С 2013 года Правительство Москвы проводит ежегодный конкурс научных работ, выполненных молодыми учёными из столичных институтов. Премии присуждаются в 22 номинациях, из них 11 номинаций — в области исследований и столько же — в области разработок.
В 2025 году на конкурс было подано 1404 заявки от сотрудников более чем трёхсот столичных организаций, премии удостоились 50 работ, лауреатами стали 77 человек. Торжественная церемония награждения победителей конкурса состоялась в феврале 2020 года.
Редакция журнала «Наука и жизнь» традиционно рассказывает о нескольких исследованиях лауреатов премии. В этом году это работы в номинациях «Биология», «Науки о Земле», «Биотехнологии», «Передовые промышленные технологии», «Технологии экологического развития», «Энергоэффективность и энергосбережение».
Департамент образования и науки города Москвы уже объявил новый конкурс 2020 года: заявки принимаются по 17 июля 2020 года по следующим номинациям.
В области научных исследований — это «Математика, механика и информатика», «Физика и астрономия», «Химия и науки о материалах», «Биология», «Медицинские науки», «Науки о Земле», «Общественные науки», «Гуманитарные науки», «Информационно-коммуникационные технологии», «Технические и инженерные науки», «Наука — мегаполису».
В области разработок номинации: «Авиационная и космическая техника», «Городская инфраструктура», «Биотехнологии», «Фармацевтика, медицинское оборудование и материалы», «Новые материалы и нанотехнологии», «Передовые промышленные технологии», «Передача, хранение, обработка, защита информации», «Приборостроение», «Технологии экологического развития», «Электроника и средства связи», «Энергоэффективность и энергосбережение».
На получение премии могут претендовать молодые учёные из столичных организаций: аспиранты, научные работники, специалисты и кандидаты наук, не достигшие возраста 36 лет (для докторов наук установлен возраст до 40 лет включительно). Представлять проекты можно как индивидуально, так и в составе научного коллектива из двух-трёх человек. Работы оценивают эксперты Российской академии наук и члены Совета по науке при Департаменте образования и науки города Москвы. Рассматривая конкурсные заявки, комиссия по присуждению премий учитывает научную значимость результатов работы, актуальность, новизну, оригинальность предложенных решений, инновационную перспективу.
Всего будет присуждено 50 премий в размере 4 000 000 рублей каждая. Итоги конкурса подведут в январе 2027 года. Подробности условий участия в конкурсе опубликованы на официальном сайте конкурса: https://nauka.mos.ru.
Новые инструменты для редактирования ДНК
В молекулярной биологии и генной инженерии есть несколько инструментов, позволяющих вносить изменения в ДНК. Суть их в общих чертах одна: разрезать клеточную ДНК, чтобы активировать ремонтные (репарационные) машины. ДНК после репарации будет выглядеть так, как нужно экспериментатору. Разрезает ДНК белок, и белок этот должен действовать в чётко определённом месте. Некоторые генетические редакторы созданы на основе белков, которые сами взаимодействуют с конкретными последовательностями в ДНК. Чтобы научить их искать в ДНК нужные последовательности генетических букв, требуется проделать довольно сложную работу. Другой вариант, когда разрезающий белок ведёт к нужному месту молекула-проводник, или гид. Так работает знаменитый редактор CRISPR-Cas9, в котором белок Cas9 находит нужное место в ДНК с помощью связанной с ним небольшой РНК*. Дальше в редактируемом месте можно спровоцировать случайные мутации, а можно дать репарационным системам шаблон, в соответствии с которым они залатают ДНК — исходная последовательность букв будет заменена той, которая нужна.
Белков, способных работать с направляющими нуклеиновыми кислотами, на свете много, и одни из них — белки-Аргонавты. Слава к ним пришла в конце XX века, когда их стали изучать в связи с РНК-интерференцией у эукариот. Аргонавты берут специальные короткие РНК и с их помощью узнают, какие из множества длинных матричных РНК, кодирующих белки, они должны разрезать. Соответственно, белок, закодированный в расщепляемой РНК-мишени, не будет синтезироваться (это один из вариантов эукариотической РНК-интерференции). Но Аргонавты есть не только у эукариот. К началу 2010-х годов популярность среди исследователей стали набирать прокариотические Аргонавты, имеющиеся примерно у 10% родов бактерий и 30% родов архей. Они оказались разнообразнее по структуре и функциям — например, среди прокариотических Аргонавтов есть те, которые узнают и разрезают ДНК-молекулы с помощью РНК-проводников, те, которые узнают и разрезают РНК-молекулы с помощью ДНК-проводников, и те, которые проделывают всё это с РНК-молекул с помощью РНК-проводников.
