - Как? Есть два способа  изменения генетики растений. Первый - агробактериальный: агробактерии передают растениям нужные гены благодаря естественной способности трансформировать клетки, затем их убивают. Второй – 

биобаллистика (или метод генной пушки): клетки-мишени бомбардируются покрытыми ДНК металлическими частицами. Мы использовали первый способ: при помощи бактерий передали ген семенам материнского растения рапса. Теперь ждем весны, чтобы начать полевой опыт.

- Несмотря на то, что генно-модифицированные сорта занимают 

11 процентов посевных площадей планеты, до сих пор высказываются сомнения в их безопасности…

- Полученные таким образом сорта проходят многоступенчатую проверку на токсичность и канцерогенность. Поэтому лицензированные сорта безопасны. А нашумевшая статья Сералини про рак у крыс из-за ГМО была отозвана из печати - сделанные там выводы признаны недостоверными. 

В России до сих пор был разрешен ввоз некоторых сортов (не посадочного материала) кукурузы, картофеля, сои, риса и сахарной свеклы, а выращивать ГМР можно было только на опытных участках. С 1 июля новый закон разрешает сеять несколько видов генно-модифицированных зерновых. При этом из 21 разрешенного к использованию сорта 11 разработаны американской корпорацией «Монсанто», 5 - швейцарской «Сингента Сидс», остальные линии - плод труда других иностранных фирм, и только один сорт картофеля («Елизавета») создан нашими учеными. Мы рискуем впасть в зависимость от иностранных ГМ-сортов, в то время как усиленная сопротивляемость вредителям и гербицидам не столь актуальна для нашего земледелия, как устойчивость к неблагоприятному климату. Нам нужны свои лицензированные ГМ-сорта. Причем работать нужно над «родными» для нашей местности растениями - такими, как рожь и рапс. Рапсовое масло, например, вкуснее подсолнечного, оно обладает приятным ореховым ароматом и по вкусу и содержанию полезных веществ не уступает оливковому. 

Однако есть другая опасность: от «культурного» генно-модифицированного сородича гены устойчивости к гербицидам и вредителям могут передаться его «диким» сородичам-сорнякам. Кукурузе в России такая опасность не грозит - здесь у нее родственников нет, а вот с рапсом это вполне может случиться. Установлено, что в одних районах культурные растения более склонны скрещиваться с «дикими» родственниками, чем в других. И мое исследование как раз направлено на то, чтобы научиться избегать этой опасности при высаживании трансгенного рапса.

- В чем будет состоять полевой опыт?

- Во-первых, проверим, насколько повысится урожайность. Во-вторых, узнаем, скрестится ли наш рапс со своими родственниками-сорняками и появится ли этот ген у них. Если появится, надо будет дальше изучать, сохранится ли он в последующих поколениях дикорастущих растений.

- Как определяют, стало растение трансгенным или нет?

- Можно найти трансген при помощи ПЦР-анализа. Но это дорого. Дешевле высадить гибридные семена и проследить экспрессию целевого гена - то есть устойчивость к гербицидам, насекомым-вредителям или, в нашем случае, повышенную урожайность. Конечным результатом исследования станет метод оценки безопасности возделывания трансгенного рапса для экосистем различных регионов.

- Что еще может нам дать генная инженерия?

- Повысить устойчивость различных культур к климатическим условиям, их урожайность и пищевую ценность. На мой взгляд, возможности традиционной селекции в этом направлении уже исчерпаны. Сейчас в масле рапса содержится вредная эруковая кислота (из сортов, где ее много, получают техническое масло). Можно создать безэруковый рапс. Или картофель, в котором при жарке будет образовываться меньше канцерогенного и мутагенного вещества акриламида. Перед нами открываются очень широкие возможности.

Поймать бактерию

Анжела Цветкова, студентка 

V курса кафедры фундаментальной и прикладной микробиологии БГМУ, победитель в номинации «Биотехнологии»

Пробирку с жидкостью, предположительно содержащей исследуемый вредоносный микроорганизм, Анжела помещает в аппарат, где создана температура в 94 градуса Цельсия - ненадолго: времени как раз хватает, чтобы две нити ДНК бактерии отсоединились друг от друга, но не погибли. До этого была изучена уникальная последовательность нуклеотидов, характерная именно для данной бактерии: она уже известна и помещена в международную базу данных о ДНК всех известных организмов, так называемый ген-банк. Это дает возможность заранее синтезировать праймеры - короткие одноцепочечные молекулы из тех же самых нуклеотидов, подходящие к участкам цепочек ДНК искомого микроорганизма. 

Далее температура уменьшается до 50-65 градусов - цепочки исследуемой ДНК начинают вновь сходиться, но не успевают: к реакции подключаются заранее добавленные в пробирку праймеры - их много, и они «находят» цепочки и присоединяются к ним раньше. После этого остается только досинтезировать короткий участок между праймерами при температуре 72 градуса и многократно увеличить количество  - и патогенные бактерии «опознаны». За полтора-два часа в ПЦР-аппарате происходит несколько циклов реакции - с каждым циклом количество цепочек ДНК патогенной бактерии увеличивается (за это отвечает присутствующий в пробирке фермент полимераза), и подсоединенный к аппарату компьютер с каждым разом вычерчивает все более высокие графики. Если же бактерии в пробе нет, графики на экране не появятся.

