Мария Канарская — студентка Новосибирского государственного университета и младший научный сотрудник лаборатории Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН. Сейчас она занимается исследованием вторичных структур ДНК и РНК, что можно будет применить для создания лекарств. В интервью Мария рассказала, как проходят ее эксперименты, как они смогут помочь в будущем и как ей удается совмещать учебу и работу в научной лаборатории.
— Расскажите о своей работе.
— Я работаю в лаборатории, которая является больше химической, чем физической. Здесь собрались физики, биологи и химики, поэтому и задачи междисциплинарные. В частности, наша лаборатория структурной биологии изучает нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК — хранители и передатчики генетической информации в клетке). В дальнейшем полученные знания можно будет применить в терапевтических целях.
Поясню: самая известная вторичная структура нуклеиновых кислот — двойная спираль ДНК. Цепи нуклеиновых кислот могут формировать разные структуры и оказывать различное влияние на функции регуляции клетки.
Например, псевдоузлы стимулируют сдвиг рамки считывания матричной РНК при синтезе белка. Это явление используется различными вирусами, такими как ВИЧ-1 и коронавирусы. Еще пример — квадруплексы. Они играют важную роль в регуляции клеточных процессах. Так, теломеры — концевые участки хромосом — имеют повторяющиеся участки, формирующие квадруплексы, что позволяет предотвращать изменения ДНК в этой области.
При этом нет единого механизма регуляции клеточных процессов вторичными структурами нуклеиновых кислот. Для разных структуры мы изучаем это отдельно.
— Как вы попали в ИХБФМ СО РАН?
— Еще в школьные годы я начала увлекаться физикой. Потом поступила на физический факультет НГУ, на 2-м курсе я пришла в лабораторию писать курсовую работу, а на 3-м было распределение по направлениям, после чего решила остаться в этой лаборатории. Я пошла к своему преподавателю по молекулярной физике в Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН. Мне понравилось, что физические знания можно применять для биологических целей. Тут недостаточно просто решать задачи по физике, надо еще разбираться в биологии, химии и программировании.
В лаборатории ИХБФМ СО РАН
— Какие у Вас были цели и амбиции, когда вы пошли в эту лабораторию?
— Точно были новые ни с чем не сравнимые впечатления. Мне повезло, что задачи, с которыми я работала, сразу начали приносить результат. Несмотря на то, что на тот момент я училась на втором курсе бакалавриата, у меня появилась возможность пользоваться лабораторными приборами вместе с другими исследователями. Сейчас я учусь в магистратуре на кафедре «Химическая и биологическая физика» и получаю удовольствие от обучения и параллельной работы в институте.
— Как проходит Ваш рабочий день?
— По-разному. Дни экспериментов наиболее занятые. Я прихожу, переодеваюсь и начинаю работать с образцами. В дни, когда я не делаю эксперименты, есть много других задач, таких как обработка полученных данных, чтение научных статей, иногда подготовка к конференциям, последнее время еще и написание диплома.
Дисциплина, конечно, здесь очень важна, однако важнее проделанная работа. Нужно строить себе план в зависимости от того, что ты хочешь сделать: например, видишь, что прибор свободен в такое-то время, приходишь, работаешь. Зачастую я и мои коллеги можем задержаться допоздна.
— Как происходит работа с образцами?
— В моем случае цель — посмотреть конкретные модельные системы комплексов ДНК и РНК, поэтому мне приносят готовые образцы. Нужно посчитать концентрацию образцов: разморозить, перелить в специальные кюветы, посмотреть, сколько там вещества. Дальше обычно проверяем на кривые денатурации, то есть выясняем условия, при которых комплекс распадается (плавится) или образцы взаимодействуют между собой. Условно, если я буду проводить эксперимент при 40 градусах, а температура плавления комплекса — 30, это будет неправильно.
На данный момент большую часть экспериментов я делаю методом гель-электрофореза. Для этого порой нужна долгая подготовка образцов, подсчет, сколько и каких веществ нужно, потому что в растворе не только образцы и вода, а еще и специальные буферы — их добавляют, чтобы создать условия, наиболее приближенные по параметрам к тем, которые есть в организме.
Последние полгода я исследую, как будут взаимодействовать комплексы ДНК/РНК с различными рибонуклеазами — веществами, ведущими к расщеплению цепей РНК. Большая часть полученных результатов – это картинка, которую уже надо анализировать.
Как анализировать? Первое — посмотреть внешне, так можно выяснить примерное поведение структур. С помощью специальной программы на основании полученных данных можно построить графики разных показателей, по которым я могу делать выводы о поведении структур. Готовый результат обсуждаю со своим научным руководителем.
— Вы работаете в команде?
