N 21 (4011) от 21 мая 2010:

• Куба - Дубна: на стадии "перезагрузки"
• "Идеи должны попадать в среду, которая может их развивать"
• Новая форма студенческой практики
• "Кадры будущего"
• Тема диссертации - тайна "черного ящика"
• Двадцать лет на службе России
• Занятия наукой как состояние души (60 лет В.Б.Бруданину)
• Концерты
• На древней земле Волоколамска
• НОВОСТИ

Версия N 21 в формате pdf

Молодежь и наука

Тема диссертации - тайна "черного ящика"

8 апреля молодой сотрудник Лаборатории радиационной биологии Олег Белов защитил кандидатскую диссертацию "Математическое моделирование индуцированного мутационного процесса в клетках Escherichia coli при действии ультрафиолетового излучения". Обычное дело! - подумает читатель и... ошибется. Потому что далеко не каждый аспирант, еще не завершив первый (!) год обучения в аспирантуре, успешно защищает диссертацию, и где - на биофаке МГУ!

О предыстории этой защиты рассказал научный руководитель диссертанта заведующий кафедрой биофизики Университета "Дубна" профессор Е.А.Красавин:

- Я читаю лекции студентам-старшекурсникам, но обязательно каждый год встречаюсь с новым набором первокурсников. Олег мне сразу понравился, чем-то напомнив бывшего моего студента Сергея Аксенова. Сергей пришел к нам, тогда еще на кафедру радиобиологии УНЦ, на VIII семестре обучения на факультете теоретической и экспериментальной физики МИФИ. Мы занимались задачей моделирования взаимодействия двух ключевых генов, участвующих в реализации индуцированного мутационного процесса у бактерий. Сергей подключился к ее решению. А сама эта задача выросла на основе экспериментального изучения механизмов образования генных мутаций у бактерий при действии излучений с разными физическими характеристиками. Этой проблемой мы занимались в течение десяти лет. В группе интернационального коллектива, куда входили болгарские и чехословацкие специалисты, на пучках тяжелых ионов ускорителей ЛЯР были получены уникальные экспериментальные данные. По материалам исследований сотрудником из Чехословакии Станиславом Козубеком была защищена докторская диссертация. Станислав вернулся на родину и последние годы возглавляет Институт биофизики ЧАН в Брно.

Тогда в характере взаимодействия двух ключевых генов, участвующих в индуцированном мутагенезе, было много непонятного. Когда появился Сергей, он, будучи студентом, за три года решил важную часть задачи. Позже, во время обучения в нашей аспирантуре, им была разработана математическая модель взаимодействия этих ключевых генов. Работа получилась очень элегантной. Мы послали ее в престижный международный журнал - "Journal of Theoretical Biology". А поскольку волновались за наш английский, то попросили проверить статью американку, супругу приехавшего в ЛНФ физика, которая по образованию была филологом. И когда мы получили из редакции ответ с рецензией и замечаниями, то по существу работы никаких претензий не было, а была ремарка, над которой мы долго потешались: "Откуда у вас такой превосходный английский?"

Сергея Аксенова вскоре после этой публикации пригласили в Англию, а потом в США, где он в настоящее время успешно работает. А нам надо было двигаться дальше, и попытаться описать не только участие двух ключевых генов в формировании мутаций, но и исследовать весь процесс индуцированного мутагенеза: от первичных актов передачи энергии генетическим структурам до конечного события - формирования генной мутации. Этот вопрос оставался до последнего времени своеобразным "черным ящиком".

Поставленная задача была архисложной. Классики радиационной генетики: Н.В.Тимофеев-Ресовский, М.Дельбрюк, Д.Ли, - полагали, что формирование мутаций есть результат непосредственного разрушения генов, в которые попадает квант энергии. Это разрушение непосредственно и проявляется в виде мутации, а измененный признак наследуется. Такой взгляд на мутационный процесс можно увидеть и в книге выдающегося физика Э.Шредингера "Что такое жизнь с точки зрения физики?". Поскольку наследственность и изменчивость - основа всего живого, очень важно понять, как происходит процесс формирования мутаций.

С развитием молекулярной биологии стало понятно, что радиационный мутагенез - сложный многоступенчатый процесс, который реализуется после нарушения структуры ДНК и возникновения неких "премутационных" повреждений. Эти повреждения могут либо закрепиться и наследоваться в виде мутации, либо подвергнуться репарации и исчезнуть. Мы начали разрабатывать молекулярную модель реализации этих процессов на основе последних достижений молекулярной генетики. В ходе многолетних исследований закономерностей и механизмов формирования генных и структурных мутаций у различных видов бактерий при действии излучений с разными физическими характеристиками, выполненных сотрудницей ЛРБ А.В.Борейко, удалось разработать молекулярную модель индуцированного мутагенеза. Успешный результат был закреплен ею в докторской диссертации "Генетическое действие ускоренных тяжелых ионов", успешно защищенной в МГУ пять лет назад.

