БИОФИЗИКА, 2021, том 66, № 1, с. 195-208

ХРОНИКА

УДК 577.3

VI СЪЕЗД БИОФИЗИКОВ РОССИИ

*Биологический факультет Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова,

Москва, 119991, Воробьевы горы, 1/12

**Институт молекулярной биологии РАН им. В.А. Энгельгардта, 119991, Москва, ул. Вавилова, 32

E-mail: anastasya.anashkina@gmail.com

Поступила в редакцию 06.11.2020 г.

После доработки 06.11.2020 г.

Принята к публикации 13.11.2020 г.

Дан обзор проблем современной биофизики, которые обсуждались на VI съезде биофизиков Рос-

сии, Сочи, сентябрь 2019 г. (http://conf-2019.biophys.ru). На пленарных, секционных и стендовых

сессиях были представлены результаты фундаментальных и прикладных исследований в области

биофизики одиночных биомакромолекул и молекулярных комплексов, биофизики мембран, био-

физики клетки, бионанотехнологии. Большое внимание было уделено вопросам применения ин-

формационных технологий, математического и компьютерного моделирования и методов биоин-

форматики как необходимого инструмента исследований на всех уровнях организации живых

систем, начиная от биомакромолекул и заканчивая биогеоценозами, а также новым эксперимен-

тальным методам биофизических исследований. Наряду с фундаментальными проблемами изуче-

ния физических механизмов регуляции биологических процессов на молекулярном, субклеточном

и клеточном уровне широко обсуждались вопросы применения результатов биофизических иссле-

дований в медицине и экологии. Следующий Съезд биофизиков России решено провести в 2023 г.

Ключевые слова: VI Съезд биофизиков России, молекулярная биофизика, медицинская биофизика,

биофизика сложных систем, экологическая биофизика, образовательный центр «Сириус».

DOI: 10.31857/S000630292101021X

Шестой съезд биофизиков России [1], про-

ональной, она в большей степени, чем когда-ли-

шедший в Сочи в 2019 г., продемонстрировал вы-

бо, вписана в мировой контекст.

ход отечественной науки на новый уровень. В це-

В этом процессе есть как положительные, так

лом можно сказать, что тридцать лет с начала пре-

и отрицательные стороны - так, роль экспертных

образований и смены государственного строя в

советов теперь во многом исполняют редакции

нашей стране биофизика, как и другие науки, пе-

международных журналов и русский научный

реживала нелегкие времена и приобретала новые

язык в значительной степени вытеснен из науки.

качества. Широкий фронт исследований, кото-

Регулярное проведение съездов Российских био-

рый поддерживался в советской науке, сменился

физиков в данных нелегких условиях оказалось

на какое-то время развитием узких и порой при-

очень важным делом, позволяющим консолиди-

кладных направлений, фундаментальная наука за

ровать сообщество биофизиков и не потерять

счет многолетнего недофинансирования потеря-

связи между биофизиками как внутри страны, так

ла кадровый состав и системную организацию,

и с теми, кто оказался по разным причинам за ее

были закрыты целые направления и отчасти раз-

пределами. В шестом съезде участвовали биофи-

рушены научные школы. Однако в последние го-

зики из десяти стран, кроме России: Азербайджа-

ды возобладали другие процессы - при новой си-

на, Белоруссии, Узбекистана, Эстонии, Казах-

стеме грантового финансирования возникла но-

стана, Армении, Украины, Великобритании, Гер-

вая научная реальность, в которой себя нашли и

мании и США.

молодые исследователи, и те, кто сохранил вер-

Так как всего было принято более тысячи до-

ность науке. Большая часть исследователей,

кладов (примерно половина - заочные участни-

уехавших за рубеж, не стала порывать с отече-

ки), здесь не представляется возможным кратко

ственной наукой, множество совместных публи-

охарактеризовать и десятую часть всего, что про-

каций, которые появились отчасти благодаря

исходило на Съезде. Уже тот факт, что Съезд про-

грантам и мегагрантам, свидетельствуют о том,

ходил в образовательный центре «Сириус», со-

что наука в нашей стране стала более интернаци-

зданном в 2014 году образовательным фондом

195

196

РИЗНИЧЕНКО и др.

«Талант и успех» по инициативе и при поддержке

Председатель Оргкомитета Съезда Андрей Бо-

Президента РФ, многое значит - по сути, это

рисович Рубин открыл съезд установочным до-

идеальная площадка для проведения занятий со

кладом о проблемах современной биофизики.

школьниками и студентами, которые здесь про-

Существует несколько определений биофизики.

