Передний край

Газовые гидраты — необычные соединения, похожие на снег, — уже давно исследуют в лаборатории фазовых переходов и неравновесных процессов Института теплофизики УрО РАН. Уральские ученые предложили собственный способ получения газовых гидратов и сейчас ведут эксперименты. Подробнее об этой работе и перспективах, которые гидраты могут открыть для водородной энергетики, корреспонденту «НУ» рассказал старший научный сотрудник лаборатории, кандидат физико-математических наук Андрей Владимирович Виноградов.
— Газовые гидраты — твердые кристаллические вещества, особые соединения с водой. Эти соединения образуются, когда молекула «вещества-гостя», например газа, помещена в полость внутри кристаллической решетки, состоящей из молекул воды — «вещества-хозяина».
И это не какие-то фантастические соединения, придуманные учеными. Газовые гидраты широко встречаются в природе. Существенные запасы углеводородного сырья, в основном метана, находятся именно в газогидратном виде. Более того, эти запасы заметно превышают запасы топлива на Земле во всех остальных видах, вместе взятых. Основная масса гидратов залегает на дне океанов, под толщей воды и, соответственно, под большим давлением. По этой причине эти запасы не могут добываться привычным для нас бурением.
Есть также основания предполагать, что газовые гидраты широко распространены и в других уголках Вселенной. Имеющиеся данные свидетельствуют о наличии условий для образования и существования гидратов на всех планетах Солнечной системы, за исключением Меркурия и Венеры, а также на некоторых спутниках и астероидах.
По внешнему же виду гидрат напоминает снег или рыхлый лед. Его можно даже взять в руки, и если он начнет таять, из него выделится колоссальное количество газа.

В нынешнем году премия Правительства РФ присуждена коллективу ученых, металлургов и машиностроителей за создание и освоение технологии производства высокопрочных сталей повышенной хладостойкости и надежности. Новые марки отечественной стали заменяют собой дорогостоящие зарубежные аналоги при изготовлении карьерной техники и горнодобывающего оборудования. Разработанный материал также найдет применение в других отраслях промышленности, а сама технология его производства может быть тиражирована на многих металлургических предприятиях России.
Один из лауреатов премии — главный научный сотрудник Института металлургии УрО РАН академик Леонид Андреевич Смирнов. Его заслуги в развитии научно-технического потенциала отечественной металлургии отмечаются премией правительства уже в третий раз. В этом году награждение совпало с 85-летием Уральского института металлов, научное руководство которым осуществляет Леонид Андреевич. Вот что рассказал сам ученый о работе над созданием и применением нового класса металлических материалов — экономнолегированных высокопрочных свариваемых сталей (ВСС).
На мой взгляд, эта работа удачно сочетает фундаментальные исследования с решением практических задач, стоящих не только перед металлургией, но и перед смежными отраслями. По составу участников, кругу решаемых проблем и методам исследований проект носит комплексный характер. В нем задействованы ученые-металлурги, специалисты металлургических заводов, а также конечные потребители — производители карьерной техники и механизированных комплексов горнодобывающей промышленности. Дело в том, что большинство перспективных месторождений в России расположено на труднодоступных территориях, в том числе в районах Крайнего Севера. Условия для работы техники там экстремальные, соответственно производители предъявляют особые требования к металлу. Перед нами стояла задача получить сталь с высокими показателями хладостойкости, прочности, пластичности, износостойкости и свариваемости. 

