Давайте начнем с одного из последних ваших исследований. Расскажите о нем?
Мы впервые исследовали влияние селенита натрия на морские биолюминесцентные бактерии. По результатам опубликовали статью о механизме влияния на ферментативную систему бактерий. Нам нужно было определить, как селенит натрия влияет на ферменты бактерий. Это поможет понять, насколько вещество токсично и почему.
Кроме того, природные микроорганизмы можно использовать для превращения токсичного селенита натрия в химически нейтральный элементарный селен. Это помогает очистить воду и синтезировать полезные наночастицы селена.
В чем уникальность этих исследований?
Биолюминесцентный метод тестирования позволяет быстро провести большое количество экспериментов и сделать предварительные выводы о токсичности среды. То есть его можно порекомендовать для проведения химических анализов, которые помогут выявить токсичные вещества.
3d-графика, кремниевые подложки и патент Мы первыми исследовали биосинтез на светящихся морских бактериях. До нас биосинтез наночастиц селена проводили с использованием почвенных и морских бактерий. В нашей лаборатории мы исследуем механизмы токсичности на клеточном, биохимическом и физико-химическом уровнях. Также мы определяем содержание активных форм кислорода с помощью люминольного хемилюминесцентного метода. Изучаем, как влияет избыток селенита натрия на активные формы кислорода. Они важны для поддержания гомеостаза клеток.
В наших экспериментах ингибирование биолюминесценции было связано с уменьшением активных форм кислорода. Селенит натрия снижает их содержание, что негативно влияет на организм. По данным исследований, в Красноярском крае уровень селена субоптимальный, то есть нет ни его дефицита, ни избытка.
Почему вы выбрали селен? Есть много других токсичных элементов.
Мы выбрали селенит натрия, потому что много территорий загрязнены соединениями селена. Мы обнаружили, что бактерии способны накапливать селенит натрия и преобразовывать его в нетоксичные наночастицы. Селен встречается в природных и сточных водах. Его высокая концентрация в природных водах характерна для горных районов, включая север Красноярского края и Республику Тыва. В свою очередь, засушливые почвы юго-восточной части России подвержены техногенному загрязнению селеном.
При превышении определенной концентрации селен может вызывать болезни у растений, животных. К тому же, по этой причине у человека может развиваться сахарный диабет и иные метаболические нарушения.
Существуют следующие стратегии для контроля содержания селена: мониторинг с помощью химического анализа, биотестирование, а также использование селен-восстанавливающих организмов для ремедиации загрязненных сред. Эти организмы способны трансформировать токсичные соединения селена (селениты и селенаты) в природных водах в элементарный селен и синтезировать наночастицы селена. Наночастицы селена биогенного происхождения перспективны для создания противоопухолевых препаратов, систем доставки лекарств и усиления действия препаратов.
Учеными выявлено, что существует множество селен-восстанавливающих организмов, включая бактерии, грибы и растения. Среди всех организмов бактерии могут функционировать при высоких концентрациях селенита, то есть биотрансформировать его в элементарный селен. Они синтезируют его в наночастицы в качестве защитной реакции. Мы решили проверить, можно ли использовать наши морские светящиеся бактерии не только для биотестирования, но и для детоксикации сред с избытком селенита натрия, и синтеза наночастиц селена.
Исследователи заинтересованы в использовании селен-восстанавливающих организмов для биосинтеза наночастиц селена, так как это экологически безопасный метод. Он исключает использование агрессивных реагентов и физических факторов. Кроме того, бактерии синтезируют наночастицы, содержащие биополимеры, что облегчает использование наночастиц.
Занимательные факты к юбилею академикаМы изучаем способность светящихся бактерий синтезировать наночастицы селена. Это междисциплинарная работа, связанная с биофизикой и биотехнологиями. Планируем развивать тему, изучая возможность биосинтеза наночастиц других элементов, таких как серебро и железо. Наша лаборатория активно работает с наночастицами железа.
Коллеги из Саратова проводят исследования по влиянию селенита натрия на почвенные бактерии и предложили провести подобные эксперименты на наших морских люминесцентных бактериях. Цель — понять, смогут ли наши бактерии восстанавливать селен из селенита натрия.
Выполняя эксперименты, мы выявили, что морские светящиеся бактерии можно использовать не только для определения токсичности среды, но и для проведения биоремедиации (накапливают токсичные соединения селена), биосинтеза наночастиц (переводят токсичные соединения селена в менее активную форму).
Наша лаборатория занимается различными направлениями, включая исследование биологической активности наночастиц, биосинтез наночастиц, радиотоксичность. По наночастицам у нас исследуются следующие объекты: фуллеренолы, наночастицы селена и железа.
В исследовании наночастиц сейчас пять человек: я, инженер нашей лаборатории, два магистра и бакалавр. У нас магистры обучают более молодых студентов-бакалавров методикам, передают свои знания, полученные от нас, мы им помогаем в этом, курируем их.