Какую задачу они выполняют? Когда прокариотических Аргонавтов только начинали исследовать, возникло предположение, что они регулируют количество чужеродной ДНК в клетке. Под чужеродной ДНК тут понимаются, во-первых, плазмиды — небольшие кольцевые ДНК, копирующиеся независимо от бактериальной или архейной хромосомы. Гены, кодируемые плазмидами, могут быть полезными или не очень полезными для клетки. В любом случае активность этих внехромосомных генетических элементов нужно как-то контролировать. Во-вторых, чужеродной ДНК может быть ДНК вируса-бактериофага. Напрямую противовирусный эффект одного из бактериальных Аргонавтов несколько лет назад показала группа исследователей при участии Дарьи Гельфенбейн (Есюниной), которая сейчас работает в Институте биологии гена РАН. В дальнейшем антифаговая активность подтвердилась и для других Аргонавтов. Они оказались частью сложной и разнообразной защитной (иммунной) системы прокариот — как и механизм CRISPR-Cas, на основе которого сделали знаменитый генетический редактор. Насчёт белков-Аргонавтов у исследователей тоже возникла идея сделать из них инструмент генетической инженерии. Но для этого нужно знать больше о самих Аргонавтах, о том, как они находят и режут ДНК, ведомые молекулой-проводником, как взаимодействуют с молекулярными машинами, которые ремонтируют и перемонтируют куски ДНК, и т. д. Как было сказано выше, обычная мишень Аргонавтов — плазмиды, вирусы и вообще любые небольшие ДНК, способные самостоятельно заполнить клетку множеством собственных копий. Дарья Гельфенбейн и её коллеги на примере Аргонавта бактерии Clostridium butyricum показали, что его можно направить на бактериальную хромосому. Исследователи определили, как должен выглядеть маленький фрагмент ДНК, который приведёт Аргонавта в нужное место на хромосоме, и как выбрать место в бактериальной хромосоме, более всего подходящее к редактированию с помощью Аргонавта. Бактериальная клетка получала две экспериментальные плазмиды. В одной был закодирован белок-Аргонавт и короткая последовательность, которая в виде ДНК соединялась с этим Аргонавтом и указывала ему на редактируемое место (сайт) в хромосоме. Аргонавт хромосому в этом сайте разрезал, и тут в дело вступала другая экспериментальная плазмида — она несла ген, который с помощью собственного клеточного молекулярного аппарата копировался в место разрыва. Экспериментальные плазмиды из бактерии исчезали, и она оставалась с новым геном в хромосоме. В общих чертах тут происходит то же самое, что и при работе знаменитого и хорошо разработанного генетического редактора CRISPR-Cas9, у которого к тому же есть много вариантов и модификаций. Но у аргонавтной системы могут быть преимущества по сравнению с ним. Например, белки-Аргонавты не так велики, а молекула-проводник, ведущая Аргонавта к месту работы, устроена намного проще, чем аналогичные компоненты системы CRISPR-Cas9. И у генетического редактора на основе прокариотических Аргонавтов тоже могут быть разные варианты, поскольку сами эти белки весьма разнообразны. В одной из последних статей, опубликованной Дарьей Гельфенбейн и её коллегами, описана новая группа бактериальных Аргонавтов из тех, которые используют РНК-гид для поиска ДНК-мишени. Эти новые Аргонавты оказались более пластичными в работе с молекулами-проводниками (в частности, они могут использовать РНК-гиды разной длины и с разными химическими особенностями), и точное место, в котором новые Аргонавты будут резать ДНК-последовательность, зависит у них как от особенно-стей структуры РНК-проводника, так и от окружающих условий.
Бо́льшая часть данных по прокариотическим Аргонавтам на прокариотах же и получена. Но это не значит, что аргонавтной системе заказан путь в эукариоты. В другой недавней статье Дарья Гельфенбейн и её коллеги пишут, что белок-Аргонавт из морской бактерии Alteromonas macleodii можно нацелить на ДНК митохондрий в человеческих клетках. Исследователи продолжают работать в этой области, и возможно, что их результаты помогут создать новый генетический редактор, который годится для самых разных типов клеток.
За исследования бактериальных белков-Аргонавтов и их возможностей в качестве биотехнологических инструментов для редактирования ДНК Дарья Гельфенбейн была удостоена премии Правительства Москвы молодым учёным за 2025 год в номинации «Биология».
Материал подготовил Кирилл Стасевич.
Комментарии к статье
* О системе CRISPR-Cas9 см. статью: Стасевич К. Редактор для генома. «Наука и жизнь» № 12, 2020 г.
