Алла Лапидус, Степан Головин - Наука в фокусе - 2015-06-19
19.06.2015
Н. Асадова
―
Добрый всем день. У микрофона Наргиз Асадова и Егор Быковский, заведующий отделом науки журнала «Вокруг света». Привет, Егор.
Е. Быковский
―
Привет, Наргиз. Здравствуйте, дорогие друзья.
Н. Асадова
―
Да. Это передача «Наука в фокусе». И сегодня у нас будет очень интересная тема. И начнём мы, пожалуй, с самой такой животрепещущей. «Люди-киборги», так я назвала эту тему. Я недавно побывала на Geek пикнике, который проходил в прошлые выходные в Москве, а в эти выходные будет проходить в Санкт-Петербурге.
Е. Быковский
―
Хорошо, что собралась и побывала.
Н. Асадова
―
Да, я собралась. Было очень интересно. И больше всего меня поразила эта первая конференция людей-киборгов, то есть это люди с бионическими протезами, энтузиасты, модифицировавшие своё тело с помощью технологий. И они обсуждали всякие человеческие возможности, границы человеческих возможностей, этические, философские аспекты киборгизации. Ну а мы здесь сегодня поговорим про скорее технологический аспект. Производство бионических протезов, как они работают, какой принцип их работы и где сейчас их можно найти, и каково их будущее. Об этом мы сегодня будем говорить. Я с удовольствием представляю нашего гостя. Это Степан Головин, директор по производству компании «Орто-космос», то есть, собственно, компании, которая производит такие бионические протезы. Здравствуйте, Степан.
С. Головин
―
Здравствуйте.
Е. Быковский
―
Здравствуйте. Кстати, среди людей-киборгов не было ли знаменитого профессора Варвика? Такой, помню, был лет 15 назад, всё вживлял себе бесконечные чипы.
Н. Асадова
―
Нет, не было. Я могу сказать, кто там точно был. Там, например, был такой Найджел Акланд, у которого вместо руки барабанные палочки. Там также был биохакер Рич Ли, который имплантировал себе в ухо наушники, то есть вам не нужны дополнительные наушники, всё звучит отлично. Также он обладатель бионического протеза руки. То есть там было несколько очень интересных людей. И я на них смотрела и думала: особенно рука, сложное устройство, там куча косточек, они сложно управляются. А если у человека нет руки, вот, они сидели, и у них такая рука чёрная, как у терминатора или у железного человека, и они так же ей справлялись, как и мы со своей живой рукой. То есть они брали, например, стакан с водой и выпивали.
Е. Быковский
―
Трудно себе представить, как можно обычную бионическую руку... как настоящую. Сейчас нам наш гость расскажет, я думаю, как это происходит.
С. Головин
―
Да, с удовольствием расскажу. На самом деле для меня и, наверное, для многих, кто занимается протезированием, это не кажется сверхъестественным, потому что это всё просто. Учить руку не нужно. Надо научить всего лишь навсего свои мышцы правильно сокращаться и тем самым управлять рукой. Всё очень просто. Делается протез. На оставшуюся конечность, часть руки, одевается гильза, в которой вставлены один либо два датчика, которые считывают некий подкожный сигнал, который происходит во время сокращения мышцы.
Е. Быковский
―
Электрический сигнал?
С. Головин
―
Да. Любой мышцы – бицепс, трицепс, мышца предплечья – в зависимости от ампутации.
Е. Быковский
―
Это именно электрический сигнал?
С. Головин
―
Да. Мы можем что? Задача протезиста – просто найти точку на руке, где этот сигнал лучше всего слышен. На этом месте устанавливаем датчики и обучаем пациента правильно работать. И он начинает учиться.
Н. Асадова
―
Как долго происходит этот процесс обучения?
С. Головин
―
В зависимости от того, насколько хорош сигнал и как пациент в принципе справляется сокращать и управлять мышцами, да?
Н. Асадова
―
В среднем.
С. Головин
―
В среднем можно с первого занятия уже научиться сжимать и разжимать кисть.
Е. Быковский
―
Подождите, я всё-таки уточню. А если мышц нет, если нечего сокращать, нет руки, какие мышцы пациент при этом сокращает, не очень понятно.
С. Головин
―
Ампутация руки, любой конечности. Если мы говорим о протезах рук, то ампутации бывают разные: ампутация кисти, предплечья, выше локтя ампутация на уровне плечи, плечевого сустава. Пожалуйста. Вот уровни ампутаций. Если мы говорим об ампутации предплечья, то у нас с вами остаётся участок предплечья, где есть, конечно, ещё оставшаяся мышца. Если выше локтя, плечо, мы берём, конечно, мышцы бицепс, трицепс оставшиеся, у нас есть, мы работаем ими. Если ампутация ещё выше, мы делаем гильзу более высокую и можем датчики расположить на грудной мышце. Пожалуйста.
