Российские ученые научили наночастицы считать

«У нас серьезные шансы обогнать весь мир»
Российский ученый, опубликовав важную работу,
рассказал о том, что мешало ее делать быстрее

Николай Подорванюк, «Газета.Ру»

27-летний российский ученый Максим Никитин, опубликовавший статью в самом престижном в мире журнале по нанотехнологиям, рассказал «Газете.Ru» о проблемах заказа и доставки реагентов, без которых не могут обходиться разработки в области наук о жизни. Чтобы не упустить приоритет, он работал по 70 часов в неделю, потратил на реагенты около $20 тыс. семейных денег, а часть экспериментов провел дома, так как работать в институте ночью не позволяла охрана.

– В чем суть вашей работы, опубликованной в Nature Nanotechnology?

– Мы разработали метод для превращения любой нано- или микрочастицы в миниатюрный «биоробот», способный самостоятельно принимать решения – например, надо ли взаимодействовать с клеткой. Мы научили частицу вычислять любую функцию из функционально полного набора логических функций («ДА», «НЕТ», «И» и «ИЛИ») для двух операндов-биомолекул. Теперь, скажем, наночастицы могут осуществлять доставку лекарств к клеткам на основе анализа сразу нескольких параметров. Кстати, наш метод – единственный, который при вычислениях полного набора логических функций может обходиться без использования ДНК.

Схема работы нанобиокомпьютера из статьи Biocomputing based on particle disassembly

– Для лечения каких болезней можно применять вашу систему?

– Говорить о лечении пока рано, но для терапии заболеваний наша разработка – базовый кирпичик в фундаменте создания принципиально новых, «умных» лекарственных агентов. Чтобы пояснить возможный потенциал таких агентов для широкой аудитории, приведу очень упрощенные примеры. «Умные» агенты могли бы следить за составом крови и генерировать инсулин, когда выполняются два условия одновременно: высокий уровень сахара и невысокий уровень инсулина (результат логической функции «А и не Б» равен 1). Как только уровень инсулина нормализуется, генерация инсулина прекращается.

Другой пример – нарушение свертываемости крови. К сожалению, у многих людей есть такая проблема...

– ...я тут же вспомнил больного гемофилией царевича Алексея…

– Ну, это крайний случай. Например, в случае повышенного риска тромбообразования «умные» лекарства могли бы оказать неоценимую помощь, регулируя концентрацию антикоагуляционных агентов в крови. Хотя их потенциал, безусловно, не ограничивается этими двумя примерами.

Что же касается использования метода для сложных анализов крови – это, возможно, уже завтрашний день, хотя это уже вопрос быстрого развития бизнеса, конкуренции с другими методами и т.п.

– Это редкий случай – публикация в таком престижном журнале, как Nature Nanotechnology, сделанная целиком российскими авторами. Неужели дела в российской науке так наладились за последние годы?

– Мне, конечно, очень повезло с хорошими коллегами. Но хотелось бы подчеркнуть, что в области нанобионаук (в хорошем смысле «нано», а не в том, в каком у нас в стране зачастую употребляется это слово) сейчас огромное количество хороших идей, которые лежат буквально на поверхности, просто еще не дошли руки на Западе, и которые может осуществить аспирант чуть ли не в одиночку. Мне кажется, это уникальная ситуация – уникальное время с уникальными возможностями, которые нельзя пропускать.

Мы реально можем в этой области обогнать весь мир. Но у нас есть большая проблема: слишком долгая доставка реагентов в Россию.

Я специально посчитал: при том, что я в среднем работал по 70-80 часов в неделю с одним выходным в месяц, необходимым, чтобы не притуплялось внимание во время экспериментов, работа продвигалась где-то в шесть раз медленнее из-за проблем с доставкой реагентов, чем она могла бы идти, если бы реагенты у меня появлялись столь же быстро, как у ученых в других странах. Шесть раз – это очень много в современной научной гонке.

– Отечественных реагентов совсем нет?

