Первый день научной сессии Общего собрания Сибирского отделения Российской академии был посвящен одному из самых больших вызовов, стоящих сегодня перед человечеством, — борьбе с коронавирусной инфекцией. Медики и биологи, химики и специалисты по математическому моделированию рассказали о вкладе научных и образовательных организаций Сибири в преодоление пандемии.
Сложно переоценить вклад биологических институтов и компаний Новосибирского научного центра в решение первоочередных проблем в период пандемии. Перед новосибирскими биотехнологами встали задачи разработки противовирусных препаратов прямого действия и создания вакцин. «“Биосан — Биолабмикс” полностью обеспечили предприятия РФ ключевыми компонентами для ПЦР-тест-систем, — рассказал председатель Объединенного ученого совета СО РАН по биологическим наукам академик Валентин Викторович Власов. — Лидерами в производстве массовых тест-систем стали компании АО “Вектор-Бест” и ООО “Медико-биологический Союз”, которые произвели более 50 миллионов материалов для тестов за время пандемии. Это 22 % от всех выпущенных в России. Кроме того, сотрудниками Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН была создана тест-система, позволяющая проводить анализ за 35 минут. Многое было сделано в крайне перспективных направлениях синтетической биологии, началась разработка РНК-вакцины, а также противовирусных препаратов прямого действия. Так, например, заведующий лабораторией иммуногенетики Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН доктор биологических наук Александр Владимирович Таранин с коллегами разработали высокотехнологичный и эффективный метод получения моноклональных антител»
Несмотря на активную работу по борьбе с вирусом и его последствиями, по мнению академика, РФ отстает от ведущих стран в наиболее важных областях молекулярной биологии и биотехнологии. «В наших университетах необходимо создать адекватные условия для подготовки специалистов этих крайне перспективных исследовательских сфер. Кроме того, нужно совершенствовать эффективные средства диагностики и терапии инфекционных заболеваний, а также формировать приборную базу — это приоритетное направление на долгие годы. Вместе с тем нам следует разработать принципы развертывания сети лабораторий и медицинских учреждений на случай эпидемических угроз», — отметил Валентин Власов.
На иммунологическую составляющую решений проблемы COVID-19 обратил внимание директор НИИ фундаментальной и клинической иммунологии академик Владимир Александрович Козлов. «Любая инфекция завязана на взаимодействие возбудителя с иммунной системой, от которой и будет зависеть исход. Поэтому уже на первых стадиях клинических проявлений заболевания следует оценивать наличие тех или иных показателей активности иммунитета, позволяющих предсказывать развитие тяжелых осложнений. И конечно же, остро должен стоять вопрос об оценке индивидуальной чувствительности к вакцине у разных людей с учетом дозы вводимого антигена и кратности введения. Не менее важна и неспецифическая профилактика, то есть всевозможные воздействия на иммунную систему для повышения ее функциональной активности: лекарственные препараты, БАДы, умеренные физические нагрузки, диета, закаливание», — сказал академик Козлов.
Ученый напомнил, что вирус COVID-19 обладает механизмом убегания от действия клеток иммунной системы, который позволяет ему размножаться в организме на фоне ослабленного иммунитета. В связи с этой особенностью основой терапии заболевания коронавирусом, по мнению Владимира Козлова, должна стать молекулярно-клеточная иммунотерапия.
Поиском и изучением механизмов действия новых соединений с активностью против COVID-19 продолжают заниматься в Новосибирском институте органической химии им. Н. Н. Ворожцова СО РАН и Институте медицины и психологии В. Зельмана Новосибирского государственного университета.
«С 2013 года в исследованиях лаборатории молекулярной патологии используется система псевдотипирования. Когда клетка заражается одновременно двумя типами вируса, то возможно появление гибридных вариантов, где сердцевина и оболочечные белки — от разных вирусов. Мы создали технологию, которая позволяет переоблачать поверхностный белок вируса. Такие гибридные частицы могут быть использованы для изучения взаимодействия поверхностных белков любых вирусов с рецепторами. Мы уже применяли эту систему для поиска птичьего гриппа и таких филовирусов, как Эбола и Марбург», — объяснил член-корреспондент РАН Андрей Георгиевич Покровский.
На основе разработанного метода с появлением COVID-19 сотрудники НИОХ СО РАН получили псевдовирус, который содержит поверхностный S-белок SARS-CoV-2. Это дало возможность найти соединения, блокирующие вход вируса в клетки мишени. Исследователи установили, что проникновение коронавируса в клетку может предотвратить производное бетулиновой кислоты. В настоящее время бетулин и урсоловая кислота исследуются на их противовирусную активность в отношении SARS-CoV-2.