Е. Быковский
―
То есть пациент всё-таки не думает при этом о своей новой руке как о руке, а он управляет некими мышцами в другом разделе тела?
С. Головин
―
Конечно. Совершенно верно. И тем самым передаёт сигнал, который даёт команду уже на сгибание-разгибание, сжатие и переключение, допустим, различных типов схвата. Потому что более современные типы протезов, которые были представлены на Picnic, они у всех ребят были одинаковые. Там очень много видов схвата. И человек может сам часть из них запрограммировать, который понимает, что в жизни понадобится больше всего.
Е. Быковский
―
Хват под нож, хват под ручку чашки.
С. Головин
―
Обычный хват, может быть под мышку. Если нет обоих рук, то это очень важно, допустим…
Н. Асадова
―
На фортепиано такой человек сможет играть? Или печатать на компьютере на клавиатуре.
С. Головин
―
Печатать на компьютере – безусловно, там есть такие специальные схваты, как раз чтобы указательный палец был впереди, им можно так набирать, проблем нету. Это можно. И, опять же, если одними пальцами, то что-нибудь простенькое, наверное, можно…
Н. Асадова
―
Понятно. Но эта технология же развивается. И наверняка в каком-то будущем человек сможет своими пальцами, то есть… генетического его протеза управлять более эффективно.
Е. Быковский
―
Управлять другими группами мышц, наверное, не поможет так точно позиционировать пальцы. То есть если, наверное, что-нибудь и сгодится, то это определение по мозгу. То есть попробуйте представить себе, что у вас есть рука и вы ей управляете. Пациент в это время смотрит на точную энцефалограмму какую-то, выявляет участки мозга, которые за это отвечают, прицепляется уже к ним. И тогда, возможно, будет поточнее руку настраивать, да?
С. Головин
―
Безусловно. Потому что основной импульс управления нашим телом идёт от мозга, безусловно. И, конечно, нервные окончания за всё отвечают. Поэтому сегодня уже в принципе достаточно много лет (лет 5-6) идут разработки в этой области. И есть уже люди, на которых это было испытано и которые являются сейчас такими носителями этой информации и обучают их.
Н. Асадова
―
То есть им в мозг вживляют?
С. Головин
―
Нет. Под кожу выводят нервные окончания. Как раз делают типа USB, куда уже от протеза будут подсоединяться датчики. Он надел ту же гильзу, подсоединил просто эти датчики к этим нервным окончаниям, как штекеры, грубо говоря, только маленькие. Подключились, и, естественно, основная задача – это не это сделать, а научить человека управлять как раз…
Е. Быковский
―
Правильно мыслить.
С. Головин
―
Да, правильно мыслить и управлять этим протезом. Это самая большая задача и большая проблема.
Е. Быковский
―
Была же недавно, ну как недавно, уже года два или три прошло, пациентка, которая за несколько месяцев научилась управлять с помощью мозгового, волевого усилия искусственной рукой.
Н. Асадова
―
Да, там была рука. Пациентка, полностью парализованная, у неё ни руки, ни ноги не функционируют, что-то с позвоночником. Но ей именно в голову вживляли чип, с помощью которого она за несколько месяцев научилась управлять роборукой.
Е. Быковский
―
Мне кажется, там был сухой электрод.
Н. Асадова
―
К сожалению, это была инвазивная операция.
Е. Быковский
―
Во всяком случае, долго и дорого. Видимо, мы ещё нескоро к этому придём в массовом порядке.
Н. Асадова
―
Да, это был эксперимент.
С. Головин
―
Это было очень давно. На самом деле, наверное, лет 10-15 назад видел такую систему, когда тоже в одной комнате был чип, в другой комнате была рука, и вот так управляли ей. То есть это всё давно уже есть. Это просто нужно разработать до такого уровня, чтобы на самом деле можно было уже в массовое производство пускать.
Н. Асадова
―
Я ещё про экзоскелеты хотела спросить. Потому что там был представлен человек, который совершенно тоже обездвижен. И с помощью экзоскелета сверху надевается, как будто ты в машину какую-то такую… в боевого робота вставляется тело человека, и человек, который парализован, начинает двигаться. Понятно, что он двигается, тоже как робот, такими движениями характерными. Но как сейчас устроен этот рынок? Потому что я слышала, что японцы, поскольку у них огромное количество старых немощных людей, и уже есть массовое производство некого экзоскелета, который немного весит. И показывали кадры, как старый человек надевает это на ноги и начинает идти по лестнице, хотя до этого он только на коляске мог передвигаться. Какие-то ещё примеры можете привести?