– Надо понимать, что передовая наука требует использования (я бы даже сказал, основывается на использовании) крайне редких реагентов. Редки эти реагенты либо из-за того, что они нужны крайне малому количеству исследователей, либо из-за секретов ноу-хау. Соответственно, каждый такой реагент производится зачастую лишь одной или двумя фирмами в мире, а иногда даже отдельными научными лабораториями, которые впервые получили вещество и продают их другим ученым. И тут Россия не в каком-то особом положении. Так, например, я знаю одну очень успешную нашу лабораторию, которая производит определенные антитела лучше всех в мире, и весь мир активно покупает эти антитела у этой лаборатории, правда, через компанию в ЕС.

Помимо таких маленьких фирм, в мире сложилась удобная система из нескольких глобальных производителей и поставщиков, которые хранят и доставляют широкий диапазон реагентов для научных исследований. Они не только производят какие-то вещества, но и осуществляют функции дистрибьюторов многих маленьких фирм-производителей, что делает их продукты намного более видимыми на рынке.

Основная проблема заключается в том, что если я заказываю реагенты по стандартным каналам, как это предусмотрено существующей в отечественной науке системой, обычно на доставку реагентов уходит минимум месяц – иногда это три месяца. Для меня рекорд – девять месяцев.

Именно столько я ждал реагент, доступный на складах фирмы-производителя. Кроме того, мы вынуждены очень сильно переплачивать российской фирме-посреднику, которая везет реагенты из-за рубежа, и при этом совершенно не ясно, в каком состоянии будут довезены эти дорогостоящие вещества. В частности, однажды мне нужно было заказать реагент, который теряет свои свойства уже через две недели, если температура достигнет плюс 4. Хранить его надо при минус 70 и ниже. Все московские фирмы-посредники сказали, что привезут реагент в течение 90 дней. Вопрос: в каком же состоянии доедет этот реагент? И если он не сработает, будет очень трудно понять, в чем причина: он испортился во время транспортировки или это моя научная гипотеза не работает?

– Как же вы решали эти проблемы сейчас, в процессе работы по нынешней статье?

– Конечно, достать какие-то базовые реагенты типа NaCl (поваренной соли) – совсем не проблема, какие-то реагенты уже на завершающей стадии работы над статьей мне дали добрые люди из нашего института (ИБХ РАН) и ИНБИ РАН, за что я им очень благодарен. Но подавляющее большинство сложных реагентов, таких как частицы, белки и пр., я покупал за чисто личные деньги и наладил такую систему доставки, которой мог бы позавидовать даже DHL. Дольше двух недель у меня доставка времени не занимала.

– Что же это за система?

– Самый простой случай – когда я ездил за рубеж на конференции сам. Я тогда заказывал реагенты в свою гостиницу, либо друзьям или коллегам на конференциях, и привозил их с собой. Наверное, самая сложная комбинация – когда я организовал доставку знакомому в США, он передавал доставленное другому человеку в Европе, и тот уже привозил сюда.

Основная проблема с таким методом в США состоит в том, что большинство крупных компаний категорически не высылают реагенты на домашние или гостиничные адреса и требуют только юрадрес. В какой-то момент я договорился, что реагенты доставят знакомой моих друзей в IT-компанию, на их юридический адрес. Я обещал, что привезут две маленькие пробирочки по 1 мл каждая, а фирма, не сообщив мне, выслала все с сухим льдом (на всякий случай). В результате привезли два больших контейнера в красной изоленте и со всевозможными бирками – «Хрупко», «Скоропортящееся» и т.п. Коллеги после этого смотрели на мою знакомую очень косо.

На данный момент, чувствую, я уже напряг, пожалуй, всех своих друзей. Больше напрягать некого, так что такой системы для следующей публикации я точно не смогу организовать, да и моральных сил на такое нет.

– А в России в чем проблемы с доставкой реагентов?