ходят обучение. Сотрудники физического и био-

Следуя учебнику А.Б. Рубина биофизика - это

логического факультетов МГУ регулярно прово-

наука о механизмах фундаментальных физиче-

дят занятия в «Сириусе», знакомят учащихся с

ских взаимодействий, лежащих в основе биоло-

экспериментальными биофизическими метода-

гических процессов. Общие законы, обнаружен-

ми, готовят научную смену. В рамках Молодеж-

ные при изучении природы, и методы, развитые

ной школы о современной биофизике рассказы-

для анализа природных систем в физике, прила-

вали участники Съезда профессор Бостонского

гаются для анализа и описания живых систем в

университета М. Франк-Каменецкий (США),

биологии. Развитие физики и эксперименталь-

профессора МГУ имени Ломоносова С.И. Пого-

ной биологии, в первую очередь биофизики, про-

сян и Г.Ю. Ризниченко. Особенно много вопро-

исходило в тесном взаимодействии на всех этапах

сов слушатели задавали биофизику и писателю

развития науки. Можно назвать имена Декарта,

Ю.Д. Нечипуренко, автору популярных книг о

Гарвея, Ломоносова и многих других, которые

том, как устроена живая клетка и мозг («Живой

благодаря своему энциклопедическому образова-

дом» и

«Ключи от головы» соответственно).

нию и широте взглядов вносили свой вклад в

Практические занятия по молекулярному моде-

междисциплинарные области науки. В биофизи-

лированию и экологической биофизике провели

ке благодаря этому развивались области биомеха-

А.А. Анашкина (Институт молекулярной биоло-

ники, биоэлектрических явлений, оптических

гии РАН), А.Н. Дьяконова, И.В. Конюхов,

свойств биологических объектов, процессов ион-

С.С. Хрущев, Э.И. Никельшпарг (кафедра био-

ного транспорта. В основном теоретические

физики биологического ф-та МГУ).

представления современной экспериментальной

биологии основаны на фундаментальных пред-

В последние годы биофизика, как междисци-

ставлениях физической химии, сложившихся в

плинарная отрасль биологии, стала особенно

конце XIX - начале XX веков. В наше время фор-

востребованной в области фундаментальных ис-

мируется качественно новый этап взаимодей-

следований динамического поведения биологи-

ствия физики и биологии в биофизике. Все вели-

ческих систем самого разного уровня организа-

кие открытия в генетике и молекулярной биоло-

ции, от молекулярного до уровня популяций и

гии ХХ века были сделаны без необходимости

биогеоценозов. Кроме того, разработанные отно-

систематического привлечения основных поня-

сительно недавно экспериментальные методы

тий теоретической физики. Теперь мы рассмат-

криоэлектронной микроскопии, атомной сило-

риваем живую клетку, состоящую из организо-

вой микроскопии и др. позволяют изучать струк-

ванного набора белковых «машин», взаимодей-

туры биомакромолекул и их комплексов на мас-

ствующих друг с другом. Мы знаем равновесные

штабах десятков нанометров. Методы оптогене-

молекулярные структуры белков, но все еще

тики с использованием флуоресцирующих

очень далеки от полного понимания физических

белков в сочетании с методами фемтосекундной

и физико-химических механизмов их внутримо-

спектроскопии позволяют проследить динамику

лекулярных взаимодействий, динамики их рабо-

процессов, происходящих на уровне взаимодей-

ты в гетерогенной среде живой клетки. Эти пред-

ствий отдельных макромолекул - белков и их

ставления должны быть выработаны при помощи

комплексов. Именно на этих пространственно-

творческого содружества физиков, химиков, био-

временных масштабах вся совокупность процес-

логов и математиков. Представления о физико-

сов взаимодействия между атомами, которые

химических механизмах реакций молекул в гомо-

описываются физическими законами атом-атом-

генных растворах, которыми обычно пользуются

ных взаимодействий, начинает проявлять свой-

исследователи, не адекватны тому, что происхо-

ства, определяющие специфику биологических

дит в гетерогенной системе.

систем: направленный транспорт электронов и

ионов, ферментативные акты. При этом биофи-

Экспериментальная биофизика имеет дело с

зические методы позволяют изучать динамику

наноразмерными структурными элементами

процессов в структурах белков, липидов, ДНК и

(макромолекулы, мембраны, белки), непосред-

других макромолекул и их комплексов. Таким об-

ственную информацию о свойствах которых мы в

разом, современная биофизика получила воз-

настоящее время можем получать благодаря но-

можность ответить на важнейший вопрос: каким

вым экспериментальных методам, прежде всего

образом физические взаимодействия, имеющие

радиоспектроскопии широкого диапазона. Это

место в биологических, созданных в процессе

значит, что биологический объект становится ис-

эволюции структурах, в своей совокупности

точником информации, которая может способ-

обеспечивают биологически целесообразные

ствовать развитию отдельных областей физики.

