Молодые ученые из Москвы прогнозируют космическую
погоду и придумывают технологии для поиска эффективных противораковых
препаратов.
В феврале научные коллективы и отдельные исследователи
до 35 лет получили 50 премий по 2 млн руб. от правительства Москвы. Лауреатами
премии за выдающиеся результаты в фундаментальных и прикладных научных
исследованиях, а также за разработку и внедрение новых технологий стали 76
человек. Конкурс проводится уже 11 лет. Принять в нем участие могут все – от
аспирантов вузов и сотрудников институтов вплоть до работников коммерческих
компаний, занятых исследованиями и разработками. В 2019 г. по предложению мэра
Москвы Сергея Собянина размер одной премии был увеличен с 1,5 млн до 2 млн руб.
В случае присуждения награды научному коллективу премия делится поровну между
его участниками, а дипломы вручаются каждому из них.
«На первый взгляд многие из отмеченных проектов
кажутся сошедшими со страниц фантастических книг о далеком будущем. Но это уже
реальность. Результаты ряда исследований и многие прикладные разработки успели
зарекомендовать себя на практике», – говорит заместитель мэра Москвы Анастасия
Ракова. «Ведомости. Город» опросил четырех лауреатов премии этого года и
узнал, какие исследования привели их к победе.
Мария
Абунина, 35 лет, и Наталия Шлык, 35 лет
Где
работают: Институт земного магнетизма, ионосферы и
распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН)
Что
сделали: Премия за разработку фундаментальных и
прикладных основ анализа текущего состояния и прогнозирования космической
погоды
СМИ уже окрестили Марию Абунину и Наталию Шлык
«космическими синоптиками», ведь их главная задача – предсказывать космическую
погоду – совокупность явлений, возникающих в атмосфере и магнитосфере Земли
из-за воздействия солнечной активности. Некоторые из них широко известны,
например полярные сияния или магнитные бури.
Влияние Солнца на межпланетное и, в частности,
околоземное космическое пространство уже давно волнует не только научное
сообщество. Колебания активности Солнца могут привести к выходу из строя
спутников, неполадкам в радиосвязи и авариям энергетической инфраструктуры.
Так, в 1989 г. сильнейшая магнитная буря привела к выходу из строя
электроподстанции в Квебеке, оставив целую провинцию в Канаде без
электроэнергии. Вдобавок Солнце нагревает земную атмосферу, что приводит к ее расширению
и изменению баллистических траекторий ракет.
Поэтому госкорпорация «Роскосмос», МЧС и Минобороны
России, капитаны кораблей в Северном Ледовитом океане, операторы связи и
энергетики нуждаются в своевременных и точных прогнозах космической погоды. Их
составляют в ИЗМИРАН уже на протяжении 25 лет, а снизить вероятность ошибок
помогают в том числе научные исследования Абуниной и Шлык.
Девушки-физики анализируют временные ряды –
многолетние данные наблюдений разных параметров солнечной активности и вызванные
ею изменения в состоянии межпланетной среды возле Земли. Это тысячи и тысячи
событий. Затем они строят математические модели, позволяющие объяснить
имеющиеся показатели и на их основе предсказать будущие. Для разных организаций
требуется свой период упреждения – время, на которое делается прогноз.
Например, для Центра управления полетами период упреждения составляет от 8 до
54 суток.
«Каждое новое событие мы внимательно изучаем и по
результатам наблюдений вносим поправки во все имеющиеся модели. Это ежедневный
и тяжелый труд – без выходных и праздников», – делится Абунина. По словам Шлык,
если какое-то событие сильно выбивается из их прогнозов, то приходится уделять
ему особое внимание: «Ведь только так можно в большей степени повысить точность
наших предсказаний».
Ну а что бывает, если не прислушаться к «космическим
синоптикам», недавно продемонстрировал Илон Маск. В феврале 2022 г., несмотря
на предупреждения о мощной геомагнитной буре, компания SpaceX не стала отменять
пуск ракеты с 49 спутниками Starlink. В результате возросшего атмосферного
сопротивления 40 спутников не смогли начать маневры для выхода на заданную
орбиту и сгорели. Маск понес огромные убытки.
А вот фотографы – охотники за полярным сиянием,
наоборот, к ученым прислушиваются всегда, говорят девушки-ученые и признают,
что тут над точностью нужно еще поработать. Например, предсказать следующее
появление полярного сияния Aurora borealis над столицей, как это было летом
2023 г., довольно сложно.
Маргарита
Гаврилова, 30 лет, и Дарья Бухаленкова, 34 года
Где
работают: Московский государственный университет им. М. В.
Ломоносова
Что
сделали: Премия за разработку методического комплекса для
диагностики и коррекции индивидуальных траекторий развития детей в различных
образовательных средах
Все в основном интересуются психологией взрослого
человека, но каждый взрослый «родом из детства». Нобелевской лауреат премии по
экономике Джеймс Хекман, исследователь человеческого потенциала, установил, что
больше всего окупаются инвестиции в развитие и образование в дошкольном
возрасте. А крупнейший отечественный нейропсихолог Александр Лурия называл мозг
ребенка слепком окружающей его реальности. Все будущие способности и навыки
детей – отклик на среду, в которой они находятся, – как с ними говорят, взаимодействуют,
какой опыт позволяют получить и т. д.
В России дети в возрасте с двух до семи лет проводят
до 60% времени бодрствования в детском саду, утверждает Маргарита Гаврилова. По
ее словам, это значит, что детсады обладают даже большей значимостью для развития
малышей, чем семьи. Поэтому необходимо изучать качество образовательной среды в
дошкольных учреждениях.