С. Головин
―
Примеров я особо не приведу. Таких экзоскелетов в принципе в мире есть несколько. Но один основной, который выпустили на рынок общего пользования – это экзоскелет, который как раз был на выставке, который мы представляем и на которых мы учим людей, которые получили травму позвоночника, ходить. Самое главное – вертикализироваться, конечно. На самом деле основная задача, если вы спросите любого из людей, который у нас вставал, ходил. Они говорят: непередаваемые чувства, вы встаёте и можете нормально смотреть друг другу в глаза.
Н. Асадова
―
Да, лежачие больные, которые много лет…
Е. Быковский
―
И даже сидячие.
С. Головин
―
И это потрясающе. Пусть пока, конечно, это не такая суперразработка, которая позволяет без ограничений передвигаться. Естественно, есть ограничения: очень сложно научить ходить, обязательно должна быть… Чем выше травма, тем сложнее ходить. Надо немножко всё-таки управлять им. И должны быть крепкие хорошие руки. Без этого никак.
Н. Асадова
―
Расскажите принцип работы этих экзоскелетов.
С. Головин
―
Вы надели, как костюм. Там есть приводы, и в рюкзаке есть само устройство: батарея и компьютер. В зависимости от положения тела человека он начинает срабатывать. То есть если человек подался чуть вперёд правым боком, он пошёл правый шаг делать, потом чуть налево – тем самым он начинает двигаться и делать шаги. На руке у него в виде часов есть пульт управления, на котором он также изначально закладывает команды, то есть идти, садиться, вставать и так далее. То есть обязательно, прежде чем делать какое-либо движение, он сначала даёт команду. После этого он начинает уже переносить вес тела.
Н. Асадова
―
Почему руки должны быть сильными?
С. Головин
―
Потому что без костылей невозможно ходить. Обязательно он упирается на костыли. И я почему говорю, что это не такое суперсовершенное изделие? Потому что по мне экзоскелет – это должен быть такой аппарат, в который вы бы встали и стабильно себя чувствовали без каких-либо костылей, что вам невозможно будет упасть, чтобы он держал вас всегда. Вот это, я понимаю, будет экзоскелет.
Е. Быковский
―
До этого ещё далеко.
С. Головин
―
Я думаю, что нет, если применить все технологии, которые есть.
Н. Асадова
―
Кто работает над такого рода разработками? Есть какие-то признанные лидеры в мире? Откуда мы ждём следующего прорыва?
С. Головин
―
На сегодняшний день, безусловно, это Израиль, Соединённые Штаты Америки, Япония – это, наверное, одни из таких лидеров, которые очень много финансируют и где очень много в том числе энтузиастов, которые разрабатывают всё это. У нас в России, мы тоже очень надеемся, что будет в этом прорыв, потому что уже у нас создаётся экзоатлет. Есть уже модель, которая испытывает его, ходит, очень даже успешно, я считаю. И очень надеемся, что всё-таки наш российский образец будет очень конкурентным и вырвется вперёд.
Н. Асадова
―
По поводу прерванной связи между головным мозгом, допустим, и частями тела, там, руки-ноги. Когда происходит перелом позвоночника или какая-то травма позвоночника, мы уже тут начали говорить о том, что возможно передавать прямо из мозга сигнал к рукам, к ногам. Есть ли разработки, которые именно базируются на инвазивных операциях,то есть когда чип вживляется именно в голову и именно из головы передаётся сигнал?
С. Головин
―
Я не в курсе таких прорывов. Но то, что это возможно, это безусловно.
Е. Быковский
―
И даже не обязательно может быть инвазивно. Мы говорили в какой-то из передач про вполне публичные нейротрансмиттеры, которые продаются за вполне уже поднимаемые деньги. Один из них я пробовал. Сухой электрод на лбу, несколько минут обучения, и ты управляешь компьютерной игрой просто усилием мысли. В принципе она, конечно, простенькая, это тебе не ходьба. Ходьба вообще сложная штука. Если себе представить, как стопа работает, сколько в ней мышц и костей, и как быстро обрабатывается сигнал, я поэтому и засомневался насчёт экзоскелетов, что они скоро будут. Но, тем не менее, не обязательно совершенно впихивать прямо в мозг что-то. Можно снять и электродом с поверхности головы.Другое дело, что не очень понятно, когда такие разработки станут достижимыми для обычных людей. Сейчас всё основывается на электросигнале, мы видим, куда-то. А это не всегда самый удачный способ, мне кажется.
Н. Асадова
―
Кстати, по поводу стоимости. Это очень дорого стоит?
Е. Быковский
―
Вот, экзоскелет, про который мы сейчас говорили, он сколько стоит?
С. Головин
―
В районе трёх миллионов.
Н. Асадова
―
Рублей?
Е. Быковский
―
Это много.