действия.

Примером может служить действие света на фо-

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

VI СЪЕЗД БИОФИЗИКОВ РОССИИ

197

точувствительные белки, когда поглощение кван-

физика клетки. Исследования в области биофи-

та света приводит к направленным конформаци-

зики сложных систем и молекулярной биофизи-

онным перестройкам белковой молекулы, тем са-

ки обеспечивают фундаментальные теоретиче-

мым переводя ее в активное состояние. В общих

ские основы биофизики, работы в области

чертах этот принцип осуществляется в фотобио-

биофизики клетки относятся к изучению физи-

логии, фотосинтезе, зрительной рецепции. Про-

ко-химических механизмов конкретных процес-

блема физики здесь состоит в том, чтобы рас-

сов в живых системах.

крыть, каким образом «плотная» структура белка

Ниже мы более подробно остановимся на пле-

достигает определенного структурно-конформа-

нарных докладах, где были представлены совре-

ционного состояния во взаимодействии стоха-

менные теоретические представления о процес-

стических и детерминистских степеней свободы.

сах в живых системах, сформировавшиеся на

В биофизике мы говорим условно о «целесооб-

основе результатов изучения конкретных биоло-

разном» поведении наноразмерных макромоле-

гических объектов биофизическими методами.

кул, о процессах дальнего порядка взаимодей-

Как правило, в качестве пленарных докладчиков

ствия между ними в живой клетке. Роль физики

выступали руководители научных коллективов,

здесь состоит в выработке новых понятий, физи-

представители которых выступали на соответ-

ческих моделей, которые в законченном виде в

ствующих секциях с изложением результатов изу-

настоящее время не существуют. Тем самым фи-

чения конкретных биологических объектов.

зика, химия и биология взаимно обогащают друг

друга. Роль математики в этом процессе взаимо-

действия трудно переоценить. На всех этапах раз-

вития математической биологии в биофизике

БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

привлекались все новые и новые математические

методы по мере углубления наших знаний об ор-

Этот раздел биофизики включает общетеоре-

ганизации и взаимодействии элементов живого.

тические подходы к изучению биологических

процессов с использованием методологии есте-

Начиная с обыкновенных дифференциальных

ственных наук, в первую очередь физики - науки

уравнений, в биофизике затем стали использо-

о фундаментальных механизмах природных про-

вать качественную теорию дифференциальных

уравнений, уравнения математической физики. В

цессов. Во многом это пересекается с направле-

настоящее время математическое описание хао-

нием наук о живом, которое называется «систем-

ная биология» (Systems Biology).

тических процессов, возникновения фракталь-

ных структур находят свое приложение в анализе

Прогресс современной биофизики и возраста-

динамики биологических процессов. Все это ста-

ние ее роли связано с развитием современных ин-

новится доступно непосредственному экспери-

формационных технологий. Аппаратом биофи-

ментальному наблюдению на молекулярном

зики сложных систем служит математическое мо-

уровне организации живой материи. Это может

делирование, позволяющее формализовать и

говорить о возможных, скрытых пока от нас осо-

структурировать знания о живом объекте. До не-

бенностях элементарных взаимодействий струк-

давнего времени основным математическим ап-

турных элементов в живой системе, которые бы-

паратом моделирования в биофизике был клас-

ли выявлены и «целесообразно» использованы в

сический аппарат дифференциальных уравнений

биологии за миллионы лет эволюции на низших

математической физики, в котором переменны-

структурных уровнях организации живого.

ми служат концентрации взаимодействующих

Биология становится источником новых зна-

биохимических компонентов. Современные

ний, помогающих решению не только собствен-

мощности компьютеров позволяют развивать

но биологических проблем, но и обогащающих те

агентные методы компьютерного моделирова-

разделы физики, с которыми она взаимодейству-

ния, в которых имитируется поведение агентов-

ет. Таким образом, создается теоретическая осно-

компонентов системы: отдельных атомов в био-

ва современной биофизики. Наука развивается,

макромолекуле в методе молекулярной динами-

это живая система, и задачи биофизики могут ме-

ки, отдельных молекул - в методе броуновской

няться и уточняться со временем - по сути, каж-

динамики. Такие модели аккумулируют большие

дый съезд позволяет несколько по-новому взгля-

массивы знаний, содержащихся в международ-

нуть на нашу науку.