– Первое – это то, что наши академические институты не берутся за закупку реагентов за рубежом, т.к. у них отсутствуют специалисты по работе с таможней. Наверняка есть и другие препятствия, о которых я даже не догадываюсь, поэтому все реагенты обычно заказываются через российские фирмы-посредники. При этом возникают уже две реальные проблемы. Одна состоит в том, что фирмы ждут, пока организуется партия заказов, чтобы не гнать машину из-за рубежа с одной пробиркой. В результате они производят закупки не чаще чем один раз в месяц, под Новый год – чуть чаще, там заказов больше, т.к. всем надо успеть потратить пришедшие из бюджета деньги, поэтому машины комплектуются быстрее. Раз в месяц – это если речь идет о закупке со складов в Германии. Если же пытаться через них купить реагенты не из Германии и, в особенности, из малых фирм, стандартный срок поставки – 90 дней (хотя в реальности этот срок может существенно увеличиться). Другая проблема – это накрутка цен по сравнению с ценами тех же реагентов за рубежом. Наценка может быть более чем в два раза.

То есть мы платим государственные деньги, которые, по сути, идут на обогащение перекупщиков и совершенно не обслуживают науку. Кроме того, конечно, есть вопросы с таможней. Так как мы работаем через перекупщиков, мы не знаем, насколько тормозит процесс таможня.

– А во сколько, если не секрет, обошлось ваше исследование?

– Ну, если не считать зарплату и базовые биохимические реагенты вроде NaCl и т.п., то на более сложные реагенты я потратил примерно $20 тыс. Причем это были деньги мои и моей семьи. Никакими фондами эта работа не поддерживалась.

– Понятно. А что же, на ваш взгляд, делать, чтобы улучшить ситуацию с поставкой реагентов?

– У меня есть некое решение, которое хочется предложить. Нынешнее исследование я решил делать три года назад, поговорив с Дмитрием Анатольевичем Медведевым. В 2010 году я участвовал в Зворыкинском проекте. Тогда только объявили о создании «Сколково», а его победитель должен был стать резидентом. Было как раз объявлено об отдельной быстрой таможне для «Сколково». Меня это очень привлекло, и я решил участвовать в этом конкурсе. Правда, победителем не стал, но стал финалистом. А спустя полгода я удостоился чести быть приглашенным на заседание комиссии по модернизации 24 мая 2011 года в качестве участника «круглого стола» (как молодой ученый). После окончания официальной части и трансляции Дмитрий Анатольевич спросил, желает ли кто-нибудь что-нибудь добавить. Тогда я, представившись (аспирантом МФТИ), рассказал о том, что есть такая проблема с реагентами. Меня приятно удивила последовавшая достаточно подробная дискуссия между Медведевым, Собяниным и другими высокопоставленными лицами.

– А какое было резюме у этой дискуссии?

– Было сказано, что в Курчатовском институте создается отдельная таможня для научных нужд, и, если это пойдет удачно, она будет обслуживать все остальные научные учреждения. Но, по моей информации, пока воспользоваться услугами данной таможни ученые из других институтов не могут.

Собственно, я тогда понимал, что это одна из просьб тысяч людей и тысяч ученых, направленных в правительство. Понимал, что на фоне просьб ведущих ученых мнение аспиранта малозначимо. Появилось желание усилить свою позицию, показав, что мое мнение может быть небезынтересным для общего дела. Я видел, что за последнее время практически все российские экспериментальные работы в области наук о жизни, life science, опубликованные в лучших журналах с наиболее высокими импакт-факторами так или иначе сделаны с участием тех, кто работает на Западе. Как человек, который непосредственно стоит у лабораторного стола и знает, как сделать руками какую-то работу (а до этого у меня были работы в таких престижных журналах, как PNAS и ACS Nano), я считаю, что основная проблема в этой области – это как раз реагенты. Деньги на работу найти можно. А вот без реагентов сделать работу нельзя. Вот и возникла идея рискнуть своим временем…