Н. Асадова
―
Это много, да. А теперь поговорим про 3D-printing. Потому что там один из людей говорил, что он себе напечатал роборуку на 3D-принтере, и её стоимость была 300 долларов или что-то в этом роде. То есть про это направление расскажите нам, пожалуйста.
С. Головин
―
Я считаю, что это имеет место быть. Самая основная задача, которая стоит перед 3D-принтером, я так считаю, потому что мы тоже пытались идти в этом направлении, и очень плохо то, что подобрать материал, из которого печатать, чтобы он был прочный, и в него, опять же, присоединить все эти приводы, которые должны управляться. В том числе все двигатели, оси и так далее – всё это должно быть.
Е. Быковский
―
Это же всё разом надо напечатать. Как-то себе не очень представляю.
С. Головин
―
Нет, это печатается не разом, печатается деталями.
Н. Асадова
―
Деталями, потому что собирается. Рука же тоже у нас состоит из отдельных…
С. Головин
―
И всё это имеет место быть. Я считаю, ребята этим занимаются, молодцы. Потому что, конечно, это будет дешевле. И тем самым со временем это снизит и стоимость этих дорогих протезов, которые сейчас есть, потому что там самая основная цена, как я понимаю, это просто ноу-хау, то, что придумали. Если раньше был тип схвата один, сейчас придумали их там 7-13, придумали к нему компьютерную программу. Всё, это запатентовали, это всё очень дорого стоит. Придумают что-нибудь другое ребята, в том числе 3D-принтеры, и всё будет отлично. Лет через 10, может быть, на самом деле мы будем… доктора не нужны, пришёл домой, купил 3D-принтер, рана какая-то, вставил туда, тебе напечатало кожу, мышцы и всё остальное. Всё будет замечательно.
Е. Быковский
―
Да, я даже себе представляю, как пришёл домой совершенно здоровый, напечатал себе ещё несколько рук, подсоединил их через электрические выходы на коже.
С. Головин
―
Это уже аномалия. Но я думаю, что здесь в эту сторону…
Е. Быковский
―
Как иногда рук не хватает! Сидишь, печатаешь, тут ещё надо кофе пить, кошку погладить.
Н. Асадова
―
Или ребёнка понянчить на коленке.
С. Головин
―
Кстати, по поводу протезирования, то, наверное, мы поднимали эту тему на Geek Picnic. Самое основное, что хотят люди, которые потеряли конечности – это получить обратно чувствительность, чтобы он чувствовал, что он берёт, на чём он… Это основное, что люди хотят.
Н. Асадова
―
И как с этим дела обстоят?
С. Головин
―
С этим хуже всего.
Н. Асадова
―
Принцип какой должен быть, чтобы обратную связь получать?
С. Головин
―
Это как раз, наверное, с нервами должно как раз идти, за счёт нервов.
Е. Быковский
―
Да, это на электрическом сигнале не получится. Тут нужна связь с мозгом, чтобы передать… Поставить датчики всякие теплоты – это не проблема.
С. Головин
―
Датчики можно. Он почувствует и жёсткий, и твёрдый предмет – проблем нет. Он сейчас это почувствует. Это понятно, что он чувствует, что кисть сжимается дальше, значит предмет более мягкий. Он чувствует его жёсткость.
Е. Быковский
―
А передать человеческую чувствительность в полной мере можно только при непосредственной связи с мозгом. Это точно нужен другой уровень устройств, который мы можем ждать примерно когда?
С. Головин
―
Когда мы можем это ждать?
Н. Асадова
―
Никто не знает.
Е. Быковский
―
Это вопрос к специалисту.
С. Головин
―
Здесь, наверное, вопрос к специалисту, который конкретно занимается такими вещами. Мы-то что? Всего лишь навсего делает протезы.
Н. Асадова
―
А вот по поводу материалов хотела более подробно узнать. Вот этот человек, который себе на 3D-принтере напечатал руку, он из чего её печатал?
С. Головин
―
Это пластики различной жёсткости. Они есть абсолютно разные. В том числе, вы же знаете, можно напечатать из пистолет чуть ли не из металла.
Н. Асадова
―
Сейчас можно
Е. Быковский
―
Можно из пластика. Для одного раза хватит.
С. Головин
―
Для одного – да.
Н. Асадова
―
На ваш взгляд, вот эта рука из пластика не такая прочная, как те профессиональные роботизированные протезы, которые…
С. Головин
―
Они ещё просто, наверное, не до конца доработаны, не до конца испытаны. Это начало пути. Поэтому я думаю, что в любом случае это хорошая вещь. Нужно просто ребятам пожелать удачи, чтобы они продолжали это и ни в коем случае не останавливались. Это очень многим принесёт большую пользу.
Н. Асадова
―
А если они ещё это выложат в интернет, они будут претендовать.
С. Головин
―
Он обещал. Тогда, пожалуйста, выкладывайте программы и печатайте. Я думаю, это здорово.