«Мы наблюдали 1500 детей из 120 детсадовских групп
начиная с четырех лет и до тех пор, пока им не исполнится десять, т. е. когда
они уже перешли к школьному обучению и можно оценить их успехи в начальных
классах. Это называется лонгитюдом, так как наблюдение длится долго, в нашем
случае – шесть лет подряд», – рассказывает психолог.
Исследование состояло из двух частей. Во-первых,
всесторонней и глубокой оценки качества образовательной среды в разных детских
садах. С помощью специальных методик оценивалось как материальное окружение
(сколько игрушек, хватает ли деткам места и проч.), так и особенности общения и
взаимодействия педагогов с дошколятами.
Во-вторых – регулярная диагностика психического
развития детей. Психологи тестировали их интеллект, эмоциональное развитие,
вроде способности распознавать чужие эмоции по выражению лица или понимать, что
вызвало те или иные эмоции у других людей, а также саморегуляцию. Последняя
подразумевает способность ребенка управлять своими когнитивными и
эмоциональными процессами, например удерживать что-то в памяти или проявлять
настойчивость.
Молодым психологам удалось выяснить, что для
гармоничного перехода детей из детского сада в школу – без сильного стресса и
со сформированной готовностью к продуктивному школьному обучению – важна
эмоциональная поддержка педагога в дошкольном учреждении, его восприимчивость и
помощь в развитии разных навыков.
Воспитателям необходимо проявлять интерес к мыслям и
чувствам малышей, слушать и серьезно воспринимать их, поддерживать детскую
инициативу, давать позитивную обратную связь.
«Предположим, ребенок немного отстает от своих
сверстников в академических успехах. Если спросить людей, когда он их догонит,
то все отвечают, что за пару месяцев – полгода. Но в реальности, когда
определенные навыки не были сформированы в детском саду, разрыв в развитии
малыша с одноклассниками будет только расти», – отмечает Гаврилова.
По результатам своего многолетнего исследования
Гаврилова и Бухаленкова разработали тесты для оценки психического развития
дошкольников и их последующей адаптации к школе. Кроме того, они регулярно
проводят тренинги для педагогов московских детских садов и школ, лекции и курсы
повышения квалификации для воспитателей со всей России.
Тимофей
Лебедев, 33 года
Где
работает: Институт молекулярной биологии им. В. А.
Энгельгардта РАН
Что
сделал: Премия за создание клеточной платформы для
поиска эффективных противораковых препаратов с помощью высокопроизводительной
флуоресцентной микроскопии и методов машинного обучения
Рак – одна из ведущих причин смертности в России и
мире. Поэтому поиск новых эффективных противоопухолевых препаратов – одна из
центральных задач для всей биомедицинской индустрии.
Раньше все новые средства-кандидаты сначала
тестировали на лабораторных животных, у которых предварительно вызвали рак.
Потом на культурах раковых клеток в чашках Петри (прозрачный лабораторный сосуд
в форме невысокого плоского цилиндра. – «Ведомости. Город»). Критерий был один,
и очень простой, – убивает ли то или иное соединение клетки опухоли. Однако
быстро выяснилось, что этого недостаточно.
Ключевое отличие раковых клеток от нормальных – их
быстрое и бесконтрольное деление. Привести к нему может множество разных
причин, отдельные мутации в ДНК вызывают неправильную работу совершенно разных
белков, которые еще и отличаются для разных видов рака. Поэтому стали искать
более точные, избирательно действующие на отдельные белки препараты, которые бы
влияли на какой-то внутренний процесс мутировавших клеток и приводили к их
гибели.
Сейчас таких препаратов существует несколько сотен.
Проблема в том, что опухоли часто адаптируются к ним, становятся невосприимчивы
к лечению, а значит, необходимо сменить один препарат на другой, но с тем же
белком-мишенью. Кроме того, в очереди на испытание десятки тысяч новых веществ,
а процесс исследования и подтверждения эффективности очень сложный. Стандартным
подходом сейчас считается одновременно тестировать до 1000 различных клеточных
культур и смотреть, как разные вещества воздействуют на них.
Тимофей Лебедев предложил принципиально новый подход к
проверке эффективности препаратов. Он основан на прямом наблюдении за
изменениями морфологии раковых клеток, т. е. их формы. Они могут
вытянуться или сжаться, стать в десятки раз больше обычного размера, вместо
одного ядра может появиться пять и т. д. Все это свидетельства, что опухолевая
клетка застряла на каком-то этапе процесса деления. А значит, экспериментальный
препарат работает.
Систематически наблюдать это стало возможно за счет
двух инноваций – развития флюоресцентной микроскопии и нейросетей для
автоматической обработки и анализа изображений. В геном раковых клеток вносится
несколько мутаций, заставляющих потенциальные белки-мишени светиться
(флуоресцировать) разными цветами при попадании на них лазерного луча. После
этого в лунки добавляется средство – кандидат в лекарственные препараты. Затем
чашку Петри с помощью флуоресцентного микроскопа ежедневно фотографируют.
Полученные изображения алгоритмы искусственного интеллекта анализируют и
сравнивают, моментально выявляя изменения сотни морфологических параметров.
Благодаря новому подходу теперь можно размещать и
анализировать до 100 микроскопических культур опухолевых клеток в разных лунках
одной чашки Петри. По мнению Лебедева, этот метод будет крайне востребован
фармацевтическими компаниями, так как позволит быстро и дешево протестировать
эффективность большого количества потенциальных лекарственных препаратов.
Разработка Лебедева уже находит широкое применение в
академических исследованиях, например, в Сеченовском Университете и China
Medical University. Также интерес к ней проявляют биомедицинские стартапы и
фармацевтические компании, говорит молодой ученый, не уточняя детали.