Курс на восток: какие исследования проводят ученые в Приморском крае

В столице Приморского края Владивостоке с 10 по 13 сентября проходит Восточный экономический форум, где эксперты поднимают ключевые вопросы развития Дальнего Востока и всей России.

«Дальневосточный федеральный округ – это 40% территории страны РФ. Здесь находятся почти половина наших лесов и запасов золота, больше 70% рыбы, алмазов, свыше 30% титана, меди, работают важнейшие стратегические предприятия, морские порты и железные дороги. Словом, роль Дальнего Востока для нашей страны, для её будущего, для позиций России в многополярном мире исключительно велика», – подчеркнул в своем выступлении на пленарном заседании ВЭФ Президент России Владимир Путин. По его словам, опережающее развитие Дальнего Востока – это абсолютный приоритет на весь XXI век.

Программа форума затронет и научное будущее региона. В частности, там пройдут дискуссии, посвященные кампусам мирового уровня, обеспечению равного доступа к научно-популярному знанию и независимости технологической инфраструктуры страны.

Приморский край – принимающий ВЭФ регион и один из важнейших на Дальнем Востоке – имеет богатое научное настоящее. Какие решения предлагают ученые, чтобы уничтожать разливы нефти с помощью бактерий, выращивать растения в космосе, изучать окаменелости ихтиозавров и запускать регенерацию мышц, читайте в нашем материале.

Правда чистой воды

Приморье – место с уникальной природой. И немало исследований здесь связаны именно с сохранением природного наследия региона – охраной окружающей среды, спасением редких животных и растений.

Одним из главных источников загрязнения природы остаются промышленные отходы. И специалисты разрабатывают методы и технологии, чтобы защитить флору и фауну. Например, исследователи из Института наукоёмких технологий и передовых материалов Дальневосточного федерального университета (ИНТиМП ДВФУ) разработали сорбент – вещество для очистки от вредных примесей – который позволяет в несколько раз эффективнее удалять из воды цезий-137. Этот опасный радионуклид влияет на все органы и ткани, воздействует на генетический аппарат человека и может привести к развитию раковых клеток. Поэтому очищать от него воду очень важно.

Другие ученые, уже из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ), нашли в Японском море уникальные микроогранизмы, способные разрушать нефть – причем даже при низких температурах. Расшифровка генома этих бактерий позволит понять, как работают гены и ферменты, которые участвуют в разложении нефтепродуктов обитателями водоемов. В будущем это поможет найти новые технологии для устранения разливов нефти и очищения воды.

Ее чистота очень важна для сохранения животных и растений, обитающих в морях и океанах. Так, к качеству воды очень чувствительны кораллы – они просто не могут жить в загрязненных водах. При этом коралловые рифы – одна из самых важных и густонаселенных морских экосистем. Они становятся домом примерно для 25% всех видов тропических организмов. Поэтому приморские и вьетнамские ученые исследуют этих гостеприимных беспозвоночных и делают все, чтобы сохранить их численность. Ведь есть опасения, что к 2050 году может исчезнуть до 70% всех тропических коралловых рифов. Сейчас исследователи выявляют виды, которые находятся в опасности, и стараются понять, как «стрессовые условия» влияют на этих морских обитателей.

Во владениях леопарда

Заботятся на Дальнем Востоке не только о жителях водоемов, но и об обитателях суши. Например, здесь проживают дальневосточные леопарды – одни из самых редких животных на планете. Они занесены в Красную книгу. В 2012 году в регионе создали национальный парк для восстановления и сохранения этого вида.

«За 10 лет работы "Земле леопарда" удалось спасти дальневосточного леопарда от вымирания и добиться роста его численности. Следующий этап – постепенная реинтродукция редчайшей кошки в места ее исторического ареала. Это очень сложный и хрупкий процесс, требующий узкоспециализированных знаний и навыков», – рассказал в прошлом году директор нацпарка «Земля леопарда» Виктор Бардюк.

