Все новости
Екатерина Скорб:
Екатерина Скорб:
Екатерина Скорб:
Екатерина Скорб:
Екатерина Скорб:

Екатерина Скорб: "Химические компьютеры могут стать естественным продолжением нашего тела"

Екатерина Скорб
© Александр Демьянчук/ТАСС
Как ученые программируют живые и неживые ткани подобно компьютеру? И насколько это безопасно? Рассказывает профессор Университета ИТМО, руководитель Центра инфохимии Екатерина Скорб

Мысль о нанороботах, "ползающих" в нашем теле, заставляет многих неприятно поеживаться. Впрочем, пока до этого дело еще не дошло. А вот миниатюрные сенсоры, которые могут помочь нам вовремя узнавать о болезнях или просто отслеживать состояние организма (например, во время спортивных тренировок), — уже на подходе. Как ученые программируют живые и неживые ткани для разных задач? И насколько это безопасно для нас, потребителей? Рассказывает профессор Университета ИТМО, руководитель Научно-образовательного центра инфохимии ИТМО Екатерина Скорб.

Екатерина закончила с отличием химический факультет БГУ в Белоруссии, затем продолжила исследования в престижном Институте Макса Планка. Она также работала в Гарварде в составе группы самого цитируемого химика мира Джорджа Уайтсайдса над несколькими фундаментальными проектами, в том числе Origins of life. Сейчас Екатерина Скорб руководит собственной группой в России, а среди ключевых проектов у нее — создание динамических материалов для оптики, разработка биочипов, позволяющих диагностировать широкий спектр заболеваний, и фундаментальные исследования в области хранения информации с помощью химических систем.

Об управляемых материалах

Что такое "умный" материал? Тот, который может выполнять нужные нам команды. На самом деле, конечно, у материала нет своего "мозга", он не принимает решения. Но он сконструирован таким образом, что может реагировать на внешние воздействия нужным нам образом — например, перестраивать свою структуру. Важно, что мы можем подать ему сигнал. Скажем, с помощью света.

Мы берем наночастицу, про которую мы знаем, что у нее меняется молекулярная оболочка под воздействием квантов света — фотонов. Обычно она сжимается. Но мы проводим эксперимент: усиливаем гидрофобное взаимодействие между молекулами, то есть делаем их водоотталкивающими. И смотрим, что получилось. Теперь оболочка стала расширяться. Появляется эффект, которого мы не ожидали.

В результате частица не только меняет размер, но и цвет: все потому, что свет по-разному отражается от ее поверхности. Все это не просто научное любопытство. Из такого материала можно создать, например, наноградусник для измерения температуры на каком-нибудь локальном участке тела. Или создавать термо- и светоуправляемые красители — по типу жидкокристаллических модуляторов.

О химическом компьютере

Если заглянуть еще дальше, мы подходим к возможности химических вычислений. Если материал может принимать нужную нам форму, у нас есть готовый носитель информации. Собственно, этим в том числе и занимается инфохимия — изучает возможность записи и хранения информации на молекулярном уровне. Такой компьютер может стать естественным продолжением нашего тела. Скажем, предсказывать поведение организма. "Ловить" заболевания — например болезнь Альцгеймера — на ранних стадиях.

Это очень молодая область. Впервые об этом заговорили в 90-х годах, с подачи криптографа Леонарда Адельмана. Тогда это был просто эксперимент: попробовать сделать из молекулы ДНК нечто вроде калькулятора. Дело в том, что у ДНК есть очень удобный механизм репликации — то есть пересборки с созданием двух новых молекул (так размножаются простейшие организмы). Оказалось, что можно запрограммировать этот процесс, чтобы выполнять простые логические операции. И даже создавать нечто вроде компьютерной памяти.

Но делать биологическое подобие компьютерного процессора неинтересно. Вместо этого наша цель — научиться программировать поведение молекул. Мы бы хотели создать такую химическую систему, которая могла бы исследовать свою молекулярную среду, обрабатывать химические сигналы, принимать решения и действовать на химическом уровне. Попутно мы очень много разрабатываем различных систем — таких, которые работают надежно, качественно и которые можно предложить в качестве коммерческой технологии.

О создании "живых роботов"

Я бы не сказала, что мы пытаемся создать некий аналог жизни, но усовершенствованный, более управляемый. Этим занимается синтетическая биология. Специалисты из этой сферы смотрят как бы сверху вниз. Берут уже имеющуюся, знакомую форму — например, животную клетку — и ищут способ ее модифицировать. Эта область развивается сегодня с неимоверной быстротой. Например, синтетические бактерии или грибки могут стать фабриками по производству определенного фермента.

Инфохимия, наоборот, идет снизу вверх. Мы берем самые простые компоненты — молекулы, материалы с необычными свойствами — и смотрим, как они ведут себя в разных условиях. Вызовов тут просто миллион. В синтетической биологии вы уже обладаете знаниями о том, какие системы хорошо работают. А мы берем только известные модели реакций и смотрим, как можно их использовать. Зато часто бывают необычные и неожиденные эффекты.

Если в синтетической биологии действительно речь — с оговорками — может идти о "роботах", то к наши материалам больше применимо слово "инструменты". С одной стороны, на их разработку и внедрение нужно не так много времени. С другой, возможности их применения зависят только от фантазии. Например, биосенсор, который подскажет, беременны вы или нет, — раньше любого известного теста.

О провалах и открытиях

Есть известный в нашей среде анекдот: ученому приносят график. Он смотрит и говорит: "Так это же все понятно, объяснимо". А ему возражают: "Вы вверх ногами смотрите". Он переворачивает: "А, ну так еще более понятно". Это вовсе не значит, что мы пытаемся скрыть свои неудачи. Наоборот, из неудач рождается самое интересное. Больше всего мы радуемся, когда наши гипотезы не подтверждаются. В этом и состоит путь и прелесть работы ученого.

О науке в России

У нас часто говорят о проблемах с покупкой реактивов и оборудования. Согласна, будет здорово, если все упростится и ускорится. А в общем, где бы ты ни был, круг задач в науке примерно один и тот же. Как и способы их решения. Чтобы руководить группой, нужно одновременно заботиться о многих составляющих: поиск актуальных тем, проведение экспериментов, написание грантов, статей, отчетов. Не всегда хватает на все времени, но мы делаем максимум того, что мы можем. Как в России, так и остальном мире неприятны все аспекты, связанные с бюрократизацией переезда, регистрации на новом месте, устройстве быта (те же садики и школы). Но от этого никуда не деться.

О научной работе

У нас в Центре основной принцип — наука через образование. Мы активно подключаем магистрантов и даже бакалавров. Наши группы не все руководятся химиками, там есть и медики, есть и инженерная группа, которая помогает нам в создании портативных устройств. Это лучшие школьники Санкт-Петербурга. Мы проводили несколько школ во время осенних каникул. Предложили, ребята откликнулись. Фактически за неделю.

В науке у человека должен быть специфический склад ума: он ищет то, чего не существует. Это не всегда бывает просто даже психологически. Часто гипотезы не подтверждаются, проходит много времени, прежде чем мы видим внедрение наших разработок. Бывает, что человек "перегорает", задумывается: быть ему в науке или нет. Уходит, потом приходит обратно. Я знаю множество таких примеров. Но в этом нет ничего страшного. Человек может привнести в работу какой-то новый опыт, новое понимание.

Подготовил Антон Солдатов