Расшифровку генома человека, поиски воды на Марсе и фейс-контроль частиц на коллайдере NICA обсуждали молодые ученые ОИЯИ с членами Ученого совета Объединенного института.
Это был не сайенс-слэм, но нечто в этом роде. Все происходило на очередной сессии Ученого совета ОИЯИ 19 февраля.
Обычно двухдневные сессии Ученого совета ОИЯИ собираются два раза в год – весной и осенью. В первой части директор института и руководители главных научных проектов привычно докладывают, как продвинулись исследования за последние полгода.
(Сейчас главных проектов у ОИЯИ два. Первый – коллайдер тяжелых ионов NICA. Он строится в Лаборатории физики высоких энергий под руководством директора ЛФВЭ Владимира Кекелидзе. Второй – ускорительный комплекс DRIBs для синтеза новых сверхтяжелых элементов. Его возводят в Лаборатории ядерных реакций. Главный ответственный за DRIBs – директор ЛЯР Сергей Дмитриев.)
Вторая часть сессии Ученого совета раньше посвящалась основательному научному докладу маститого исследователя. А молодые ученые скромно представляли результаты своих работ на стендах в соседнем зале.
И вот теперь молодым ученым ОИЯИ дали слово прямо на основном заседании Ученого совета. Рутинная работа международных экспертов, определяющих научную политику Объединенного института ядерных исследований, стала интереснее и живее.
Высказаться смогли трое представителей нового поколения физиков, которых выбрали три программно-консультативных комитета на своих январских сессиях. Суть и результаты своего исследования каждый из молодых физиков должен был раскрыть за двадцать минут на чистом английском.
Всеволод Катков из Лаборатории теоретической физики рассказал, как он со своим соавтором Ольгой Исаевой развил метод дешифровки ДНК с помощью нанопоры. Этот метод придумал двадцать шесть лет назад американский биофизик Дэвид Димер из Калифорнийского университета Санта-Круз.
У Димера оказалось много последователей – метод сулил большие перспективы. Еще бы! До идеи Димера на сложную международную программу «Геном человека», которая заняла тринадцать лет, шесть стран вскладчину потратили больше трех миллиардов долларов. Дело нешуточное: ДНК человека содержится в его 23 хромосомах, состоящих из трех миллиардов пар нуклеотидов.
После программы «Геном человека» появился более дешевый способ – нуклеотиды распознавали химическими методами визуально, по их свечению. Цена дешифровки одной ДНК уже снизилась до десятков тысяч долларов, а время дешифровки уменьшилось до нескольких десятков дней.
А последователям Димера год назад удалось изготовить прибор (MiniON), который менее чем за день (в случае с ДНК вируса – моментально) с вероятностью 80 % выдает формулу ДНК человека. И стоит процедура около одной тысячи долларов.
Идея Димера очень красива. Берется мембрана из наноматериала (толщиной в один атом). В мембране проделывается отверстие размером в один нанометр (одна миллиардная часть метра), чтобы через него почти вплотную смогла проскользнуть цепочка ДНК. Скользя сквозь отверстие (нанопору), каждый фрагмент (нуклеотид) ДНК обменивается с мембраной электронами и этим обозначает себя в виде свойственных лишь этому фрагменту характеристик электрического тока.
Идею Димера очень трудно воплотить потому, что создать наноматериал с отверстием в один нанометр еще никому не удавалось. Пока сумели добиться размера отверстия в 20 нанометров. Оттого-то и вероятность расшифровки ДНК пока не стопроцентна, а значит медикам пока рано полагаться на новый прибор. Но технологии стремительно развиваются. И есть надежда, что через два года нанопора достигнет нужного размера. Тогда, скажем, по анализу мочи сразу можно будет уверенно распознавать самые ранние проявления рака почки или мочевого пузыря. И уверенно излечивать этот недуг. На этот результат работают сегодня и физики, и инженеры.
Слово у Всеволода Каткова перехватила болгарка Любка Йорданова из Лаборатории физики высоких энергий. Она объяснила членам Ученого совета, каким образом собирается ловить и изучать Ф-мезоны (элементарные частицы) с помощью многоцелевого детектора коллайдера NICA.
А Павел Дубасов из Лаборатории нейтронной физики очень подробно рассказал о посланном на Марс приборе ДАН. Этот прибор придумали и сделали в ЛНФ и три года назад послали в космическое путешествие как часть марсианской научной лаборатории NASA (марсоход Curiosity). Прибор испускает нейтроны в грунт планеты. Часть нейтронов поглощается в грунте, а часть их выходит обратно на поверхность, где их и довит прибор ДАН. Анализируя полученные данные, прибор определяет глубину проникновения нейтронов и состав приповерхностного грунта.
К декабрю 2013 года ДАН произвел 120 измерений и передал на Землю вердикт: марсианский грунт двухслойный. У самой поверхности он сухой – содержание воды по массе не превышает 1%. Но на глубине до одного метра залегает почва с относительно высоким содержанием воды – до 10%. Исследования, проводимые сегодня при помощи прибора ДАН, станут базой для экспедиции человека на Марс, которая планируется в ближайшие десятилетия.