ных базах данных, например таких, как Protein

Программа Съезда включала пленарные до-

Data Bank. Включение в модели больших масси-

клады и секционные заседания с устными докла-

вов данных (Big Data) позволяет использовать

дами, обсуждениями и стендовыми сессиями.

компьютерные модели для воспроизведения про-

Программа была сформирована в соответствии с

цессов в живых системах самого разного уровня,

логикой изложения биофизики как единой нау-

в том числе имитировать процессы в организме

ки, включающей крупные разделы: биофизика

человека при решении вопросов персонифици-

сложных систем, молекулярная биофизика, био-

рованной медицины.

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

198

РИЗНИЧЕНКО и др.

На секциях «Биофизика сложных систем» и

Методы системной биологии и биоинформа-

«Биоинформатика и системная биология» обсуж-

тики успешно применяются в направленном по-

дались проблемы, общие для разнообразных мак-

иске лекарственных препаратов. Спектр биоло-

роскопических систем, состоящих из множества

гической активности химического соединения -

элементов, кооперативное поведение которых

это множество видов биологической активности,

приводит к возникновению новых структур, фор-

которые отражают результат взаимодействия хи-

мированию сложных функций и поведения в из-

мических соединений с различными биологиче-

меняющейся среде. В основе исследований лежит

скими объектами. Поскольку исчерпывающая

системный подход, т.е. стиль научного мышле-

экспериментальная оценка всех видов биологи-

ния, ориентированный на интеграцию научных

ческой активности химических соединений нере-

знаний и совмещающий изучение проблемы на

альна, для прогнозирования множества видов

молекулярном, клеточном, организменном и по-

биологической активности используются методы

пуляционном уровнях. Подходы и методы

биоинформатики. Это позволяет определить наи-

биофизики сложных систем и биоинформатики

более перспективные направления для тестиро-

являются важной частью многих областей био-

вания фармакологического действия конкретных

логии. В экспериментальной молекулярной био-

веществ и отсеять потенциально опасные моле-

логии такие методы биоинформатики, как анализ

кулы на ранних стадиях исследований. В докладе

изображений и обработка сигналов, позволяют

В.В. Поройкова (Институт биомедицинской хи-

получать полезные результаты из большого коли-

мии имени В.Н. Ореховича, Москва) «От молеку-

чества исходных данных. В области генетики и ге-

лы к лекарству: медицинская биоинформатика

номики биоинформатика помогает в упорядочи-

in silico» обсуждалось современное состояние

вании и аннотировании геномов и наблюдаемых

этой науки и приведены адреса электронных ре-

мутаций. Она играет роль в анализе данных из

сурсов, разработанных коллективом, представля-

биологической литературы и развитии биологи-

емым автором. Сегодня медицинская биоинфор-

ческих и генетических онтологий по организации

матика перестает быть всего лишь «поставщи-

и запросу биологических данных. Инструменты

ком» математических методов и компьютерных

биоинформатики помогают в сравнении генети-

программ для анализа данных. Это - мультидис-

ческих и геномных данных и в целом в понима-

циплинарная область науки, интегрирующая раз-

нии эволюционных аспектов молекулярной био-

нородные химические, биологические и меди-

логии. В общем виде она помогает анализировать

цинские данные с целью извлечения из них по-

и каталогизировать биологические пути и сети,

лезной информации и генерации новых знаний.

которые являются важной частью системной

Сравнительное рассмотрение в биологических

биологии.

образцах в норме и при различных заболеваниях

геномных, транскриптомных, протеомных, мета-

Пленарный доклад Н.А. Колчанова (ФИЦ

болических и других экспериментальных данных

«Институт цитологии и генетики СО РАН», Но-

дает возможность идентифицировать биомарке-

восибирск) назывался: «Генетика, биоинформа-

ры, которые могут быть использованы для повы-

тика, системная компьютерная биология» и был

шения качества диагностики, а также фармаколо-

посвящен кругу проблем, для решения которых

гические мишени, воздействие на которые может

необходимо использование трех перечисленных

привести к нормализации патологических про-

подходов: (а) - интеграция, анализ и интерпрета-

цессов.