Олег Белов уже на младших курсах университета заинтересовался проблемами мутагенеза и возможностями применения математических методов моделирования этих процессов. Он успешно и быстро продвинулся в этом направлении. Олег получил хорошую физико-математическую подготовку и глубокие знания по биофизике. Еще студентом он написал с соавторами несколько серьезных статей по этой задаче, где были формализованы основные пути реализации репарации и формирования различных молекулярных комплексов, участвующих в закреплении премутационных повреждений в мутации. Так что к окончанию университета у него было несколько научных публикаций. Получив красный диплом, Олег поступил в аспирантуру, фактически уже выполнив основной объем диссертационной работы. К исследованиям подключился пришедший к нам в лабораторию прекрасный математик А.Ю.Пархоменко. Результаты работы были опубликованы в том же "Journal of Theoretical Biology". В этой работе мы первыми в мире вскрыли "черный ящик" - описали механизм формирования мутаций у бактерий Escherichia coli и построили математическую модель формирования генных мутаций у такого объекта.

Еще добавлю, что Олег, будучи студентом, выиграл два конкурса на участие в студенческих школах - по космической радиобиологии, организуемой НАСА в Брукхейвене, и Европейской школе по применению методов ядерной физики в биологии и медицине в Дармштадте. Научную работу он совмещает с ответственной должностью секретаря Программно-консультативного комитета по физике конденсированных сред ОИЯИ. Очень приятно, что наша кафедра готовит таких ребят - увлеченных наукой и преданных ей. Ради них и стоит уделять много времени на лекции и весь образовательный процесс в университете, подготовку кадров для лаборатории.

В заключение добавлю, что цикл экспериментальных и теоретических исследований мутагенного действия излучений с разными физическими характеристиками на микроорганизмы дважды был удостоен премии ОИЯИ.

- Когда проявилось ваше увлечение биологией? - первый вопрос, который я задала Олегу.

- Биологией я увлекся в 10-11-м классах благодаря школьному преподавателю - настолько интересно и компетентно подавал он учебный материал. А то, что я выбрал именно кафедру биофизики, мне кажется, сыграло ключевую роль в определении моего дальнейшего жизненного пути. И, конечно, огромное значение имело то, что нами занимались такие профессионалы, увлеченные своим делом, как Алла Владимировна Борейко и Евгений Александрович Красавин.

Задачей моделирования мутационного процесса я увлекся на втором курсе. Частичное решение выполнил Сергей Аксенов, а пути дальнейшей работы, в процессе которой полученное решение надо было расширить и построить полную модель, мы наметили с Е.А.Красавиным. Задача потребовала от нас больших усилий: немногие специалисты в мире занимались этой проблемой, публикаций по теме было совсем мало. Параметры для математической модели приходилось собирать буквально по крупицам. Всего две-три работы в мире были выполнены по отдельным аспектам проблемы индуцированного мутационного процесса, а по всей системе в целом - ни одной.

- А как вам удалось совмещать успешную учебу и научную работу?

- На большинстве кафедр специальные дисциплины начинают читать с III-IV курса, а у нас общий курс радиобиологии читают на первом курсе, и это позволяет, изучая остальные предметы, понять, что из представленного материала тебе необходимо, и каким образом это можно применить на практике в связи с избранной специальностью. Наверное, это немного облегчает жизнь, хотя экзамены все равно надо сдавать по всем предметам - нужным и "ненужным".

- Как прошла защита? Не "съели" вас акулы биофака?

- Особых проблем не было ни на предзащите, ни на защите. К некоторым вопросам, отраженным в отзывах, я был готов, но были и совершенно неожиданные интересные вопросы. Чувствовалось, что члены диссертационного совета интересуются этой проблематикой, и они получили удовлетворившие их ответы.

- А "общественная" нагрузка секретаря ПКК отнимает много времени?

- Вообще-то довольно много, но это тоже интересная работа. Начав заниматься ей, я ближе узнал руководителей лабораторий, познакомился со всем спектром исследований Института. Это расширяет кругозор, да и оказываешься в курсе всех научных событий в ОИЯИ.

- Вы не собираетесь уехать на Запад?

- Нет, я планирую работать в ОИЯИ. Есть еще много нерешенного в задаче моделирования процессов мутагенеза, так что поле деятельности очень широкое.

Ольга ТАРАНТИНА