Вдохнуть жизнь: в чем суть природоподобных технологий
В НИЦ «Курчатовский институт» работает не имеющий аналогов в мире комплекс конвергентных НБИКС-природоподобных технологий. Он был образован президентом НИЦ Михаилом Ковальчуком в 2009 году: тогда аббревиатура выглядела как НБИК: нано-, био-, инфо- и когнитивные науки и технологии, позже присоединилась буква С — социогуманитарное направление исследований. В этом названии — симбиоз технологий, которые работают на единую цель — создание новой, природоподобной техносферы. Для этого сегодня в Курчатовском комплексе НБИКС-природоподобных технологий ученые ведут исследования и разработки, соединяя современные технологии с «конструкциями», образцами живой природы.
Подражая природе
В основе идеологии природоподобных технологий — понимание глобального тупика, в который сворачивает сегодня технологическое развитие (несмотря на все его впечатляющие успехи). Выход из него требует принципиально новых подходов в технологиях, прежде всего речь идет о принципах производства и потребления энергии.
— Человечество за века создало для себя техносферу — рукотворную среду обитания. Она становится всё более сложной, всё более комфортной, но и всё более энергоемкой, — говорит Михаил Ковальчук. — Современная техносфера потребляет огромное количество ресурсов, причем их потребление постоянно растет. Выход — создать принципиально новую технологическую базу, которая не будет таким агрессивным потребителем по отношению к окружающей среде. Нам надо стремиться к тому, чтобы органично встраивать современные технологии в ту экономичную цепочку ресурсооборота, которая существует в природе миллионы лет, с ее колоссальной эффективностью процессов.
Круг задач, которые решает НБИКС-комплекс, очень широк. Это хорошо понятно даже по названиям лабораторий: полимерных материалов, геномных и протеомных исследований, отдел биоэнергетики, нейрокогнитивных наук. Здесь занимаются современной микроэлектроникой, также соединяющей технологии живой и неживой природы. Например, работают с мемристорами — чипами, действующими по принципу нейронов.
— Природоподобные технологии основаны на изучении образцов, объектов и процессов живой природы, осмыслении их механизмов и затем воспроизводстве в виде технических решений, — поясняет заместитель директора НИЦ «Курчатовский институт» по научной работе Екатерина Яцишина. — И все направления, представленные в НБИКС-комплексе, — «инструменты» для работы на эту цель.
Междисциплинарный подход
В числе важных направлений работы НБИКС-комплекса также белковая кристаллография.
— Мы берем биологическую молекулу — белок растительного или животного происхождения — и формируем из него искусственную структуру, кристалл. Благодаря этому мы можем увидеть структуру молекул на атомарном уровне. Это необходимо для того, чтобы детально изучить свойства молекул и возможности воздействия на них, — объясняет первый заместитель директора НИЦ «Курчатовский институт» по науке Юлия Дьякова. — Например, при разработке вы воздействуете им именно на эти белковые молекулы. Сейчас развитие белковой кристаллографии имеет принципиальное значение для медицины, сельского хозяйства, промышленных биотехнологий.
Исследования в НБИКС-комплексе идут на уникальной исследовательской базе НИЦ «Курчатовский институт». В первую очередь это редчайший дуэт мегаустановок: специализированного источника синхротронного излучения «КИСИ-Курчатов» и нейтронного на базе реактора ИР-8. На обеих установках работает целый ряд станций для исследований в области материаловедения, нанобиотехнологий, медицины и даже изучения объектов культурного наследия.
— Расстояние между атомами вещества — порядка одного ангстрема. И чтобы увидеть, как они расположены друг относительно друга, понять структуру вещества, нам нужна «линейка» такого масштаба, — рассказывает Юлия Дьякова. — Сегодня это либо источник синхротронного излучения, либо поток нейтронов. В НБИКС-комплексе также используется уникальный набор методов электронной микроскопии, что позволяет нам исследовать объекты на атомарном уровне.
Залог биобезопасности
Еще одно приоритетное направление в НБИКС — генетические технологии. Это важнейшая основа современной персонализированной медицины, сельского хозяйства, включая растениеводство, животноводство, аквакультуры. С помощью генетических методов можно целенаправленно и быстро создавать линии сельскохозяйственных культур с определенными характеристиками, важными в определенном климате, с повышенной урожайностью, высокого качества. В рамках геномного центра в НБИКС-комплексе работает даже лаборатория генетических технологий виноградарства и виноделия.
— Сегодня Курчатовский институт — головная научная организация Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий на 2019–2030 годы, а кроме того, на нашей базе создан геномный центр мирового уровня в области сельского хозяйства и промышленной микробиологии, — подчеркивает Екатерина Яцишина.
Очень важно для биобезопасности, что теперь результаты генетических исследований, полученных в Российской Федерации, будут храниться в единой национальной базе. Ее созданием также занимаются в Курчатовском институте.
По словам Екатерины Яцишиной, еще при И.В. Курчатове в институте начали изучать влияние радиации на биологические объекты. Игорь Курчатов и Анатолий Александров в середине 1950-х годов дали возможность опальным тогда генетикам продолжать свои исследования в стенах Курчатовского института. То есть в том, что некогда Институт атомной энергии сегодня занимается природоподобными технологиями, генетикой, есть историческая закономерность.
