Учёный Сириуса Максим Никитин получил Государственную премию за механизм хранения и передачи данных в ДНК

Руководитель направления «Нанобиомедицина» Научно-технологического университета «Сириус», заведующий лабораторией МФТИ, доктор физико-математических наук Максим Никитин стал лауреатом Государственной премии Российской Федерации в области науки и технологий 2024 года. Соответствующий указ подписал Президент России Владимир Путин.
Исследователь открыл механизм «молекулярной коммутации» ДНК, который поменял наше представление об одной из главных парадигм биологии.

Более 70 лет считалось, что ДНК хранит и обрабатывает информацию за счёт структуры двойной спирали — однозначно-соответствующих друг другу (комплементарных) молекулярных цепей.

Максим Никитин экспериментально доказал, что для эффективной обработки информации ДНК совершенно не обязательно образовывать двойную спираль. ДНК может хранить и передавать информацию за счёт слабоаффинных взаимодействий, реализующихся в том случае, когда молекулы имеют низкое сродство друг к другу. Более того, он показал, что короткая ДНК, даже максимально некомплементарная гену, может регулировать его работу.

«Большая честь получить столь высокую награду. Это для меня не только оценка того, что уже сделано, но и высокое доверие к новым проектам и исследованиям в области понимания фундаментальных основ молекулярных взаимодействий. Я очень надеюсь, что феномен, открытый мной ранее, позволит российским учёным ещё глубже познать природу самых разнообразных биологических процессов, а также приведёт к разработке более безопасных методов терапии сложных заболеваний. Чтобы наша страна и дальше оставалась флагманом мировых научных открытий», — отметил Максим Никитин.

Для повышения глубины собственных фундаментальных исследований Максим Никитин стал сооснователем компании-резидента ИНТЦ «Сириус» «Абисенс», занимающейся разработкой и производством биотехнологического научного оборудования.

Подписывайтесь на флагманский канал Сириуса!

Источником резистентности к противомикробным препаратам (AMR) могут быть de novo мутации или генетические элементы, попавшие в клетку путем горизонтального переноса. Они не дают препаратам взаимодействовать со своей мишенью или накапливаться в клетке в достаточном количестве.

Механизмы возникновения резистентности и персистентности плохо изучены. Считается, что для того, чтобы пережить действие антибиотика, бактерии должны подавить клеточные процессы и впасть в состояние покоя. Но исследователи из США и Германии предположили, что под действием антибиотиков бактерии испытывают плейотропный стресс, ускоряющий возникновение мутаций и приводящий к развитию AMR. Такой стресс изменяет физиологию бактерий и может усиливать метаболические процессы, включая потребление АТФ, клеточное дыхание и выработку активных форм кислорода (АФК). 

Авторы проанализировали метаболом клеток E. coli MG1655, обработанных антибиотиком ципрофлоксацином. Уже через час в бактериях снизились АТФ/АДФ, AEC и NADH/NAD+. Затем исследователи получили E. coli с повышенным потреблением АТФ и с повышенным потреблением NADH. Эти клетки постоянно находятся в состоянии биоэнергетического стресса. Авторы проверили, как такие бактерии отреагируют на ципрофлоксацин. У них быстрее развивалась резистентность, чем у клеток дикого типа. Также под влиянием стресса значимо выросла доля клеток, переживших полуторную минимальную ингибирующую концентрацию антибиотика, что говорит о появлении персистирующих клеток.

Чтобы понять механизм этого явления, авторы секвенировали РНК бактерий, находящихся в постоянном состоянии биоэнергетического стресса. Не было выявлено существенных изменений в экспрессии генов репарации ДНК и реакции на окислительный стресс, что удивительно, поскольку эти пути участвуют в развитии резистентности к противомикробным препаратам и персистентности. Однако в таких клетках было значительно больше H2O2, при этом экспрессия генов реакции на окислительный стресс не повышалась. Эти и другие эксперименты подтвердили, что биоэнергетический стресс заставлял клетки испытывать окислительный стресс, но при этом не активировал классический ответ него.