Заведующий лабораторией физиологии, молекулярной и клинической фармакологии Научно-исследовательского института фармакологии и регенеративной медицины им. Е. Д. Гольдберга Томского научного исследовательского медицинского центра РАН член-корреспондент РАН Владимир Васильевич Удут рассказал о новых разработанных сибирскими учеными технологиях, помогающих купировать и скорректировать поражения легких, вызванных COVID-19.
«В конечном итоге все ткани организма погибают от гипоксии: вентиляционной, когда кислород не поступает в кровь, либо циркуляторной, когда кровь не может его разнести, — объяснил ученый. — При тяжелых, острых состояниях возникает явление вентиляционной, или дыхательной, недостаточности, что в немалой степени связано с развитием депрессии, тревожностью, расстройством сна, слабостью, одышкой и прочими неприятными постковидными симптомами».
Томские ученые разработали эффективную технологию, помогающую реабилитироваться людям, перенесшим COVID-19. Она заключается в следующем: постковидным пациентам делаются ксенон-кислородные ингаляции, которые дают чрезвычайно скорую позитивную реакцию. Выявленный феномен быстрого (курс лечения составил пять дней) восстановления воздушности тканей легких поставил перед учеными ряд вопросов: если расход ксенона в ингаляционной смеси увеличивается, то где он расходуется, какой субстрат легочной ткани выступает его акцептором и каков механизм пневматизации легких при Хе — О2 ингаляциях? В результате эксперимента на модели вирусного пневмонита специалисты выяснили, что мишенью ксенона является легочный сурфактант (смесь поверхностно-активных веществ, находящаяся на границе воздух — жидкость и препятствующая спадению (слипанию) стенок альвеол при дыхании. — Прим. ред.).
Также сибирские ученые разрабатывают препараты прямого действия на коронавирус — ингибиторы основной протеазы SARS-CoV-2. Заведующий лабораторией генетических технологий Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН доктор химических наук Никита Александрович Кузнецов прокомментировал: «Существует много кандидатных веществ, способных влиять на каждый из этих пяти процессов. Наиболее проработанными в настоящее время являются два направления: ингибиторы вирусных протеаз и ингибиторы РНК-полимеразы вируса».
ИХБФМ СО РАН совместно с другими исследовательскими организациями также участвует в проекте по разработке ингибиторов основной протеазы вируса. Ученые уже создали тест-систему скрининга низкомолекулярных соединений на основе метода быстрой кинетики, включающую характеристику механизма взаимодействия протеазы дикого типа и ее мутантной формы с субстратами и ингибиторами. Еще один этап — докинг (расчеты и моделирование) низкомолекулярных соединений в активном центре протеазы — в настоящее время проходит экспериментальную проверку (in vitro скрининг). Также сейчас проводится химический синтез новых соединений на основании структуры активного центра протеазы. Затем специалистам предстоит анализ цитотоксичности и противовирусной активности соединений на клеточной и животной моделях.
Заведующий лабораторией физиологически активных веществ отдела медицинской химии Новосибирского институт органической химии им. Н. Н. Ворожцова СО РАН член-корреспондент РАН Нариман Фаридович Салахутдинов рассказал о перспективах и проблемах, связанных с разработкой низкомолекулярных ингибиторов вируса SARS-CоV-2. По мнению Н. Салахутдинова, два препарата: «Молнупиравир», зарегистрированный в ноябре этого года в Великобритании, а также «Паксловид», наиболее перспективны и находятся на финише.
«У меня нет сомнений, что через полгода-год эти препараты появятся на рынке, вопрос в том, случится ли это в России, и если да, будут ли они доступны для широкого круга потребителей и для бюджета страны? Поэтому очень остро стоит вопрос о разработке отечественного низкомолекулярного противовирусного препарата», — подчеркнул Нариман Салахутдинов.
С февраля-марта 2020 года НИОХ СО РАН совместно с Государственным научным центром вирусологии и биотехнологии «Вектор» ведет работы по этой тематике. Ученые создали псевдовирусную систему, имеющую на поверхности белок S, обнаружили соединения-лидеры, разработали непатогенную тест-систему в отношении основной протеазы SARS-CoV-2, позволяющую работать в обычных, неспециальных условиях. «Самое главное, что мы сделали — с использованием инфекционного вируса SARS-CoV-2 провели скрининг более 700 оригинальных соединений разных классов, среди которых обнаружили 15—17 перспективных агентов с микромолярной активностью, — подчеркнул Нариман Салахутдинов. — Сейчас ведется их изучение на разных штаммах и животных моделях».
О применении биопрепарата «Бетукладин» в профилактике и реабилитации больных, перенесших COVID-19, говорил главный научный сотрудник Института биологических проблем криолитозоны СО РАН, Республика Саха (Якутия), доктор биологических наук Борис Моисеевич Кершенгольц.
Препарат представляет собой механохимически активированный супрамолекулярный комплекс биоактивных веществ, выделяемых из коры березы и слоевищ лишайников рода Cladonia.