Насколько молодежь активно вовлекается в науку, это массовый процесс или единичные случаи?
Немногие студенты интересуются исследованиями и пытаются изучать и внедрять новые методики. У нас есть уникальный студент Андрей Зеньков, учится на первом курсе магистратуры в СФУ, работает инженером в лаборатории фотобиологии Института биофизики СО РАН, выполняет работы по гранту Российского научного фонда. Он активно занимается микробиологией, ищет статьи, изучает методики исследования и применяет в своих исследованиях микробиологические и микроскопические методы.
Такие активные, инициативные студенты встречаются редко. Ему больше интересно выявление механизмов, а в нашем случае — воздействие веществ на биолюминесценцию бактерий. Он хочет изучать детали. Ему интересно экспериментировать и работать руками. Есть такая классификация у биологов — «мокрые» и «сухие» биологи. «Мокрые» — это те, кто проводят эксперименты руками, а «сухие» — на компьютерах. К ним относятся биоинформатики и теоретики. Андрей, наверное, больше «мокрый» биолог.
Многое зависит от научного руководителя, его готовности рисковать и поручать интересные задачи. Доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института биофизики СО РАН, профессор Надежда Степановна Кудряшева — пример научного руководителя, который активно поддерживает начинания молодых исследователей и помогает привлечь специалистов из разных областей для совместных исследований.
Екатерина, расскажите о ваших достижениях, в каких проектах вы участвуете, есть ли какие-то награды?
Собираю портфолио с бакалавриата. Я активно участвовала в конференциях, занимала призовые места. В магистратуре получала повышенную стипендию за научную деятельность, выигрывала молодежные гранты. В 2017 году получила премию Фонда Осаму Шимомура молодым ученым за исследовательские работы в области биолюминесценции. И писала статьи, что важно для поступления в аспирантуру.
В аспирантуре я начала выигрывать денежные стипендии и премии, включая Государственную премию Красноярского края в сфере профессионального образования за высокие результаты в научных разработках, стипендии правительства РФ и президента РФ аспирантам.
При подаче на премии, стипендии, гранты важно участие в конференциях и наличие опубликованных статей. Формировать портфолио нужно еще в бакалавриате. Оно может приносить деньги. Например, у меня была возможность подать заявку на грант в аспирантуре, опираясь на свои награды и конференции. Я выиграла молодежный грант РФФИ-КФН и являлась его руководителем.
В рамках этого гранта мы два года исследовали биологическую активность фуллеренолов разной структуры. Отчеты по гранту включают написание статей, поэтому важно иметь хороший научный бэкграунд. Сейчас активно работаем по двум грантам: молодежный грант РНФ по изучению прооксидантной активности железосодержащих наночастиц и грант по изучению влияния селенита натрия на морские люминесцентные бактерии.
Наш ведущий экспериментатор по работе с соединениями селена Андрей Зеньков уже понял, как важно активно писать статьи, участвовать в грантах в качестве исполнителя или даже руководителя. У него уже есть две статьи, которые можно использовать для подачи на стипендии и надбавки.
Он еще студент, но уже имеет деньги от работы в науке?
Мы объяснили студентам, что успех в науке зависит от активности ученого. Если просто работать на ставку, то зарплаты будут скромными. Но участие в грантах и написание статей могут принести хорошие доходы.
Это требует много времени, свободное время на хобби остается?
Наука для меня — это и работа, и хобби. В свободное время читаю и анализирую статьи, применяя их к работе. Это занимает много времени, но оно того стоит. Встреча со студентами отнимает время, но это приятно. В прошлом году у нас было много студентов, а сейчас они выпустились. Стало немного проще. Студенты в поисках научного руководителя или интересной темы обращаются к Надежде Степановне, она редко кому отказывает и старается принять студентов.
У вас появился активный человек, который снял часть задач. Вы, как и Надежда Степановна, доверяете серьезные задачи своим студентам?
Поначалу всех студентов контролируем, потому что это обучение. Студента нужно научить методике и объяснить, как понимать полученные результаты. В дальнейшем у него больше свободы, но анализ результатов и написание статьи всегда обсуждаются совместно. Чем старше студент, тем меньше мы привязаны к нему ручной работой. Но осмысление результатов — это всё совместно, и большую часть мы берём на себя.
Для себя как ученого какие ближайшие перспективы наметили, и вообще к чему идёте?
Мне сложно делать прогнозы. Работа идет своим чередом. Наверное, мы стремимся, чтобы наши фундаментальные исследования применились на практике и получился какой-то продукт.
Может, эти тесты в дальнейшем будут повсеместно использоваться в медицине, в экологии, в проверке продуктов питания и прочем. Может, в ходе наших исследований мы разработаем что-то новое, что-то отличающееся от биолюминесцентного тестирования. Посмотрим, время покажет.
Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».
