Биология

«Нельзя, чтобы результаты оставались в кулуарах»

Можно ли разрушить матрикс

NIH/Flickr

Как связаны гиалуроновая кислота и эпилепсия, могут ли мыши повлиять на решение остаться в родном городе и может ли существовать в науке «я», в интервью Indicator.Ru рассказала победительница конкурса «Открытие года» Алена Балашова.

В декабре Indicator.Ru и проект «Я в науке» провели конкурс на лучшее исследование российских ученых «Открытие года». Победителем эксперты признали младшего научного сотрудника Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского Алену Балашову. Ее работа посвящена тому, как разрушение гиалуроновой кислоты в мозге мышей влияет на их поведение и способности.

Алена Балашова

Из личного архива

— Алена, расскажите, пожалуйста, подробнее об исследовании, с которым вы победили в нашем конкурсе.

— Работа посвящена исследованию роли гиалуронан-содержащего внеклеточного матрикса в мозге. Внеклеточный матрикс во взрослом мозге располагается вокруг тел некоторых нейронов, где образует перинейрональные сети, и вокруг синапсов, окружает сосудистую сеть мозга как часть гематоэнцефалического барьера. Его функции также разнообразны: это и регуляция роста отростков нейронов, и стабилизация синаптических контактов, и функция буферной среды для ионов, присутствующих во внеклеточном пространстве. Гиалуроновая кислота — каркас, на который прочие молекулы внеклеточного матрикса крепятся, как бусины на нить. Если разрушить только ее, можно дестабилизировать все виды матрикса в данной области. Исследования по этой теме в ННГУ ведутся с 2011 года, тогда был выигран мегагрант с Александром Дитятевым, профессором Немецкого центра нейродегенеративных болезней (DZNE). В то время на первичных культурах гиппокампа было показано, что разрушение гиалуроновой кислоты может приводить к эпилептоподобной активности.

— А как это проявляется в клеточной культуре?

— Регистрация активности в этом эксперименте проводилась с помощью мультиэлектродных матриц, на которых и росли культуры, с 60 микроскопическими электродами (диаметр каждого — 30 микрометров). Эти электроды могут фиксировать возникающие в культурах потенциалы неинвазивно, в какой-то степени можно сравнить эту процедуру со снятием ЭЭГ. На этих записях и была обнаружена патологическая активность — чрезмерная локальная синхронизация нейронных сетей.

— Ваша новая работа продолжает те исследования?

— Да, мы решили исследовать роль гиалуроновой кислоты in vivo, так как, во-первых, модель клеточных культур не может воспроизвести все факторы, которые действуют в живом организме, а во-вторых, нам было интересно оценить изменения в поведенческих реакциях животных. К тому же непосредственно перед началом исследования in vivo в нашей группе проводились электрофизиологические эксперименты на срезах гиппокампа с разрушением молекул внеклеточного матрикса. В данном случае матрикс разрушали уже после извлечения гиппокампа и приготовления срезов, то есть в пробирке. Эти эксперименты показали, что внеклеточный матрикс также влияет на пластичность мозга, поэтому было решено использовать в эксперименте поведенческие тесты на память, чтобы выяснить, будет ли что-то подобное в живом организме.

— А как по срезам понять, что из-за разрушения матрикса изменилась пластичность?

— В любом биологическом эксперименте важно правильно подобрать контроль, и, если в исследовании он просто отсутствует, что-то тут нечисто. Нельзя сказать, влияет ли, скажем, препарат А на сердечный ритм пациентов, если не сравнить этих пациентов с контрольной группой, которая принимала плацебо.

Что же касается пластичности, то тут проводится оценка способности сетей нейронов к потенциации и депрессии. В нейробиологии уже давно принята парадигма, что в основе памяти и забывания лежат такие процессы, как долговременная потенциация, то есть усиление ответа, и, соответственно, долговременная депрессия — его ослабление. Можно замерить в срезе величину исходного ответа, провести стимуляцию током по протоколу, который имитирует естественный ритм мозга, а затем измерить ответ после стимуляции. Отношение ответа до и после и показывает изменения пластичности.

— Как вы исследовали состояние мозга после разрушения матрикса в экспериментах, описанных в статье?