— Специфика нашего направления подразумевает работу в малых группах. Своей задачей я сейчас занимаюсь со студенткой бакалавриата Софьей Косвинцевой и моим научным руководителем заведующим лабораторией структурной биологии ИХБФМ СО РАН кандидатом физико-математических наук Александром Анатольевичем Ломзовым. Во время работы появляются разные вопросы, которые можно разрешить благодаря опытным коллегам.
Прелесть науки заключается в том, что все ученые дружелюбные, всегда придут на помощь и ответят на вопросы.
— Как появилась идея исследования?
— Она возникла задолго до меня. Когда я пришла, ученые собирали цепочки полимерной структуры. Потом возникла мысль, что эти цепочки могут сворачиваться в кольца — замкнутые структуры. Дальше стали думать, можно ли их искусственно свернуть или развернуть.
— Как ваше исследование можно будет применить на практике?
— Мои эксперименты относятся скорее к фундаментальной науке. Вторичные структуры отвечают за различные функции регуляции клетки. Пока что мы изучаем, как они пространственно организованы, потом будем изучать, как, меняя пространственную организацию, можно регулировать разные процессы.
В лаборатории у нас задачи многоплановые. Например, мои коллеги занимаются разработкой и исследованием физико-химических свойств различных модификаций нуклеиновых кислот. Их можно применить для лечения заболеваний на генетическом уровне, например, раковых опухолей. Моя цель на ближайшее время — научиться моделировать поведение цепочек ДНК и РНК.
— А в чем заключается метод моделирования?
— Есть специальные программные пакеты, в которых это можно делать. То есть у меня есть система, которую я хочу моделировать: я вношу ее в программу и с помощью воздействия на нее разными функциями (например, нагрева, релаксации) пытаюсь сделать более устойчивой. Атомы здесь представляются как шарики, помещенные в силовое поле и соединенные друг с другом. Все моделирование глобально сводится к минимизации энергии — так можно понять, какое положение молекул будет наиболее устойчивым. Задача человека, который моделирует, ввести данные и следить, чтобы система оставалась правильной с точки зрения физических законов для дальнейшего анализа полученного результата.
— К каким выводам Вы уже пришли в ходе своего исследования про вторичную структуру в клетках?
— Мы работали и с ДНК, и с РНК-цепочками. Они немного отличаются по структуре молекул (РНК состоит из одной цепи, ДНК — из двух цепей, закрученных в спираль). Мы увидели это наглядно и попробовали различные «махинации» с ними, с помощью которых можно раскрывать их и сворачивать обратно. Сейчас мы переключились на гибридный комплекс, то есть одна цепь ДНК, другая РНК, они собираются по-разному, и мы пытаемся также понять, как на них можно воздействовать.
Пока мы формируем базу данных комплексов ДНК и РНК. Параллельно я пробую их расщеплять различными ферментами. Сначала я смотрю, работает этот комплекс или нет, а в дальнейшем — что с ним можно сделать. Мы ищем, что делают люди в мире с похожими системами, и пытаемся придумать свои способы воздействия.
— Что Вас больше всего мотивирует?
— Меня мотивируют трудолюбивые и целеустремленные ребята вокруг. Не хочется отставать от них. Для того чтобы получать такие же крутые результаты, я стараюсь работать так же много, как и они. Главное для меня — становиться лучше, чем сейчас. Тяжело, конечно, когда что-то не выходит, приходится разбираться, переделывать. Однако когда после неудачных попыток приходишь к хорошему результату, мотивация подскакивает до невероятных вершин.
— Вы, как женщина в науке, молодая ученая, сталкивались когда-нибудь с предрассудками на этот счет?
— Ну, опять же, я работала только в этом институте, и именно в рамках работы с подобным не сталкивалась. Так получилось, что в нашей лаборатории физиков изначально было совсем мало, в основном химики и то — девушки.
На учебе, наверное, тоже нет. Однако, по рассказам старших коллег, раньше девушек на физфаке было сильно меньше, поэтому иногда было предвзятое мнение или, наоборот: «Пожалуйста, делайте что угодно, оставайтесь только у нас. Сейчас вы у нас как цветочки».
Нет, очень много у меня знакомых девочек с физического и естественно-научного факультетов, так что какого-то гендерного разделения для меня нет. Чему я очень рада, конечно. Но это, опять же, в нашей среде.
— Как вы планируете развиваться в науке?
— Каждый в глубине души мечтает создать суперлекарство или получить Нобелевскую премию, но сейчас для меня очень важно осознание пользы своей работы. Результаты, публикации и конференции тому подтверждение.
Сейчас я младший научный сотрудник. Что будет дальше, время покажет. Пока я просто занимаюсь тем, что приносит мне удовольствие, и верю, что усердная работа моя и моих коллег обязательно принесет успех.
Подготовили студенты отделения журналистики Гуманитарного института НГУ Софья Казакова, Ирина Баранова, Арина Бокова, Софья Жуманиязова для спецпроекта «Мастерская “Науки в Сибири”»
Фото предоставлены исследователем