В начале этого года программу по расселению дальневосточных леопардов на новых территориях утвердили в Министерстве природы России – ее разработали в Приморье. К ней подключатся также ученые из Института проблем экологии и эволюции А.Н. Северцова РАН.

«Дальний Восток должен быть не только территорией опережающего развития экономики, социальной сферы и городской среды, за этими планами, проектами нельзя упускать из виду заботу об уникальной экосистеме, о сохранении сотен редких видов растений и животных», – сказал Владимир Путин, выступая на Восточном экономическом форуме.

Есть в регионе и другие удивительные обитатели – грибы, которые умеют «зомбировать» насекомых. Биологи изучают эти процессы в заповеднике «Кедровая падь», который входит в состав «Земли леопардов». Они исследовали кордицепс однобокий – он прорастает внутрь тел муравьев и буквально программирует жертв, создавая из них «марионеток». Пораженное насекомое забывает о своих «нуждах», покидает муравейник и отправляется на поиски места, где сможет прорасти гриб-хозяин. В будущем ученые планируют узнать, как именно организмы без мозга научились контролировать животных с мозгом. Кроме того, такие грибы можно будет использовать для избавления от вредителей в сельском хозяйстве и других опасных насекомых.

Со вкусом моря

Помочь людям способны не только грибы, но и растения. Вещества, которые они содержат, можно применять в сельском хозяйстве и пищевой промышленности.

Например, ученые ДВФУ создали концентрат на основе водоросли анфельции, в которой есть большое количество полезных для растений микроэлементов. С помощью такой добавки можно выращивать овощи и зелень на удаленных территориях — в северных вахтовых поселках, на станциях полярников, судах дальнего плавания и даже космических станциях.

Причем с этим концентратом растения смогут расти без почвы. Речь идет о гидропонике и высокотехнологичных системах: в них побеги получают питательные вещества из раствора, в который погружены корни. Его состав практически идентичен натуральной почве, а сам он напоминает воду и легко поглощается растениями. К тому же концентрат насыщен фульвовой кислотой – она помогает доставлять микроэлементы к клеткам корней растения.

Команда ученых вместе со студентами ДВФУ изучает влияние конкретных микроэлементов на свойства растений и подбирает сочетания, которые могут дать овощам выраженный вкус и аромат, а также полноценный набор витаминов и питательных веществ.

Другие водоросли сотрудники школы биомедицины ДВФУ решили использовать для создания богатого витаминами и минералами напитка. Они произвели его на основе молочной сыворотки из морской травы – ее еще называют зостерой. Она насыщена морским пектином, натуральным абсорбентом, который выводит из организма тяжелые металлы, радионуклиды и т.д.

Интересно, что ранее сотрудники университета создали оздоравливающий напиток из медузы и цитрусов, а также представили обогащенный йодом хлеб с морским гребешком. Ученые буквально «вылавливают» свои открытия из морей и океанов.

С небес на землю

Однако стихия может не только вдохновлять и приносить людям пользу – она бывает и разрушительной. И исследователям нужно искать способы, которые помогут защитить от катаклизмов и природу, и цивилизацию.

Для этого в ДВФУ разрабатывают систему мониторинга тропических циклонов на базе нейросети. Система автоматически обнаруживает циклоны по данным геостационарных японского спутника «Химавари» и российского спутника «Электро-Л» № 2. Она уже умеет диагностировать мощность будущего циклона и его опасность в целом: категорию, давление в центре, максимальную скорость ветра. То есть ИИ может взять на себя основную работу в прогнозировании, тогда как раньше для этого разрабатывались сложные математические и физические модели.

При этом их все еще продолжают использовать в науке. Например, исследователи Дальневосточного геологического института ДВО РАН разработали математическую модель, которая позволит создавать более точные карты сейсмической опасности. Она поможет сотрудникам МЧС понять, где будущее землетрясение будет наиболее сильным, и отследит, какие здания находятся в большей опасности. «Предсказания» нейросеть дает в том числе на основе исследований, связанных с особенностями земной коры и грунтов в разных районах региона.