В последнее время всё большее внимание исследователей привлекают аптамеры — короткие молекулы ДНК или РНК, способные избирательно связываться с белками и другими биомолекулами. Их получают с помощью метода SELEX, который позволяет из огромной библиотеки случайных последовательностей отобрать самые высокоаффинные и специфичные к мишени аптамеры. Этот метод уже активно используется для создания диагностических и терапевтических средств.

Швейцарские учёные (среди которых есть и уроженцы России!) представили инновационный метод MEDUSA, который позволяет создавать мультивалентные комплексы аптамеров с точно заданной пространственной организацией, повторяющей структуру сложных белков-мишеней, например, тримерного спайк-белка коронавируса. Для этого используется циклическая одноцепочечная ДНК (cssDNA) в роли каркаса, к которому гибридизуются несколько аптамерных «рук» с контролируемыми расстояниями и ориентацией. Такой подход значительно повышает силу и селективность связывания по сравнению с одиночными аптамерами. Отбор аптамеров происходит сразу в составе этих мультивалентных сборок, что позволяет выявлять молекулы, эффективные только в таком контексте. Процесс напоминает молекулярную эволюцию — лучшие варианты многократно отбираются и усиливаются.

Таким образом, MEDUSA открывает новые возможности для быстрой разработки высокоэффективных и избирательных аптамерных комплексов для диагностики и терапии вирусных инфекций и других заболеваний.

Российские учёные под руководством академика Александра Габибова (известного своими работами в области каталитических антител) сделали большой шаг в разработке мРНК-вакцин.

Исследователи из Института биоорганической химии РАН и МГУ предложили инновационный метод оптимизации ключевых компонентов вакцин — нетранслируемых регионов (UTR), которые влияют на эффективность синтеза белка.

Используя репортерный ген нанолюциферазы (NLuc), команда провела масштабный скрининг природных UTR и обнаружила, что комбинация 5′-UTR гена GPI и 3′-UTR вируса EMCV превосходит по эффективности аналоги из западных вакцин Pfizer и Moderna.

Эксперименты на мышах подтвердили, что мРНК с новыми UTR обеспечивает высокую выработку целевого белка и мощный иммунный ответ. Особый интерес представляет разработанный учёными неинвазивный метод контроля трансляции через анализ крови, что значительно ускоряет тестирование будущих вакцин.

Работа, опубликованная в журнале Vaccines, открывает путь к созданию более эффективных препаратов против COVID-19 и других инфекций.

🎤 На флагманской сессии ВЭБа «Созвучие роста» на Петербургском международном экономическом форуме (#ПМЭФ2025) ректор Сколтеха Александр Кулешов объяснил, почему ему не нравится слово «инновации», и призвал отличать их от технологических целей государства.

«Инновации существуют, конечно. Это важная компонента нашей жизни. Но давайте определимся, что такое инновация. Инновация — это прежде всего формулирование новой цели и, конечно, пути её достижения. Например, "Убер", "Амазон", "Вайлдберриз" — это классические инновации. Формулируется новая цель, которая делает так, чтобы жизнь стала лучше, жить стало веселее. Имеет ли это большое значение для государства? Честно говоря, не очень».

По мнению главы института, для страны важнее формулировать технологические проблемы. В качестве примера он привёл то, что наука 70 лет понимала, что необходимо сделать возвращаемую первую ступень, но сделал это совсем недавно Илон Маск.

«И только благодаря этому экономически стало возможным создать огромную спутниковую группировку, такую как "Старлинк". Дело в том, что стоимость первой ступени — это 70% от стоимости всего запуска. В этом и должна состоять технологическая цель».

