Биотесты используют в медицине и экологическом мониторинге, с их помощью проверяют состав продуктов питания и питьевой воды. Но чтобы использовать такой удобный и экологически безопасный инструмент требуются интенсивные фундаментальные исследования. Важно передавать знания, обучать методикам новые поколения. Как привлекают в науку молодежь. Почему важно начать формировать портфолио еще учась в бакалавриате, и как это портфолио может приносить деньги ученым любого возраста об этом в рубрике «Истории успеха» на страницах издания Newslab.ru рассказывает Екатерина Сушко, младший научный сотрудник лаборатории фотобиологии Института биофизики СО РАН.

Давайте начнем с одного из последних ваших исследований. Расскажите о нем?

Мы впервые исследовали влияние селенита натрия на морские биолюминесцентные бактерии и опубликовали статью по механизму этого влияния на ферментативную систему бактерий. Нам нужно было определить, как селенит натрия влияет на ферменты бактерий сравнить с его влиянием на сами бактерии. Это поможет понять, насколько вещество токсично и выявить механизм токсичности. 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 в кратчайшие сроки и сделать предварительные выводы о токсичности среды. Это позволяет рекомендовать проведение химических анализов для выявления токсичных веществ. 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 (бактериальные клетки), биохимическом (ферментативные реакции) и физико-химическом уровнях (окисление молекулы НАДН). Также определяем содержание активных форм кислорода с помощью люминольного хемилюминесцентного метода. Изучаем, как влияет избыток селенита натрия на активные формы кислорода, которые важны для поддержания гомеостаза клеток. В наших экспериментах ингибирование биолюминесценции (токсический эффект) было связано с уменьшением активных форм кислорода. Селенит натрия снижает их содержание, что негативно влияет на организм. В Красноярском крае, по данным исследований, уровень селена субоптимальный, что выражается в отсутствии его дефицита и избытка.

Почему вы выбрали селен? Есть много других токсичных элементов.

Наша группа исследовала селенит натрия из-за его токсичности и большого загрязнения территорий соединениями селена. Мы обнаружили, что бактерии способны накапливать селенит натрия и преобразовывать его в нетоксичные наночастицы. Селен встречается в природных и сточных водах, а его высокая концентрация в природных водах характерна для горных районов, включая север Красноярского края, Республику Тыва. В свою очередь, засушливые почвы юго-восточной Европейской части России подвержены техногенному загрязнению селеном. При превышении определенной концентрации, селен может вызывать болезни у растений, животных и человека, включая развитие сахарного диабета и иных метаболических нарушений.

Для контроля содержания селена применяют различные стратегии: 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, но среди всех организмов, бактерии могут функционировать при высоких концентрациях селенита, т.е. биотрансформировать его в элементарный селен, синтезируя 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, исключающий использование агрессивных реагентов и физических факторов. Кроме того, бактерии синтезируют наночастицы, содержащие биополимеры, что облегчает использование наночастиц.

Мы 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 (токсичности и анти-/прооксидантной 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 редкость. Ему больше интересно выявление механизмов, 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 — любит работать руками. Также многое зависит от научного руководителя, от его готовности рисковать и поручать интересные задачи. Надежда Степановна Кудряшева, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института биофизики СО РАН, профессор – пример научного руководителя, который активно поддерживает начинания молодых исследователей и помогает привлечь специалистов из разных областей для совместных исследований. Поэтому от научного руководителя зависит, как активно молодежь будет привлекаться в лабораторию. Сейчас мы взаимодействуем с микробиологическими лабораториями в нашем институте, лабораторией биохимии Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН в Москве, с учеными из Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН, которые занимаются микроскопией, учеными-синтетиками из Московского государственного университета, Московского авиационного института, институтов в Черноголовке.

Екатерина, расскажите о ваших достижениях, в каких проектах вы участвуете, есть ли какие-то награды?

Портфолио началось у меня с бакалавриата, когда я активно участвовала в конференциях, занимала призовые места. В магистратуре продолжила активность, получала повышенную стипендию за научную деятельность, выигрывала молодежные гранты по академической мобильности для участия в конференциях, в 2017 году выиграла премию Фонда Осаму Шимомура молодым ученым за исследовательские работы в области биолюминесценции, 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, направленных на социально-экономическое развитие края, стипендии Правительства РФ и Президента РФ аспирантам. При подаче на премии, стипендии, гранты важно участие в конференциях и наличие опубликованных статей. Важно начать формировать портфолио еще учась в бакалавриате. Это портфолио 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, а впоследствии, возможно, и в качестве 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. В этом году 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 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 Вы идёте?

Мне сложно делать прогнозы. Работа идет своим чередом. Наверное, мы стремимся, чтобы наши фундаментальные исследования применились на практике. И какой-то получился продукт. Может, эти тесты в дальнейшем будут максимально 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. Мы поэтому и проводим фундаментальные исследования, чтобы из них появлялись новые идеи.

Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».