Полимеразная цепная реакция - очень чувствительный метод анализа. Он уже применяется в наших  больницах в тех случаях, когда, например, выявление болезнетворного микроорганизма по наличию в крови  антител или при помощи микроскопа неэффективны, а также для установления отцовства, клонирования генов, выделения новых генов.

Но тест-системы для точного выявления бактериального вагиноза пока что нет - ее и разрабатывает Анжела. Направляют и помогают ей в исследовании микроскопического «белого поля» внутри организма заведующий кафедрой профессор Айрат Мавзютов и профессор Татьяна Маркушева - заведующая лабораторией группы генетики микроорганизмов в Институте биологии УНЦ РАН.

- Микрофлора женского организма - очень чувствительная система, - поясняет Анжела. - Ее характеристики могут меняться при любых патологических и физиологических сдвигах. Место полезных и необходимых бактерий могут занять болезнетворные - например, вагиноз-ассоциированные бактерии («ассоциированные» - это значит, что бактерии являются признаком заболевания, но не доказано, что они же его и вызывают). Бактериальный вагиноз - заболевание довольно распространенное и приводит к воспалению органов репродуктивной системы, бесплодию, преждевременным родам, инфицированию плода.

- На что вы будете использовать завоеванный грант?

- На реактивы. Их нужно довольно много.  

- Вы создадите надежную тест-систему. Что дальше?

- Будем реализовывать ее медицинским учреждениям. В крупных больницах уже есть ПЦР-аппараты и обученный персонал, так что проблем с внедрением нашего метода быть не должно. Будем дальше изучать эти бактерии: как они взаимодействуют с другими, как реагируют на различные виды антибиотиков. Возможно, приблизимся к созданию лекарства против них.

«Я с детства 

верю в роботов»

Олег Целищев, аспирант кафедры технической кибернетики 

УГАТУ, победитель в номинации «Информационные технологии»

На столе стоит загадочный аппарат. Говоря научным языком, это трехмерная портальная система. В плане сборки осталось не так уж много: изучить описание компонентов и понять, какой провод куда должен идти, а затем разработать схему подключения «мозга» - электронных компонентов. Этим сейчас и занимается создатель аппарата. Завоеванный Олегом грант как раз и пошел на материальное воплощение уже созревшего и математически просчитанного замысла. Но сборкой дело не закончится -  впереди кропотливый процесс разработки программ. Программный комплекс, кроме всего прочего, позволит аппарату «видеть» объект и выполнять поставленные задачи на основе зрительной информации.

Электроника прочно обосновалась практически во всех сферах деятельности человека - как в быту, так и в системах управления автомобилями, самолетами, поездами и кораблями. Но сердце любого компьютера - печатные платы с электронными компонентами. Работая в агрессивных средах - например, на борту корабля или самолета - они быстро выходят из строя. Поэтому их защищают специальными покрытиями. 

- Есть три способа защиты, - объясняет Олег. - Первый - покрытие наносится вручную кисточкой, что, как вы понимаете, долго, и каждая плата получается уникальной. Второй - плата погружается в ванну с покрытием, но предварительно опять-таки вручную маскируются элементы, которые покрывать нельзя. В третьем случае покрытие наносится специальным аппаратом, который автоматически исключает из обработки участки, не нуждающиеся в защите. 

Лидерами в производстве таких аппаратов являются две компании из США и Южной Кореи. Однако их комплексы дороги и обладают избыточной производительностью. К тому же необходим контроль качества прямо в процессе нанесения, а у зарубежных производителей эти процессы происходят отдельно. Жидкий защитный материал может содержать пузырьки воздуха, что даст пробелы в покрытии. По всем этим причинам специалистам УГАТУ было предложено разработать свой аппарат.

- Почему заказ получили именно уфимские инженеры?

- В Уфе находится НПП «Полигон» - один из крупных производителей специального и профессионального радиоэлектронного оборудования. Собственно, «Полигон» и есть наш заказчик. И если большинство победителей «Умника» сначала изобретают что-то, а потом пытаются реализовать, то я двигался наоборот - от проблемы заказчика. Именно так рождаются многие открытия и инновации в развитых странах. Причем мне, в отличие от многих обладателей хороших идей, сразу было предоставлено и место для работы - Центр коллективного доступа, в котором мы с вами и находимся. Здесь есть все необходимое оборудование.

- А почему столь нужный стране аппарат изобрели именно вы?

- Перед началом работы мы - несколько аспирантов вуза - собрались и стали совещаться: возможно ли вообще это сделать и кто возьмется. Одни отказались потому, что у них уже есть стабильная работа, другие сочли идею нереализуемой. А я с детства верю в то, что в будущем большую часть тяжелой и скучной работы за человека будут выполнять автоматы и роботы. Поэтому и выбрал робототехническую специальность. 

Создание нашего аппарата идет в заданном русле развития отечественной промышленности: мы должны постепенно избавиться от импортозависимости. И если потребительскую электронику - сотовые телефоны, компьютеры, планшеты - по-прежнему дешевле закупать за рубежом - то в области профессиональной и специальной электроники (то есть бортовых компьютеров для автомобилей, поездов, а также самолетов, кораблей гражданского и военного назначения) значительную долю рынка занимают наши предприятия - в России их около 1800. Для контактов с новыми заказчиками уже набрана команда: два инженера-программиста, инженер-технолог, дизайнер, экономист, маркетолог, инновационный менеджер и я - инженер-конструктор. Но и на этом мы останавливаться не собираемся. Дальше наступит очередь новых аппаратов и роботов для решения новых задач.