— В данной серии экспериментов мы инъецировали фермент, разрушающий гиалуроновую кислоту (гиалуронидазу) в гиппокамп животных, изучили поведенческие реакции на наше вмешательство, а также с помощью флуоресцентной иммуногистохимии оценили морфологию гиппокампа животных с разрушенным внеклеточным матриксом мозга. Было выявлено, что у животных с разрушенным матриксом возникают аудиогенные, то есть вызванные звуковым стимулом, судороги. Также было показано, что на одной из временных точек у экспериментальных животных улучшается кратковременная память. Отдельно на ранней стадии реакции был проведен транскриптомный анализ для выявления изменений в экспрессии генов. Так как это пилотные эксперименты такого рода на животных, анализ активности генов позволил сделать первичные предположения о потенциальных механизмах, которые запускают у животных аудиогенные судороги и положительные изменения в способности к обучению. Мы считаем, что эти механизмы между собой не перекрываются.

— Какие практические результаты могут принести ваши исследования в обозримом будущем для медицины?

— Пока, конечно, говорить об этом рано. Главный результат нашей работы — описание аудиогенных судорог у животных как эффекта от разрушения гиалуроновой кислоты. Это говорит о том, что внеклеточный матрикс играет важную роль в стабилизации сетевой активности в мозге. Знание этого факта в будущем может помочь в понимании механизмов развития эпилепсии. Сейчас ведется выявление молекулярных каскадов, на которых основан этот эффект. Очень хочется верить в то, что самое значимое открытие еще ждет впереди. Когда механизмы будут установлены, можно будет искать потенциальные мишени для воздействия, которые можно будет использовать не только в лаборатории, но и в клинике. В перспективе эти результаты могут помочь в разработке антиэпилептических лекарственных препаратов нового поколения.

— Почему вас заинтересовала нейробиология? Как вы выбрали свою тему?

— Выбор был обусловлен в большей степени внешними факторами. В тот момент, когда мне необходимо было выбрать направление дальнейшей научной деятельности после бакалавриата, в университете, как и по всей России, семимильными шагами развивались нейронауки. Слова «нейроморфный интерфейс» и «искусственный интеллект» наряду с другими терминами, которые раньше я встречала только в научной фантастике, стали приобретать вполне реальные очертания. Дальше была встреча с моими будущими руководителями, которым ничего не стоило заинтересовать меня нейробиологией.

— А кого вы можете назвать своим учителем, наставником в науке?

— Основным наставником я считаю своего нынешнего научного руководителя — Ирину Мухину. Эта замечательная женщина не только делится со мной научными знаниями, помогает выстраивать логику исследований и направляет меня в научной деятельности, но также являет собой пример в ненаучной жизни, например, я зачастую восхищаюсь умению Ирины Васильевны взаимодействовать с людьми. Кроме того, стоит отметить вклад моих предыдущих руководителей, а также замечательных преподавателей биологического факультета, ныне Института биологии и биомедицины ННГУ, которые не просто читали лекции, а учили научному мышлению, биологической логике, дедукции. Отдельно хотелось бы выделить Наталью Добротину, корифея биофака, лекции которой на всю жизнь во мне оставили зарубку: в науке не может быть «я», только «мы».

— Оцените уровень исследований в вашей области в России по сравнению с ведущими мировыми коллективами. В чем сильны российские исследователи? В каких направлениях есть проблемы и почему?

— В области нейробиологии в целом российские исследователи не отстают от ведущих мировых коллективов. Существует несколько научных школ, которые работают в областях клеточной и молекулярной нейробиологии, электрофизиологии, в России сильна бихевиористская школа, есть много лабораторий, занимающихся компьютерным моделированием процессов, протекающих в мозге (computational neuroscience). Об этом свидетельствуют регулярно публикующиеся работы наших исследователей как в российских журналах, так и за рубежом.

Если говорить об эпилепсии, у нас не так обширны фундаментальные исследования в данной области. В отечественных журналах публикуются результаты многочисленных клинических исследований, посвященных разнообразным по локализации и причинам видам эпилепсии. Результаты фундаментальных исследований в этой области не так многочисленны и публикуются в основном за рубежом.

Проблемы в данном направлении, как мне кажется, примерно те же, что и в целом в экспериментальной биологии в России — невозможность быстро заказать и получить реактивы из-за рубежа, отсутствие аналогов импортным продуктам, например антителам, на отечественном рынке. Также остро стоит кадровый вопрос — во многих организациях не предусмотрено постоянных ставок в нужном объеме для научных сотрудников, а это в современных реалиях также очень важно, и многие талантливые молодые исследователи действительно уходят в коммерческие организации, чтобы обеспечить себе достойный уровень жизни.