Н. Асадова
―
Да, если это будет сообщество, то люди могут просто подсоединяться, такой коллективный разум создать, который будет работать над совершенствованием этой роборуки. Может быть, их прорыв будет гораздо круче, чем тех фирм, которые патентуют, потом за бешеные деньги продают.
С. Головин
―
Совершенно верно.
Е. Быковский
―
Я совершенно уверен, что первой ступенью будет разработка рук и всяких прочих конечностей для инвалидов. А дальше начнётся, вот, попомни мои слова, робохвосты. Если есть такая возможность, почему бы не понаделать себе других конечностей дополнительных?
Н. Асадова
―
Меня ещё поразила на Geek Picnic, раз у нас есть ещё немножко времени, расскажу про какие-то этические и психологические аспекты, что люди делятся в среднем до 45 и после 45. Люди, которые до 45, воспринимают людей-киборгов как нечто потрясающе интересное, дети бегут, стараются поздороваться за роборуку с ними, называют их «железный человек», или «О, ты же Терминатор1», то есть в принципе вызывают положительные эмоции. А людям после 45, не все, а в среднем, у них комментарии примерно такие: «Ну всё, человечеству пришёл конец». Как же так, о боже, это же…
С. Головин
―
Нашествие машин.
Н. Асадова
―
Нашествие машин, да. Это страшно. Но мне понравилось, как один из людей-киборгов прокомментировал этот психологический аспект. Он просто сказал, что, знаете, говорит, если я свой протез, который такой чёрный, действительно как у терминатора, покрашу или загримирую под человеческую руку, всё равно все поймут, что это не настоящая рука, это будет привлекать также внимание. Поэтому я живу своей жизнью, а остальные пускай подстраиваются.
Е. Быковский
―
На самом деле третий этап – это выращивание заново живых человеческих органов. Надеюсь, что мы когда-нибудь до этого дойдём. Но до этого ещё дольше, чем до второго.
Н. Асадова
―
Но как только до этого дойдём, обязательно сделаем про это передачу.
Е. Быковский
―
И не одну.
Н. Асадова
―
Да. Я благодарю нашего гостя Степана Головина, директора по производству компании «Орто-космос», за то, что был с нами сегодня в студии и рассказал про людей-киборгов и про то, как работают вот эти роботизированные протезы.
С. Головин
―
Да, я был рад.
Е. Быковский
―
Спасибо, Степан.
Н. Асадова
―
Мы сейчас прервёмся на краткие новости и рекламу, а затем вернёмся в эту студию. Никуда не уходите.НОВОСТИ
Н. Асадова: 16
―
35 в Москве, у микрофона по-прежнему Наргиз Асадова и Егор Быковский, заведующий отделом науки журнала «Вокруг света». И мы продолжаем передачу «Наука в фокусе». И Егор сейчас нам представит следующую тему.
Е. Быковский
―
Следующая тема у нас такая медицинско-биологическая. Я недавно прочитал статью о новом методе определения репертуара антител в сыворотке крови.
Н. Асадова
―
Это очень умно звучит.
Е. Быковский
―
Наргиз смотрит на меня безумными глазами и спрашивает этими глазами: а что, зачем определять антитела в крови? Дело в том, что когда человек заболевает, у него появляются специфические такие белки, называемые для простоты антителами, которые реагируют с болезнетворными организмами. Некоторые антитела остаются навсегда в крови, поэтому по ним мы можем определить, например, чем человек болел или чем он болеет сейчас, если заболевание бессимптомное, например, вы слышали про волчанку.
Н. Асадова
―
Это какое-то страшное аутоиммунное заболевание.
Е. Быковский
―
Да, к нему появляются специфические антитела. Так вот, статья эта была подписана рядом российских имён, в том числе Яной Сафоновой и Аллой Лапидус. И статья меня заинтересовала, потому что вообще известно два метода определения этих самых антител: это масс-спектрометрия и геномное секвенирование.
Н. Асадова
―
Очень сложные слова.
Е. Быковский
―
Исследования генома, Наргиз, когда его секвенируют, не знаю, как это сказать по-человечески. Но у этих методов есть свои недостатки, потому что антитела не закодированы непосредственно в геноме. Геном очень большой, неизвестно что из него будет транслироваться дальше в конкретные белки. Поэтому геномный анализ ничего особенно не даст. Поэтому мы решили поговорить кратко о такой штуке, как протеомика, анализ белков, то есть текущая ситуация внутри клетки.
Н. Асадова
―
Да, и нашим гостем будет Алла Лапидус, заместитель руководителя Центра алгоритмической биотехнологии СпбГУ. Алла.
А. Лапидус
―
Здравствуйте.
Н. Асадова
―
Здравствуйте.