– ...и деньгами…

– …и много чем другим, чтобы показать, что если решить проблему с реагентами, то в России можно выполнять исследования на переднем крае мировой науки целиком силами российских ученых. Тут надо оговориться. Конечно, я активно поддерживаю международное сотрудничество в науке. Однако во всех развитых странах выходят публикации, выполненные как с участием ученых из других стран, так и сделанные учеными исключительно из данной страны. А у нас в стране в последние годы в лучших журналах в области life sciences выходят статьи только с зарубежным участием или аффилиацией. Хотя пионерские работы профессоров Сергея и Константина Лукьяновых и Дмитрия Чудакова из ИБХ РАН, Сергея Недоспасова из ИМБ РАН и других выдающихся ученых, работающих в нашей стране, конечно, вызывают искреннее восхищение.

На тот момент у меня в голове крутилось несколько интересных идей, поэтому я выбрал одну из них и начал над ней работать. Я понимал, что вероятность успеха мала и затея похожа на авантюру, поэтому я никого не привлекал к этой затее, пока не убедился в том, что она жизнеспособна. Поначалу эти исследования были исключительно побочной деятельностью относительно других обязанностей. Поэтому пришлось работать много: 70–80-часовая рабочая неделя стала нормой. Буквально через две недели после первых экспериментов я понял, что если бы у меня была возможность купить необходимые реагенты, можно было бы всю работу сделать за два месяца, и оставалось бы только написать статью.

В какой-то момент я неделю размышлял, не стоит ли все-таки уехать за границу на два месяца, сделать работу, не имея головной боли с реагентами, и опубликовать ее. Но решил, что я молодой, могу один раз рискнуть и попробовать «что-то изменить».

Заказывать отсюда такие реагенты, которые мне были бы нужны в идеале, я боялся по финансовым и логистическим соображениям. Это были очень дорогие вещества (около $2500 на один-два эксперимента). Если их заказывать по стандартным каналам с грантовских денег, мне бы пришлось, скорее всего, ждать 90 дней, чтобы их довезти и попробовать, чтобы понять, работает ли моя научная гипотеза, а потом – еще 90 дней, чтобы получить их в достаточном количестве для обстоятельной работы. В итоге ушло бы полгода до начала настоящих экспериментов. Поэтому пришлось выбирать схемы постановки экспериментов по соотношению вероятность успеха/дешевизна. Это, конечно, отрицательно сказалось и на скорости, и на результате. В конце концов, такой подход заставил меня показать биокомпьютинг с «неинтересными» модельными веществами, то есть теми, у которых нет биомедицинской значимости. Думаю, без потери приоритета у меня не было шансов продемонстрировать работу метода для отслеживания, скажем, диабета. А сделать я это не смог только потому, что был вынужден работать на дешевых реагентах. Соответственно, это сильно усложнило публикацию данной работы.

В какой-то период в погоне за доступными реагентами мне пришлось работать с подаренным мне белком протеазой (этот белок со временем сам себя «разгрызает»). Это белок хранился с 1990 года и за это время успел уже себя существенно «разгрызть». Мне пришлось мучительно придумывать какую-то методологию, чтобы постараться увидеть сигнал от остатка «неразгрызенного» белка, несмотря на вредный сигнал «разгрызенного».

– С какими еще проблемами вы столкнулись, пока работали над статьей?

– Был период, когда мне надо было следить за экспериментом порядка 20-24 часов непрерывно. Но, скажем, в Институте общей физики (ИОФРАН) очень неудобная система для работы в выходные и после десяти вечера. В Институте биоорганической химии (ИБХ) в тот период охранники даже грозили отобрать пропуск. Надо, конечно, отметить, что в ИБХ очень хорошее руководство, мне очень повезло там работать. В итоге проблему с ночной работой там решили. Другое дело, что на это потребовалось какое-то время. Но пока вопрос решался, пришлось ставить эксперименты дома, чтобы не обогнали трудолюбивые китайцы.

– Какой же план решения ситуации с реагентами у вас есть?