На этой неделе обнародованы данные по Nature Index 2025 (этот показатель оценивает страны и организации по числу научных работ, опубликованных в ведущих научных журналах). Интересно отметить, что по этому показателю Китай теперь намного (почти в полтора раза) опережает США, причем за год общемировая доля Китая возросла на 17.4%, а доля США уменьшилась на 10.1%:

https://www.nature.com/nature-index/research-leaders/2025/country/all/global

Если судить по процессам, которые сейчас происходят в американской науке, в ближайшие годы этот разрыв будет увеличиваться. По этому случаю ТГ-канал «Evening Prophet» опубликовал вчера интересный комментарий:

https://t.me/eveningprophet/2883

который в сокращенном и «причесанном» виде приводятся ниже:

«Китай уже в 90е проявлял большие амбиции к росту своего научного потенциала, и действовали они очень грамотно - изучая архитектуру научного рынка и проводя консультации с его ключевыми участниками. Китайские делегации на какое-то время обосновались в Амстердаме в штаб-квартире Elsevier, стараясь понять, как обеспечить удобный доступ китайских ученых в единое информационное пространство. Голландцы рассказали китайцам как работают редакции, что такое peer review, репутация, качество данных и все то, на чем стоит здание современной науки.

Китайцам надо отдать должное - они ужасно любят учиться и всегда готовы за это платить. В начале 21 века они подписали с Elsevier контракт на полную подписку всех институтов Китайской АН и университетов на их журналы и реферативную базу Scopus, но выдвинули дополнительное условие - в данном случае не трансфер технологий, а полное обучение ученых и научных администраций навыкам коммуникаций с редакциями и написания современного класса научных статей. Ну и - не без того - помощь в продвижении авторитетных китайских ученых в редколлегии журналов Elsevier.

Academic writing стал обязательным курсом для всех китайских ученых - даже самых уважаемых. Строгое рецензирование было введено во внутренние журналы. Началась накачка их контента - охота за качественными публикациями. За десятилетие уровень китайских статей из мусорного стал вполне пристойным, еще за десятилетие - достойным, сейчас - они на равных конкурируют с лучшими мировыми школами. Стратегия долгого пути правильными методами у китайцев получается прекрасно.

Что было у нас? Я пытался вступить в контакт с Минобрнауки (по контексту тут автор говорит о времени середины нулевых – прим. АХ) - тупо не поняли, что это. Решили, что какие-то дельцы. Над рассказом про китайскую программу посмеялись – «куда им до нас». Никакого academic writing (сами научатся). Никаких программ взаимного научного обмена в части редакций и брендов. В общем, тему полностью слили.

Конечно, мне тут расскажут про обильное финансирование китайской науки, про "тысячу талантов", про массу других способов вывести науку в космос. Но что отличает китайских чиновников от наших - желание понять основы. И не слить все на свистелки, которыми можно хвастаться начальству...»

По-моему, очень поучительные рассуждения, особенно с учетом того, что с конца 2022 года вектор политики руководства РАН в научно-издательской сфере направлен в прямо противоположную сторону по сравнению с выбором руководителей китайской науки.

Очень элегантная работа вчера опубликована в Nature Chemistry. Группе ученых из Университета Эдинбурга (Великобритания) удалось в какой-то степени «скрестить ежа с ужом»: найти способ получения известнейшего обезболивающего и жаропонижающего средства парацетамол из полимерных отходов (использованных пластиковых бутылок из полиэтилентерефталата - ПЭТ):

https://www.nature.com/articles/s41557-025-01845-5

Опуская некоторые подробности, их метод можно описать так: ПЭТ разложили до терефталевой кислоты, затем получали из нее гидроксамовую кислоту и добавили ее к хорошо известной клеточной культуре кишечной палочки (E. coli), лишив эту культуру возможности самостоятельно размножаться. К удивлению ученых, кишечная палочка нашла выход: использовала «внутренние резервы» для создания каталитических центров «производства» нужной для размножения пара-аминобензойной кислоты.