Когда были выяснены основные механизмы патогенеза COVID-19, специалисты ИБПК СО РАН предположили, что «Бетукладин» может оказывать хороший комплексный эффект при профилактике и реабилитации перенесших ковид пациентов, по всем основным аспектам патогенеза этого заболевания и без негативных побочных эффектов. В 2020—2021-м ученые провели клинические исследования действенности препарата в профилактике COVID-19 и купировании постковидного синдрома. По данным исследователей, применение препарата помогло сократить длительность периода реабилитации и тяжесть ее протекания.
Директор Евразийского института зоонозных инфекций ФИЦ фундаметальной и трансляционной медицины доктор биологических наук Александр Михайлович Шестопалов напомнил, что огромную роль в распространении инфекций играют дикие животные и их миграции. «Из более 1 400 патогенов, опасных для людей, примерно 64 % — это зоонозы», — прокомментировал ученый.
Основной проблемой, которая требует срочного решения, Александр Шестопалов назвал очень слабую изученность миграционных путей животных, в частности птиц. «Мы с 2002 года проводим регулярный мониторинг птичьего гриппа в Сибири и на Дальнем Востоке, и в среднем около 10 % диких птиц носит в себе тот или иной вариант, то есть это природный резервуар мутаций опасного вируса. Однако последние серьезные работы по миграции проводились в конце 1970-х годов в Институте систематики и экологии животных Сибирского отделения», — подчеркнул ученый. Кроме того, за прошедшее время воздушные пути перелетов сильно изменились, но до сих пор не изучается, почему это произошло. «Важно и необходимо возобновить исследования миграционных потоков, следует начать разработку точной и недорогой отечественной аппаратуры для этого, а также обратить особое внимание на подготовку специалистов-орнитологов», — предложил Александр Шестопалов.
Профессор НГУ, доктор медицинских наук Сергей Данилович Никонов рассказал о возможностях фотодинамической терапии. «Только влияя на особенности патогенеза и сам вирус, мы сможем противостоять этому злу. Есть мишени, на которые можно воздействовать с помощью энергии света и фотосенсибилизирующих веществ», — рассказал ученый. Он отметил, что этот проект активно развивается и уже получены довольно обнадеживающие результаты. Одна из пилотных установок для этого создана в сотрудничестве с Институтом лазерной физики СО РАН.
В завершение первого дня Общего собрания СО РАН ученые обсудили математические модели распространения COVID-19, которые были созданы в научных институтах с использованием разных подходов. Директор Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН доктор физико-математических наук Михаил Александрович Марченко рассказал о новом методе, рожденном в школе методов Монте-Карло. «Нам удалось построить вычислительно экономичную численную модель, и она не противоречит, но дополняет ту, которая построена на основе дифференциальных уравнений нашими коллегами, — отметил Михаил Марченко. — Кроме того, немаловажно, что нами получен способ, как существенно ускорить расчеты, объединяя все шесть пуассоновских потоков модели в один. Также хочу подчеркнуть, что наша модель является имитацией реального процесса, когда можно учитывать рычаги и меры воздействия».
Главный научный сотрудник ИВМиМГ СО РАН член-корреспондент РАН Сергей Игоревич Кабанихин сообщил, что модель, созданная их группой исследователей, находится на уровне мировых стандартов за счет использования теории игр среднего поля. «Население разбивается на группы, задаются взаимосвязи и переходы между ними. Однако есть проблема: если бы мы знали начальные данные и точные коэффициенты, то совершенно точно понимали бы, что происходит. Однако таких коэффициентов нет, ведь COVID-19 — болезнь достаточно неизученная», — рассказал Сергей Кабанихин.
Тем не менее ученые нашли выход: по информации, которая поступает каждый день, можно попытаться решить обратную задачу и восстановить недостающие сведения, а потом уже рассчитывать по ним возможный сценарий. «Мы соединили два подхода в комплексную модель, одна дополняет другую, данные взаимно пересчитываются. Также мы активно используем набор инструментов искусственного интеллекта», — прокомментировал Сергей Кабанихин.
Развивая модель, исследователи стали включать дополнительные параметры, например плотность распределения людей в группах, где переменная изменяется с 0 до 1 и означает соблюдение карантинных мер. Кроме того, можно определить влияние тех или иных мер, посмотреть, как могут быть реализованы разные сценарии.
Второй день научной сессии Общего собрания СО РАН посвящен вопросам экологии и карбоновой повестке.
«Наука в Сибири»
Фото из открытых источников
ИСТОЧНИКИ
Сибирские ученые — против COVID-19
- Наука в Сибири (www.sbras.info), 03.12.2021
Работа поддержана Министерством науки и высшего образования Российской Федерации и Национальными фондами Академии наук Китая. Результаты опубликованы в журнале Applied Organometallic Chemistry