 – Когда я работал над статьей, Юрий Мильнер как раз учредил сначала премию по фундаментальной физике, а потом – премию по наукам о жизни. И если бы Мильнер или другие наши меценаты, которые поддерживают российскую науку и образование (Зимин, Потанин, Абрамов и другие), организовали бы бесприбыльную организацию, которая два раза в неделю отправляла бы машину с реагентами из-за рубежа в Россию, независимо от того, заказана одна пробирка или целая машина, это уже кардинально бы сократило ожидание. Кроме того, было бы прекрасно, если капитал такой организации позволял бы предоставлять временные кредиты, т.е. везли бы реагенты сразу по запросу ученого, пока тот оформляет документы для закупки и т.п. Хотя совсем идеальный вариант – это мини-гранты со специальным статусом, позволяющим быстро доставлять из-за рубежа малое количество, но очень нужных и срочных реагентов, по крайней мере для начала (в порядке эксперимента) для тех ученых, кто публикуется в настоящее время в журналах с высоким импакт-фактором.

Если говорить о возможных изменениях со стороны законодательства и государства, то понятно, что решить проблему целиком и сразу, наверное, невозможно. Но у меня были бы такие предложения. Прохождение следующих поставок реагентов из-за рубежа следует проводить с минимально возможным таможенным оформлением (по срокам и по процедуре):

1) Статус «Адресован аккредитованному агенту». Аккредитовать организации или конкретных ученых, к которым есть определенное доверие, например, ученых, у которых есть статьи в журналах с высоким импакт-фактором или им выдан грант для закупок реагентов в облегченном режиме (чтобы исключить недобросовестное поведение лиц, не дорожащих своей «научной репутацией»).

2) Статус «Закупка по аккредитованному мини-гранту». Выделить мини-гранты (хоть по 50–100 тыс. руб. в год на лабораторию), на которые можно в срочном порядке закупать за рубежом и быстро получать только реактивы (или сложные расходники типа гель-фильтрационных колонок).

3) Статус «Тестовая фасовка». Это закупка реагента в минимально возможной фасовке для тестовых экспериментов от ограниченного круга мировых фирм-производителей, которые распространяют продукцию только для научных целей. Если есть опасения, например, масштабных растрат недобросовестными лицами или ввоза большого количества какой-либо смежной продукции, в крайнем случае, можно ограничить ввоз каждого реагента одним граммом или ввозом 10 реагентов по 10 миллиграмм (!) каждого один раз в две недели, что уже сильно облегчит ситуацию.

Я еще раз повторю, что в этой области есть огромное количество хороших идей, которые еще лежат на поверхности и, осуществляя которые, Россия может стать одним из мировых лидеров. Но для этого сначала нужно решить проблему с реагентами.

– Желаем вам удачи с борьбе за оптимизацию доставки реагентов и в дальнейших исследованиях!

– Спасибо. В заключение, если это возможно, я бы хотел через ваше издание обратиться к Станиславу Говорухину.

– Неожиданно!

– Дело в том, что я недавно посмотрел его фильм «Не хлебом единым». В нем он рассказывает о неком учителе, который изобрел нечто революционное и потом пытался провести свои идеи в жизнь, несмотря ни на какие проблемы и трудности. Мне показалось, что Станиславу Сергеевичу небезразлична судьба ученых, и, поскольку он имеет определенный вес – ведь он и депутат, и доверенное лицо президента, – может, он мог бы помочь нам сообщить «наверх» о проблеме с реагентами. В конце концов, должны же быть Ростиславы Петровичи (герой Александра Розенбаума в фильме) в реальной жизни! А завершить это интервью я бы хотел цитатой из пьесы Бертольда Брехта «Жизнь Галилея»: «Даже торговец шерстью должен думать не только о том, чтобы самому подешевле купить или подороже продать, но еще и о том, чтобы вообще беспрепятственно могла вестись торговля шерстью».

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
19.08.2014