Для этого нужно было осуществить известную в органической химии «перегруппировку Лоссена», которая обычно происходит в присутствии токсичных катализаторов на основе переходных металлов, либо при нагревании. А тут все произошло в мягких биологических условиях. То есть, кишечная палочка подтвердила поговорку «хочешь жить - умей вертеться». А если использовать известные методы генетической модификации кишечной палочки, то в итоге с 92% выходом получался парацетамол. Краткое изложение содержания данной статьи на русском языке можно посмотреть здесь:

https://naukatv.ru/news/khimiki_prevratili_plastik_v_obezbolivayuschee_s_pomoschyu_bakterij

В принципе, нет ничего удивительного, что пластик в итоге превратился в лекарство, ведь и то, и другое получают из нефти. Но тут интересно, что все это превращение проходило в мягких «биологических» условиях, и без использования токсичных катализаторов. Также внушает оптимизм жизнестойкость бактерий: когда их лишили привычной пищи, они нашли выход и смогли синтезировать себе пищу из молекул, которые находились вокруг них. Даже если для этого им пришлось осуществить реакцию, для которой считалось, что она может проходить только в «жестких» условиях.

Сработала также «привязка» к модной проблеме пластиковых отходов. Данная работа не решит эту проблему, но зато статье обеспечен широкий резонанс. Она вышла только вчера, но многие мировые и российские СМИ уже написали о полученных результатах. Признаюсь, что и я прочитал эту статью, в основном, из-за этой «привязки».

Очень интересный разговор Петра Власова, автора замечательного научно-философско-культурного канала "Forever and Biomed", и Ивара Максутова, основателя "Постнауки".

Пётр Власов в своём интервью, высказал довольно интересную точку зрения, что в эпоху TikTok и клипового сознания можно зажечь в молодёжи интерес к науке, если преподносить математику, физику, химию, биологию не через язык сухих формул, а через живые истории, контекст и человеческий опыт. Что-то в этом есть.

🎓 Университетская наука: как оставаться в глобальном тренде

Проект «Наука Mail» опубликовал материал по итогам выступления Александра Кулешова, академика РАН и ректора Сколтеха, на научно-практической конференции института «Фронтиры прогресса». Он подробно проанализировал проблемы и вызовы, с которыми сталкивается отечественная научно-образовательная система.

Глава института отметил, что основная причина снижения международных позиций российской науки — это разрушение научной среды. Несмотря на важность оборудования и финансирования, без среды они ничего не значат. По его словам, именно среда — решающий фактор научного прорыва.

«Учёные — люди скромные по своей природе. Никто не гонится за миллионами. Нужно оборудование, нужно финансирование, но прежде всего — среда. Без среды остальные два компонента умножаются на ноль».

Отвечая на вопрос о том, как российским университетам не просто догонять, а задавать мировые тренды, Александр Кулешов подчеркнул важность стратегического видения. Он акцентировал внимание на необходимости долгосрочной перспективы, которая выходит за рамки нескольких лет:

«Главное: нужно видеть глобальную перспективу. Не на 2−3 года, а на поколения вперед. Только так можно чего-то добиться. Долгое терпение — вот что важно».

Ректор также подчеркнул необходимость реструктуризации системы подготовки научных кадров, охватывающей весь путь — от младших классов школы до реального производства.

«Нужна продуманная, системная перестройка, рассчитанная на десятилетия. Только так можно добиться результата. Мы говорим не просто о новой модели науки — мы говорим о новой модели жизни в целом. Это вопрос цивилизационного уровня».

В завершение своей речи ректор Сколтеха затронул психологический аспект, объяснив, почему важно научиться воспринимать неудачи как часть пути к успеху:

«У нас психология другая: споткнулся — все: "Я всё понял, это не мое, полная ерунда". А на Западе крупные фонды (хотя публично об этом не говорят) принципиально не инвестируют в компании, руководители которых никогда не терпели банкротства. Провал — это обязательный опыт. А у нас? "Попробовал — не получилось — значит, бред, надо забыть". Вот в чём проблема. Если мы хотим изменить ситуацию, нам нужно менять психологию общества в целом. Это глобальная, архиважная задача».

👉 Полную статью читайте на сайте.