Е. Быковский
―
Здравствуйте, Алла. В нашей передаче мы, по-моему, только один раз, да и то довольно случайно, использовали слово «биоинформатика». А вы как раз специалист в этой области науки. Объясните нам, пожалуйста, что это такое.
А. Лапидус
―
Определений биоинформатики очень много, их можно найти в статьях, их можно найти онлайн. Но так попробую простым языком: это альянс математики, программирования, медико-биологических экспериментов и IT-инфраструктур.1
Н. Асадова
―
Как это работает, можете в двух словах объяснить? То есть это с помощью каких-то компьютерных программ мы можем построить какие-то белки?
Е. Быковский
―
Просто до сих пор это звучит для многих необычно, сочетание математики, биологии, да ещё и IT.
А. Лапидус
―
Работает это в зависимости от задач. По идее нам сначала нужно придумать математический аппарат, с помощью которого мы будем анализировать современные данные, пришедшие из биологической или медико-биологической лаборатории. Вы употребляли слова «геномика», «протеомика». Могу добавить слово «транскриптомика». Все эти новые «омики» производят огромное количество данных. Их так много, что ни руками, ни с помощью бумажки и карандаша не проанализировать.
Е. Быковский
―
Ни даже с помощью обычного компьютера, я так думаю.
А. Лапидус
―
Некоторым всё-таки удаётся, а некоторым нужны всё-таки суперкомпьютеры, вы правы. Но сначала нужно придумать математический аппарат. Поэтому без математиков никуда. Затем это всё нужно переложить в программы, которые потом медики, биологи смогут использовать или задумываться, какой аппарат стоит за этим. Ведь когда мы включаем телевизор, мы не думаем о лампочках, проводочках, чипах, ещё чем-то. Мы нажали на кнопочку и запустили телевизор или радио.
Н. Асадова
―
То есть это построение каких-то биологических моделей, правильно я понимаю?
А. Лапидус
―
Нет. В первую очередь это создание программных продуктов, которые позволят вам что-то делать с биологической информацией, а уже потом вы будете их анализировать.Если вы хотите создать модель какой-то структуры, не знаю, ДНК, РНК или что-то, вам нужны дополнительные математические модели. Но, опять же, вам нужен какой-то программный продукт, который позволит это сделать наглядным, удобным, объяснимым для людей, которые не обладают вашими замечательными навыками строить эти модели. А то, что вы говорили про инфраструктуру, данных так много, разложить их можно по множеству полочек, потом никогда в жизни не найти. И вам нужно данные, произведённые вчера, позавчера, пять лет назад. Их надо иметь возможность быстро собирать, быстро приводить в один эксперимент – всё это должно лежать аккуратно, это не только хранение данных, это их перенос, это такая упорядоченность работы с огромными массивами данных.
Н. Асадова
―
Если мы говорим про анализ генетического материала, то что мы имеем в виду? Это гены, хромосомы или что-то ещё?
А. Лапидус
―
Когда мы говорим о генах в геноме, это просто записано в наших хромосомах. Но сама хромосома – это не только ДНК. Это и белки, и другие макромолекулы. То есть это такая весьма сложная структура, которая хранит генетическую информацию и передаёт её нашим потомкам. А для того чтобы всё это происходит, для того чтобы работала клетка, в ней происходят разные процессы, в том числе информация считывается с хромосомы, то есть с двухнитевой молекулы ДНК информация копируется в однонитевую молекулу РНК. А уже с этой молекулы РНК происходит синтез или сборка белка в данный конкретный момент.
Н. Асадова
―
То есть это такой передатчик информации от ДНК к белкам, правильно?
А. Лапидус
―
Да, это ещё называется основная догма молекулярной биологии.
Н. Асадова
―
В этой статье, которую упомянул Егор в начале, вы написали о новом методе определения репертуара антител в сыворотке крови. Что это за новый метод, можете нам объяснить?
А. Лапидус
―
Я не думаю, что нам стоит вдаваться в подробности метода, математического подхода. Но дело всё в том, что… В первую очередь я воспользуюсь возможностью в первую очередь отметить очень молодого, очень талантливого учёного Яну Сафонову, которая является первым автором в этой работе… такого уровня у нас ещё мало в стране, они появляются. Это отрадно. Эта работа посвящена математической модели, которая позволяет охарактеризовать репертуар, то есть разнообразие антител в данный конкретный момент.Антитела обладают таким свойством, что у них есть постоянные области, которые не меняются со временем, а есть фрагменты, которые очень подвержены изменениям. И это как раз и помогает возникновению новых антител в ответ на инфекцию, которая к нам попадает или какие-то другие причины. И изучение вариабельности этих меняющихся областей – это тяжёлая математическая задача, которую Яне удалось весьма успешно решить, или по крайней мере начать весьма успешно решать.