Коренные «жители» Приморья

Земля Приморского края таит много интересного – это подтверждают находки археологов. Так, во Владивостоке, на острове Русском, исследователи нашли две окаменелости возрастом примерно в 235 миллионов лет. Это был морской ящер — ихтиозавр. Уникальность этой находки заключается в том, что крупные фрагменты костей принадлежали одному и тому же животному. Найти такие у археологов получается очень редко.

Кстати, выяснить, чьи это были кости, удалось по следам моллюсков-аммонитов – они служили пищей для ихтиозавров. Впервые окаменелость рептилии триасового периода на острове Русском была обнаружена в 2022 году.

Следы другого древнего животного палеонтологи нашли на территории национального парка «Земля леопарда» – это оказались костные остатки гигантской белки-летяги Petaurista tetyukhensis. Такие животные обитали здесь около 30 тысяч лет назад. Пока нигде в мире этот вид не фиксировался. Размах кожных мембран древних белок-летяг при планировании мог достигать полутора метров, а дистанции «полетов» превышали 50 метров.

То, что робот прописал

Множество интересных и необычных исследований приморские ученые проводят в области медицины. В частности, создают технологии компьютерного зрения и виртуальной реальности, которые помогают врачам оценить состояние здоровья пациентов. Эти проекты реализуются благодаря программе Минобрнауки России «Приоритет 2030», одной из мер господдержки нацпроекта «Наука и университеты».

В числе таких разработок – программа Neurovision, созданная в ДВФУ для помощи при лечении людей с болезнью Паркинсона. Система анализирует данные пациента, используя модели искусственного интеллекта и алгоритмы, и затем выдает специалисту независимую оценку здоровья и рекомендации. Сейчас программу тестируют врачи в медицинском центре ДВФУ, а также в московских и уфимских клиниках. По словам авторов проекта, благодаря разработке пациент сможет получить объективную оценку своего здоровья и необходимое лечение независимо от того, где проживает.

Еще один цифровой проект ДВФУ основан на VR-технологиях. Ученые разработали новый метод реабилитации двигательных и вестибулярных нарушений в виртуальном пространстве. Помогает в этом специальный костюм для VR-погружения. В его основе – технологии функциональной электростимуляции. Воздействуя токами на определенную группу мышц пациента, костюм заставляет его совершать необходимые движения. Сейчас проект тестируют в медцентре вуза, а также одной из клиник Уфы.

Коррозия металла и «невидимый» аппарат

Ученые ДВФУ не только создают новые технологии, но и совершенствуют традиционные медицинские устройства. Например, недавно разработали «прозрачный» для рентгена аналог аппарата Илизарова. Само изделие было создано еще в середине прошлого века. Конструкция из металлических колец и спиц позволяет зафиксировать кости и суставы в нужном положении, упрощая сращивание сложных переломов. Однако металл, из которого делают конструкцию, не пропускает рентгеновские лучи и мешает получить достоверное изображение поврежденных участков. Новая версия аппарата невидима при рентгеноскопии. Чтобы добиться такого эффекта, металл в фиксаторе заменили полимерными композитами. При этом устройство остается таким же прочным. В настоящее время обновленный аппарат проходит сертификацию.

Еще одна новая разработка в области травматологии – гибридное защитное покрытие для временных саморастворяющихся имплантатов. Такой материал поможет костям правильно срастаться после сложных переломов, а главное – не потребует повторных операций. Дело в том, что обычно для лечения сложных переломов используют временные имплантаты в виде пластин, винтов или сеток. Но для их извлечения необходимо хирургическое вмешательство. Чтобы этого избежать, химики Дальневосточного отделения РАН решили создать имплантаты из материалов, способных полностью растворяться в организме. Например, из сплавов на основе магния. Этот элемент есть в организме человека и по механическим характеристикам совпадает с костными структурами.

