Толщи арктической воды, многовековой придонный ил и экологические ниши вокруг метановых источников — здесь ученые будут искать неизвестных науке микробов. Научные суда отправляются по Северному морскому пути, чтобы составить интерактивную карту, на которую будут нанесены обитающие в разных местах российской Арктики микробные сообщества. О том, зачем это нужно и насколько осуществим проект в условиях санкций, “Ъ” рассказал биолог, профессор Сколковского института науки и технологий, профессор Университета Ратгерса (США) Константин Северинов.
Фото: Коммерсантъ / Евгений Гурко / купить фото
Фото: Коммерсантъ / Александр Петросян / купить фото
— Как будет выглядеть атлас микробных сообществ и зачем он нужен?
— Это интерактивная карта, где будут указаны обитающие в разных географических точках России микробные сообщества и будет показана динамика изменения состава сообществ во времени. Похожие проекты в мире есть, но в нашей стране до сих пор ничего подобного не делали. В первую очередь мы будем изучать сообщества, обитающие в морях Северного морского пути. Для этого в течение нескольких лет предполагалось участие в экспедициях на научных судах и отбор и анализ десятков тысяч образцов.
— Насколько хорошо ученым знакомы микробные сообщества в этих местах?
— Морские микробные сообщества в принципе изучены мало, а тем более в Арктике. Одна из целей нашей работы — поиск микробов, способных производить биоактивные вещества, в частности антибиотики. Большинство антибиотиков, которые мы используем сейчас, производится микробами, которых ученые выделили из окружающей среды в 1950–60-е годы прошлого столетия. Это время сейчас называют золотым веком антибиотиков. Тогда в основном изучали почвенные образцы и даже было такое развлечение: крупные американские и европейские фармкомпании просили своих сотрудников, находящихся в отпуске в разных уголках мира, собирать образцы, чтобы потом исследовать находящихся в них микробов.
Но «золотой век» кончился, потому что в почве количество микробов, которых можно культивировать в лаборатории на чашках Петри, оказалось не таким уж большим. Ученые раз за разом находили микробов, которые производили одни и те же, уже известные антибиотики. И это в конце концов привело к сегодняшнему кризису и появлению бактерий устойчивых к большинству из антибиотиков, имеющихся в арсенале врачей.
— То есть морские микробы выглядят более перспективными?
— Они гораздо менее изучены, поэтому потенциально там можно найти что-то новое и интересное. Такие работы активно ведутся в мире, но в основном в теплых морях. В российской Арктике такие исследования не проводились, так как не было технологий, которые бы позволяли провести их на должном уровне. До сих пор такие работы у нас в основном строились по классическому сценарию: экспедиция отправлялась в какой-то район, биологи отбирали образцы, затем выделяли из них микробов, культивируя их на питательных средах в лаборатории. Но сегодня понятно, что лишь очень малая часть — менее 1% микробов, присутствующих в природных пробах,— растет на тех питательных средах, которые мы им предлагаем в лаборатории.
То есть 99% и более микробного разнообразия — это загадка, terra incognita окружающего нас микробного мира.
Современные методы геномного анализа открывают доступ к этому скрытому разнообразию микробов. Нам больше не нужно растить их в лаборатории, вместо этого мы «читаем» их ДНК и находим гены, которые могут представлять интерес, например, гены биосинтеза новых антибиотиков.
— Насколько широко такие работы проводились в России?
— Целостной программы у нас, повторю, не было, некоторые российские ученые участвовали в международных консорциумах, в основном в качестве поставщиков образцов.
— А что поменялось в работе ученых? Насколько ощутимо влияние санкций?
— Большая часть российских проектов в области современных наук о жизни оказалась в зоне риска, потому что более-менее серьезная наука связана с работой на иностранном оборудовании и с иностранными реагентами, которые пока не являются импортозамещаемыми. Сейчас нарушено большинство логистических цепочек, и многие необходимые расходники купить практически невозможно. В мировых масштабах российская биология «маленькая»: количество научных статей российских авторов составляет менее 2% мирового, а количество результатов значимого уровня составляет малую долю этого небольшого числа. В новых условиях, которые ставят российских ученых в еще более невыигрышные условия по сравнению с зарубежными исследователями, эта доля сократится еще больше. Например, работа по нашему атласу сейчас возможна только в какой-то своей части.
— Как будет выглядеть работа в море?
— На каждом судне работает большая команда исследователей, которая помимо биологов включает геофизиков, океанологов и ученых других специальностей. Наши сотрудники будут разворачивать судовые микробиологические лаборатории. В идеале мы планировали, что они не только будут собирать образцы и выделять из них ДНК, но и проводить секвенирование (чтение последовательности ДНК) на портативных приборах прямо на корабле, а затем в режиме реального времени, находясь, например, в Карском море, передавать информацию на большую землю. Как радист Кренкель, который передавал информацию о партийных собраниях Папанина на льдине. То есть полученные данные можно будет анализировать прямо в режиме реального времени.
— Зачем такая оперативность, учитывая, что речь идет о микробах, которые ждали ученых миллионы лет?
— Во-первых, это просто красиво. Наш проект, поддержанный Министерством образования и науки, имеет важную составляющую — так называемую гражданскую науку. Мы планируем привлекать большое количество молодежи, старшеклассников и студентов, к биоинформатическому анализу данных. В течение года наши сотрудники проводили лекции для старшеклассников по всей стране, объясняя, что, как и зачем мы с ними будем делать.
Мне кажется, наблюдать в режиме реального времени за кораблем и отслеживать, как меняется микробная флора по мере его движения,— это интересно. Причем это можно делать из любой точки. Все, что нужно,— это доступ в интернет и умение пользоваться специальными программами.
Любой старшеклассник при определенной подготовке может участвовать в исследовании, заполнить карту и внести информацию о том, кто обитает в той или иной точке, если повезет, то обнаружить новых, неизвестных науке бактерий и открыть гены, продукты которых могут обладать интересными свойствами и практическим применением, обсудить полученные результаты с командой специалистов. Для некоторых это может стать важной вехой в выборе будущей профессии.
— Как вы будете выбирать места для отбора проб?
— Мы ограничены маршрутом движения судна. В одном случае забирается вода с различных глубин, фильтруется, чтобы убрать неорганические частички или планктон, а затем стандартными методами из нее выделяется ДНК находящихся в воде микроорганизмов. В другом случае мы работаем с донными отложениями ила, в котором количество микробов огромно и всегда можно найти что-то интересное. Есть специальные места, например выходы метана на дне океана, вокруг которых образуется уникальная экологическая ниша и, соответственно, уникальные микробные сообщества. Четвертый вариант — изучение микробов, обитающих внутри морских беспозвоночных — губок, червей, раков и других видов.
— Насколько реально провести такие работы в полном масштабе сегодня?
— Сбор образцов, безусловно, будет проведен, а вот дальнейшая работа под вопросом, потому что секвенирование ДНК проводится исключительно на иностранном оборудовании и на иностранных реагентах. В норме приборы в геномных центрах работают семь дней в неделю, идет постоянный поток образцов и, соответственно, выдача результатов для анализа. В России и раньше были трудности с обеспечением бесперебойной работы секвенаторов, иногда приходилось ждать запуска месяцами. Сейчас, по крайней мере в краткосрочной перспективе, будут большие сложности, придется как-нибудь выкручиваться.