— А вам хотелось когда-нибудь продолжить научную карьеру в столичном институте или за границей? Какие есть плюсы в работе нейробиолога в Нижнем Новгороде, не очевидные со стороны?

— Постараюсь ответить сразу на оба вопроса. На сегодняшний день по нашему проекту сделано далеко не все, что хотелось бы, планов и задач перед нашим коллективом стоит великое множество. До тех пор, пока у меня не будет чувства удовлетворения от полученных результатов и завершенности, речи о смене научного направления быть не может. В частности, сейчас стоит вопрос изучения изменений в пластичности мозга после разрушения матрикса, а это довольно большой объем работы. Благо, в нашем университете есть основное необходимое оборудование для проведения комплексных нейробиологических исследований. Еще один плюс работы в Нижнем Новгороде —собственный SPF-виварий университета, в котором содержатся мыши, свободные от патогенов из различных питомников со всего мира (американских Jackson Laboratory, Taconic и Charles River; немецкой Шарите и японского Института физико-химических исследований Riken). Наш виварий работает не только в интересах нижегородских исследователей — в прошлом году в нашем виварии заказали работу два столичных института. Но конечно, то, что виварий — подразделение университета, для нас плюс, это существенно экономит нам средства и время на покупку и доставку животных. Сейчас мы используем в своих исследованиях достаточно стандартную линию мышей — блэков, но, если возникнет необходимость, можем заказать любую другую линию. Конечно, не все так солнечно, например периодически возникают проблемы с закупкой реактивов и расходников для экспериментов, да и оборудование иногда выходит из строя. Но все же руководители стараются находить возможности для закупок и ремонта.

Переезд за границу я рассматриваю для себя только как стажировку на короткое время с целью освоения новых методов, которые потом можно будет применить на родине. И конечно, хочется поработать в условиях, когда заказанный реактив приезжает к тебе через две недели, а не через пять-шесть месяцев!

— Какое недавнее открытие или изобретение в вашей области сильнее всего вас удивило, может быть, даже показалось новостью из мира научной фантастики?

— Недавно попались на глаза статьи в научно-популярных изданиях о биологических исследованиях в области борьбы с лишним весом. В одной статье ученые на мышах выяснили, что блокирование AHR-рецепторов способствует похудению даже при высококалорийном рационе. В другой публикации говорилось о таблетке, которая может на биохимическом уровне имитировать занятия спортом. Эти открытия говорят, во-первых, об обостряющейся в наши дни проблеме излишнего веса, а во-вторых, о стремлении ученых заниматься прикладной наукой и поспевать за динамикой развития общества.

— Как вы считаете, ученый должен быть одновременно и популяризатором науки? Стремитесь ли вы через открытые лекции, новости об исследованиях или как-то еще распространять знания о своих исследованиях?

— Популяризация науки — очень важная задача для ученого. Современную науку нельзя делать изолированно, нельзя, чтобы результаты оставались в кулуарах. Это важно, в первую очередь, с точки зрения распространения результатов исследований в международной научной среде. Также важно посредством открытых лекций привлекать новых исследователей и пытаться развенчивать мифы, бытующие среди населения, далекого от науки.

На самом деле, чтобы объяснить довольно сложные процессы и биологические явления простым языком, понятным любому, нужно быть большим специалистом в этой области. Я лично столкнулась с этими сложностями, когда участвовала в программе, организованной университетом для школьников из лицея-интерната «Центр одаренных детей» и читала лекцию по теме своего научного исследования. Приходилось прилагать усилия, чтобы не сыпать сложными терминами и объяснять доходчиво. Также в ННГУ проводятся научные конференции для студентов и молодых ученых, в том числе ежегодная школа-конференция «Биосистемы: организация, поведение, управление». На таких мероприятиях часто выступают с докладами ученые из Нижнего Новгорода и из других городов России, а также из зарубежных лабораторий. В основном, конечно, это ученые-кандидаты наук, уже имеющие свои научные коллективы или заведующие лабораториями, поэтому я пока такой чести не была удостоена, но думаю, что все впереди.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.