Однако такой металл сильно подвержен коррозии и растворяется в течение всего нескольких месяцев, этого недостаточно для полного сращивания костей. Решить проблему можно, если расположить на поверхности металла оксидную пленку. Но у такого защитного покрытия пористая структура. Из-за нее жидкость может проникать к имплантату, вызывая разрушение.

Химики предложили заполнить поры оксидного покрытия материалом, способным замедлить растворение магния и уменьшить высвобождение токсичных веществ. Для этого изделие погрузили в раствор биорастворимого полимера поликапролактона и олеата натрия. Олеат натрия снижает химическую активность металлов, замедляя коррозию. При этом он биосовместим и широко применяется в медицине и фармакологии. Поликапролактон также активно используют в медицине. Он загерметизировал пористую часть оксидного покрытия и смог продлить защитное действие. В ходе экспериментов выяснилось, что такое покрытие умеет самовосстанавливаться: при повреждении на слое образовывалась новая пленка.

Пока технология находится на стадии испытаний. Специалисты планируют протестировать аналогичные покрытия из других биосовместимых соединений, которые могут обладать еще и антибактериальными свойствами.

Скелет морского ежа и «умный» скальпель

Ученые региона также активно внедряют инновационные методы борьбы с онкологическими заболеваниями. Так, в этом году они совместно с исследователями Красноярского научного центра Сибирского отделения РАН и Красноярского государственного медицинского университета (КрасГМУ) им. В.Ф. Войно-Ясенецкого создали «умный» наноскальпель для борьбы с жидкими опухолями.

Новый инструмент состоит из двух компонентов – распознающих опухоль молекул и магнитных нанодисков, разрушающих опасную клетку в переменном магнитном поле. В качестве распознающих молекул специалисты использовали так называемые ДНК-аптамеры – аналоги белковых антител, специфичные к клеткам жидкой опухоли. Эти компоненты играют важную роль в развитии таргетированной терапии и обладают множеством полезных свойств. В частности, могут выдерживать широкий диапазон температур и имеют длительный срок хранения.

Исследования провели на клетках асцитной карциномы Эрлиха и на мышах, управляя инструментом дистанционно с помощью низкочастотного магнитного поля. Результаты показали, что количество раковых клеток в асцитной опухоли мышей существенно снизилось уже после первого воздействия. По словам заведующей лабораторией цифровых управляемых лекарств и тераностики ФИЦ КНЦ СО РАН, руководителя лаборатории биомолекулярных и медицинских технологий КрасГМУ Анны Кичкайло, технологию планируют усовершенствовать, чтобы использовать метод для удаления отдельных опухолевых клеток и предотвращения рецидива опухоли.

Еще одна удивительная разработка в этой области – новый материал для адресной доставки противоопухолевых препаратов, созданный на основе скелета морского ежа.

Проблема в том, что обычно химиотерапия губительно действует не только на опухолевые, но и здоровые клетки организма. Ситуацию может изменить система направленной доставки лекарств. При таком подходе к лекарству добавляют частицу-носитель, которая прочно его удерживает и доставляет к пораженному органу.

Ученые ДВФУ и Тихоокеанского государственного медицинского университета (ТГМУ) предложили использовать в качестве доставщика препарата композит из морского ежа Mesocentrotus nudus. По их словам, многоярусная ячеистая структура скелета иглокожего после синтетической обработки позволит не только хорошо впитывать лекарственный препарат, но и постепенно выделять его небольшими порциями. Композит из морского ежа ученые модифицировали силикатом натрия, что сделало его более устойчивым к быстрому растворению. Такой носитель лекарства биологически совместим с живым организмом и после высвобождения препарата растворяется в нем, не вызывая негативных последствий.

Полина Казакова, Анна Шиховец