Напечатать жизнь

О троицких учёных говорят на самом высоком уровне. 23 июня президент РАН академик Александр Сергеев выступил с докладом о важнейших научных достижениях России в 2019 году. Некоторые из этих работ сделаны в институтах нашего города: ИФВД, ИЯИ и ИФТ РАН. Технология лазерной инженерии микробиологических систем, или ЛИМС, – так называли в ИФТ изобретённый ими метод трёхмерной печати микробиологическими объектами. «ЛИМС позволяет выделять бактерии, трудно культивируемые или некультивируемые стандартными способами, технология востребована для выделения биологически активных веществ и редких микроорганизмов, синтеза новых антибиотиков, создания тканеинженерных конструкций», – говорится в докладе президента РАН.

Чтобы узнать, в чём уникальность технологии, мы побывали в институте и пообщались с участниками научного коллектива,
принимавшего участие в её разработке. Институт фотонных технологий РАН (до 2016 года – Отделение перспективных лазерных технологий ИПЛИТ РАН, ныне – подразделение ФНИЦ «Кристаллография и фотоника») находится в светло-зелёном здании на Пионерской, 2. В неприметном двухэтажном строении – высочайшая концентрация идей и технологий. На первом этаже – коридор, дверь направо, на ней вывеска: «Отдел лазерно-молекулярных технологий им. Летохова». Подразделение, основанное учеником Летохова Виктором Баграташвили, с гордостью носит это имя с 2016 года. Дальше ещё одна табличка: «Лаборатория лазерной наноинженерии, мегагрант правительства РФ». Этот грант, по которому в ИФТ начал работать учёный международного масштаба Борис Чичков, и дал старт работам по лазерной инженерии микробиологических систем.

Делить неразделимое

М.н.с. лаборатории лазерной инженерии Вячеслав Жигарьков пришёл в институт ещё дипломником, студентом МИФИ по специализации «биофизика». Сейчас он аспирант четвёртого года, и проект этот не его личный, а дело рук всего отдела.

На столе у Жигарькова каркас принтера с множеством шаговых двигателей, которые перемещают картридж с образцами, сверху расположена лазерная система. Он занимается сборкой устройства, юстирует и подбирает параметры, разрабатывает систему климатического бокса с поддержкой нужной атмосферы и температурного режима. Работа идёт в кооперации с биологами.

Жигарьков показывает пластинку с поглощающим покрытием на основе золота. На поверхность наносится гелевый субстрат с клетками, на него действует лазерное излучение. «Методика позволяет выделять единичные микроорганизмы. Поглощение в металлическом слое приводит к генерации гелевых микроструй, которые переносят микрокапли на питательные среды», – рассказывает учёный. Капли с перевёрнутой пластинки падают на субстрат; сдвигая картридж по программе, можно попасть куда надо, например, в каждую из ёмкостей 96-луночного планшета. В действующем устройстве принтер присоединён к анаэробному боксу с заданной температурой. Дальнейшее – дело биологов. Две установки уже работают на факультете почвоведения МГУ и в Институте микробиологии им. Виноградского. Они позволяют быстро выяснить, можно ли из микроорганизмов сделать топливный элемент, или разделить симбиотические культуры, над чем годами бились биологи. ИФТ и Институту им. Виноградского это удалось. «Мы сумели разделить сложную бинарную культуру и выделить новый класс микроорганизмов, которые не поддавались стандартным микробиологическим методам, – рассказывает Вячеслав. – Мы его зарегистрировали, и нам принадлежит право первооткрывателя».

Консорциум бактерий

«Эта разработка из области лазерной биопечати, – рассказывает руководитель Жигарькова, зав-лабораторией лазерной наноинженерии Никита Минаев. – Фактически она представляет собой лазерную микропипетку, которая переносит в пространстве мельчайшие капли и делает манипуляции с живыми микроорганизмами или клетками гораздо удобнее. Её особенность – почти нет негативного воздействия. Казалось бы, стреляем лазером, а выживаемость – более 90%! Мы провели исследования самого процесса лазерного микропереноса и подобрали оптимальные параметры как лазерного воздействия, так и подложек для гидрогеля, чтобы микробы в капле не пострадали».

Что можно напечатать таким образом? Например, «засеять» клетками полимерный скаффолд (имплант, который со временем «растворяется» в организме, заменяясь живой тканью), разрабатываемый в ИФТ РАН совместно с химиками и врачами. Или создать «консорциум» – цепочку бактерийных культур, где каждая производит некое действие. «Одна из задач – создание всемирного банка микроорганизмов, – добавляет с.н.с. лаборатории лазерной химии Владимир Юсупов. – Стандартными методами можно выделить не более 1%, а если мы их научимся выделять, выращивать и поддерживать, получим новые вещества, нужные человечеству. Мы вступаем в эру устойчивости к антибиотикам, новые не могут найти, а наша технология, есть надежда, сможет в этом помочь».

Плоды мегагранта

«Технология лазерной инженерии микробиологических систем появилась у нас в рамках мегагранта в 2013 году, – вспоминает Юсупов. – Основной вклад в неё внесли Борис Николаевич Чичков и Виктор Николаевич Баграташвили». Два года назад завотделом ушёл из жизни, и ему до сих пор не выбрали преемника – нет учёного того же масштаба. Таким мог бы стать Чичков, но он параллельно работает в Германии. На качество научных контактов это не влияет – каждый день с ним общаются по Skype. Грант уже завершён, но работы идут, с 2017 по 2020 год вышло 13 статей по теме, недавно физики получили грант РНФ 20-14-00286 и на днях – первый патент на технологию ЛИМС. «Надеемся, далеко не последний! –
говорит Юсупов. – У нас много идей,
много молодёжи. Говоря об областях, где Россия впереди планеты всей, – здесь мы на пике. Будет поддержка – будет бурное развитие».

Владимир МИЛОВИДОВ,

фото автора