…В свое время открытие антибиотиков произвело настоящую революцию в медицине, однако уже сейчас, по прошествии времени, ученые и эксперты в области здравоохранения вынуждены признать, что возбудители инфекционных заболеваний научились приспосабливаться к действию этого типа лекарственных средств. Одно из решений проблемы — разработка препаратов принципиально нового поколения. Об альтернативе традиционным антибиотикам, создаваемой на основе антимикробных пептидов, бактерий — симбионтов энтерококков — интервью «НУ» с научным сотрудником Института клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН (г. Оренбург), лауреатом стипендии президента РФ для молодых ученых, кандидатом биологических наук Алексеем Васильченко.
— Алексей Сергеевич, в чем преимущество антимикробных пептидов по сравнению с классическими антибиотиками?
— Не секрет, что одна из самых серьезных проблем современной санитарной и клинической медицины — устойчивость микроорганизмов к используемым в клинической практике антибиотикам. Помощник генерального директора ВОЗ по вопросам безопасности в области здравоохранения доктор Кейджи Фукуда даже назвал антибиотикорезистентность одним из основных глобальных вызовов, с которой столкнулось человечество в настоящее время. Сложность состоит в том, что в мире микроорганизмов все процессы изменчивости и отбора происходят чаще и проявляются быстрее, а значит, вновь созданный препарат для борьбы с инфекцией необязательно будет абсолютной панацеей.
Вместе с тем антимикробные пептиды в определенном смысле также являются антибиотиками, но иного происхождения. Это синтезируемые на рибосомах короткие последовательности аминокислот, которые в силу своих физико-химических свойств эффективно воздействуют на микроорганизмы, подавляя их развитие. Поскольку способностью синтезировать такие пептиды обладают многие живые существа, она рассматривается как наиболее древний и универсальный механизм защиты организма от чужеродных агентов.

Коллекция микробных культур Института клеточного и внутриклеточного симбиоза Оренбургского НЦ УрО РАН была создана совсем недавно, в 2014 году, но уже получила первое место на форуме «Инновационное образование — локомотив технологического прорыва России» и XII ярмарке стартовых инновационных проектов и компаний «Российским инновациям — российский капитал» (Нижний Новгород, 2014). В отличие от микробных «моноколлекций» в оренбургском банке микроорганизмов представлены разнообразные культуры — штаммы нормальной микрофлоры человека и потенциально патогенные клинические изоляты, водные микроорганизмы и бактерии-нефтедеструкторы, а также индикаторные культуры. Выйти на новый уровень фундаментальных исследований этого микробного разнообразия удалось во многом благодаря созданию в институте в том же 2014 году центра коллективного пользования научным оборудованием, и прежде всего появлению нового высокопроизводительного секвенатора, который открывает широкие возможности для анализа генома бактерий.
Вот что сказал о значимости оренбургской коллекционной работы директор ИКВС доктор медицинских наук Сергей Викторович Черкасов:
— Наша коллекция позволяет сохранить обширный и разнообразный генетический материал микроорганизмов, который необходим для научных исследований — моделирования, генной инженерии, а также для экспертно-эпидемиологических работ. Надеемся, что в ближайшем будущем она станет востребованной предприятиями биотехнологического кластера. А фундаментальная новизна нашей коллекции — в том, что мы исследуем микроорганизмы с точки зрения межмикробного взаимодействия, их антагонистической или синергетической активности.

На вес золота
Существенная часть собранной в ИКВС коллекции — представители нормальной микрофлоры человека. Таких коллекций в России немного, самая известная — в Московском НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Г.Н. Габрического.
По словам зав. лабораторией дисбиозов кандидата медицинских наук А.В. Валышева, коллекционировать штаммы нормальной микрофлоры необходимо для создания биопрепаратов и для тестирования антимикробных соединений. Александр Владимирович сравнивает отбор полезных для человека микробных штаммов с добычей золота. Чтобы найти драгоценную песчинку, нужно перемыть кучи песка, а из тысяч микробных штаммов только один может стать основой для создания пробиотика — антибактериального препарата, действие которого основано на антагонизме микробов между собой. Некоторые представители нормальной микрофлоры способны эффективно противостоять патогенным бактериям либо напрямую, продуцируя антимикробные факторы — лактат, лизоцим, перекись водорода, различные бактериоцины (специфические белки, подавляющие жизнедеятельность клеток других штаммов того же вида или родственных видов бактерий), либо опосредованно, лишая болезнетворные бактерии персистентных свойств, т.е. способности к долгому выживанию в организме.