Е. Быковский
―
Скажите, а зачем вообще заниматься протеомикой? Ведь белки очень быстро появляются, распадаются. Делать слепок текущей ситуации вообще очень сложно. Не проще ли секвенировать РНК? Их меньше, они стабильнее. То есть брать непосредственный транскрипт от ДНК и изучать его.
А. Лапидус
―
Я считаю, что изучать нужно всё вместе: и геном, и транскриптом, и протеом. Дело всё в том, что у нас уровень экспрессии, то есть уровень активности какого-то гена, мы судим об этом уровне активности по количеству молекул РНК. Вы говорите – РНК стабильна. Она стабильна в данный конкретный момент. Если клетке не нужен какой-то белок, она не будет его продуцировать в данную минуту. Поэтому если вы проведёте транскриптомный анализ РНК сейчас, он будет отличаться от того, что вы сделаете через 20 мин, если организм или клетка попали в условия стресса. Клетка – очень рачительный хозяин, она не будет делать всё про запас, иначе у неё не хватит энергетических запасов. Она создаёт те белки, которые ей нужны в сию минуту, в ответ на данную ситуацию: делиться, противостоять стрессу или дать вам спокойно спать, если мы говорим о нас с вами. Поэтому это всё очень взаимосвязано, это элементы системной биологии. И невозможно изучать клетку, орган или организм только однобоко.
Е. Быковский
―
Понятно. В итоге, когда через какое-то количество времени мы получим эффективный инструмент для моментального исследования нынешнего состояния организма, вообще понадобятся нам врачи или нет? Не достаточно ли будет биоинформатика с его этим методом и фармацевта? Сегодня ты ввёл анализ в какой-то компьютер, нажал кнопку, получил лекарство – и всё, врач зачем нужен тогда?
А. Лапидус
―
Дело всё в том, что, да, я понимаю, о чём вы говорите и могу себе представить такую ситуацию. Но я подозреваю, что всё это произойдёт только тогда, когда мы осознаем абсолютно всё, что вокруг, факторов, влияющих на нас целиком, как на остров. Если мы всё-всё-всё, абсолютно всё знаем о нашем организме ухитримся засунуть в этот программный продукт, тогда нам не нужен будет действительно доктор. Но я подозреваю, что это в каком-то очень необозримом будущем произойдёт. Поэтому доктора могут не опасаться. Они ещё очень долго будут нужны, особенно хорошие доктора.
Н. Асадова
―
Алла, скажите, пожалуйста, подытожим наш разговор. Какова сегодня практическая польза от биоинформатики?
А. Лапидус
―
Это очень большой вопрос. Если я сейчас начну все области применения перечислять, я боюсь, что мы все рамки выйдем.
Н. Асадова
―
Давайте обозначим самые яркие моменты.
А. Лапидус
―
Помимо того, что мы говорили сейчас о транскриптомике, протеомике, геномике, все уже слышали на сегодняшний день, есть, например, такое слово – микробиом.
Н. Асадова
―
Даже в нашей передаче мы пару раз говорили.
Е. Быковский
―
Неоднократно.
А. Лапидус
―
Всем уже это слово знакомо. Это совокупность микроорганизмов, которые живут в конкретной среде. Этой средой можем быть мы с вами, это может быть земля, вода. Это тоже их микробиом. Изучают такие совокупности микроорганизмов наука метагеномика. Чем она хороша и чем она полезна? Она позволяет анализировать те микроорганизмы, которые мы не можем вырастить в лабораторных условиях. А все эти сообщества микроорганизмов играют колоссальную роль.У нас с вами они определяют здоровье, Они определяют почвы, они определяют количество кислорода, вырабатываемое океанами. Мало того, когда мы поглубже изучим их, мы можем наткнуться, и учёные уже натыкаются на это, что, например, находят новые источники или потенциальные источники новых антибиотиков.
Н. Асадова
―
То есть этим тоже занимается биоинформатика, правильно я понимаю?
А. Лапидус
―
Конечно, да.
Н. Асадова
―
Спасибо большое. У нас в гостях была Алла Лапидус, заместитель руководителя Центра алгоритмических биотехнологий СпбГУ. Сейчас мы прервёмся на рекламу, затем вернёмся.РЕКЛАМА
Н. Асадова
―
Продолжаем передачу «Наука в фокусе». И в студии по-прежнему Наргиз Асадова и Егор Быковский. И сейчас представляем нашу любимую рубрику «Вопрос-ответ».Напоминаю телефон для СМС: +79859704545. Присылайте свои вопросы о том, как устроен мир. Мы с Егором будем отвечать на следующей неделе. А сейчас мы ответим на вопросы, которые прислали вы нам в прошлую пятницу.
Алекс из Москвы нас спрашивал: «Чем клетка трупа отличается от клетки живого человека?». Мы не могли пройти мимо этого вопроса.
Е. Быковский
―
Не могли, да. Получили в последние секунды предыдущей передачи и прям аж вздрогнули. Но вопрос хороший. Алекс, формально ничем не отличается, особенно в первые минуты после смерти. Клетки организма продолжают жить, функционировать, у трупа растут волосы и ногти, и прочее. Представьте себе, что все люди продолжили бы жить, если бы вдруг в какой-то момент исчезла вся питьевая вода. Они бы все остались живы, но ненадолго, потому что вообще живой организм от неживого отличается самым главным: обменом веществ. Он либо происходит, либо нет. Когда погибает мозг, практически быстро тут же останавливается сердце, и основной канал переноса питательных веществ, кислорода прекращает функционировать. Клетки некоторое время живут, а потом умирают и становятся пищей для всяких гнилостных организмов. И перерабатываются, то есть продолжают свою жизнь в несколько другом качестве. Я надеюсь, что я ответил на этот вопрос.
Н. Асадова
―
Да, давайте быстро сменим тему. Тамара из Волгограда спрашивала нас, за счёт чего скрипка красиво звучит.
Е. Быковский
―
На этот вопрос вообще невозможно однозначно ответить, потому что, наверное, за счёт хороших рук скрипача она в первую очередь хорошо звучит, потому что в моих руках, Татьяна, любая скрипка звучит плохо. Хоть что вы мне дайте. Но вообще мы должны тогда будем определиться, что такое красота, как мы её понимаем, есть ли различия между вашим пониманием и моим, поэтому этот вопрос мы не будем рассматривать, а ответим чисто технически. Есть скрипка, у неё есть определённая форма корпуса. Она не случайно появилась. Недавно было одно любопытное исследование, когда учёные Массачусетского технологического университета совместно с Бостонской скрипичной мастерской сделали вывод, что форма отверстий на верхней деке скрипки принципиально влияет на звук. Я просто скажу, что форма скрипка установилась такая, какая она есть, где-то только к веку XVI, а до этого скрипки существовали, с начала второго тысячелетия точно, но формы у них менялись, и, видимо, всё это время скрипачи пытались найти самую оптимальную форму. Если вы себе представите скрипку, у неё есть такие эфы разной формы на деке – f-образные, в виде круга, полумесяца, s-образные. Исследователи проанализировали, и выяснилось, что воздух движется быстрее в длинных узких эфах f-образной формы, чем в остальных отверстиях. Тем самым скрипка издаёт более мощный звук на нижних струнах – соль и ре. В общем, там были самые забавные расчёты, я сейчас не буду все перечислять. Они, например, объясняют, почему на скрипках Амати, имеющих короткие эфы, играют в небольших камерных ансамблях, тогда как скрипки Гварнери с длинными эфами с более плотным звуком пользуются популярностью в крупных ансамблях и для игры в больших концертных залах. В общем, Татьяна, это всё равно затрагивает только влияние эфы на звук, то есть это отверстие, что занимает только малую часть скрипки. Там есть и другие параметры: толщина дека, материал грифы, струны, лак, Бог знает что ещё, размер самой скрипки и корпуса, ну, и, конечно, руки мастера, которые на ней играют. Это я уже говорил.
Н. Асадова
―
Да. Я хотела сказать, что форма скрипки меняется до сих пор. И на том же Geek Picnic был концерт музыкальных инструментов, которые напечатаны на 3D-принтере. Они вообще по-другому выглядят, такие космические совершенно инструменты.
Е. Быковский
―
По-другому выглядят, немножко по-другому звучат – может быть, это уже и не скрипки.
Н. Асадова
―
Да, я подумала, что если взять все наши знания по математике, архитектуре и с помощью 3D-принтеров все знания про материалы, которые мы сейчас имеем, то можно построить идеальный инструмент, абсолютно идеальный…
Е. Быковский
―
Ты заблуждаешься. Потому что мы все звуки воспринимаем по-разному, уж не говоря про то, что все мужчины и женщины, помнишь, у нас у всех обработка сигнала идёт по-разному, для нас для всех идеальный звук будет разный. Идеального инструмента не будет, нет.
Н. Асадова
―
Очень жаль. Зато каждый может индивидуальный для себя идеальный для него инструмент создать.
Е. Быковский
―
Вот это да.
Н. Асадова
―
Вот это да. И сам на нём играть, тренироваться. К сожалению, наша передача подошла к концу. Больше мы не успеем сегодня озвучить ответов на ваши вопросы. Но то, что вы сегодня прислали, мы тоже перепишем обязательно, и на следующей неделе ответим.
Е. Быковский
―
Крохотный факт на закуску. За день вы мигаете 15000 раз, просто запомните это.
Н. Асадова
―
Очень интересно. До следующей пятницы.
Е. Быковский
―
Всего хорошего, друзья.