ция геномных, транскриптомных, протеомных,

метаболомных данных; (б) - идентификация сай-

Фундаментальной проблемой биофизики

тов связывания транскрипционных факторов в

сложных систем является выяснение закономер-

регуляторных районах генов, оценка влияния му-

ностей, лежащих в основе структурообразования

таций в этих регуляторных районах на экспрес-

в живых системах. В докладе В.А. Твердислова

сию генов; (в) - реконструкция генных сетей, вы-

(физический факультет МГУ имени М.В. Ломо-

явление молекулярно-генетических механизмов

носова) «Хиральные иерархии как физическая

формирования патологий, поиск генов, внося-

основа молекулярно-биологических структур»

щих максимальный вклад в формирование целе-

показано, что эволюционно сформировавшаяся

вых фенотипических (клинических) признаков,

и ставшая базовой система четко стратифициро-

контролируемых генными сетями и на этой осно-

ванных уровней макромолекулярных и надмоле-

ве - предсказание наиболее перспективных ми-

кулярных биологических структур основана на

шеней для терапии заболеваний; (г) - рекон-

принципе хирального дуализма. В биологических

струкция генетических механизмов регуляции

системах автором обнаружен общий системный

морфогенеза растений; (д) - анализ особенно-

принцип спонтанного формирования дискрет-

стей молекулярной эволюции генных сетей и мо-

ных иерархических структур в исходно гомохи-

лекулярно-генетических систем; (е) - компью-

ральных системах. Воспроизведение характерных

терный дизайн экспериментов по созданию био-

паттернов в самоорганизующихся иерархических

технологически значимых продуктов.

структурах разного уровня с изменяющимися фи-

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

VI СЪЕЗД БИОФИЗИКОВ РОССИИ

199

зическими механизмами структурообразования

или в результате травмы. Коллективом автора до-

основывается на единых симметрийных принци-

клада созданы как детальные модели локальных

пах. Для всех биологических систем, от биомак-

связей в пределах одиночной нейроваскулярной

ромолекул до организмов, характерной особен-

единицы, так и феноменологические модели от-

ностью является формирование череды вложен-

дельных механизмов формирования простран-

ных или параллельно развивающихся структур с

ственно-временных структур. На наших глазах

подобным или изменяющимся типом симмет-

возникает понимание того, как клеточная «ма-

рии, возрастающим масштабом и, что принципи-

шина» паренхимы мозга (нейроны, астроциты,

ально важно, изменяющимся знаком хирально-

клетки гладкой мускулатуры и эндотелия сосу-

сти при переходе на следующий уровень услож-

дов) функционирует в комплексе как единое це-

нения организации биологических систем.

лое, включая согласование изменения активно-

сти клеток с модуляцией объема межклеточного

Обсуждению проблем искусственного интел-

пространства и интенсивностью транспорта ве-

лекта и его применению были посвящены докла-

ществ в нем. На очереди - учет различных типов

ды Г.Р. Иваницкого (Институт теоретической и

связей в рамках единой математической модели.

экспериментальной биофизики РАН) «Робот и

человек. где находится предел их сходства?» и

Пример использования математических и

В.А. Намиота (НИИ ядерной физики имени

компьютерных моделей разного типа для изуче-

Д.В. Скобельцина МГУ имени М.В. Ломоносова)

ния процессов на молекулярном и клеточном

«Существует ли принципиальное различие между

уровне дал доклад Г.Ю. Ризниченко (МГУ имени

искусственным и естественным интеллектом?». В

М.В. Ломоносова) «Моделирование процессов в

обоих докладах рассматривалось различие между

фотосинтетической мембране высших растений

чисто алгоритмическим мышлением робота, цель

и микроводорослей. Молекулярные, броунов-

работы которого сформулировал человек-творец,

ские и кинетические модели». В докладе были

и естественным интеллектом человека, законы

представлены результаты последних работ по

функционирования которого до сих пор до конца

математическому и компьютерному моделиро-

не ясны. Близкие проблемы рассматривал в своем

ванию, выполненных на кафедре биофизики

пленарном докладе «Природные и технические

биологического факультета МГУ имени М.В. Ло-

когнитивные системы: в чем их различие?»

моносова. Молекулярные и броуновские агент-

В.Г. Яхно (Институт прикладной физики РАН,

ные модели позволяют изучать биофизические

Нижний Новгород; Нижегородский государ-

механизмы взаимодействия отдельных молекул-

ственный университет им. Н.И. Лобачевского).

переносчиков электрона в ходе фотосинтетиче-

Перспективы развития современной науки о

ского электронного транспорта, лежащего в ос-

нове процессов запасания энергии света и био-

живом связаны с комплексным использованием

синтеза. Кинетические модели, представляющие

всех имеющихся экспериментальных и теорети-

собой системы дифференциальных уравнений,

ческих методов изучения сложных многокомпо-

позволяют определять участки фотосинтетиче-

нентных биологических систем организма и ре-

шения на основании полученных знаний про-

ской цепи ФС II, претерпевающие изменение в

ходе роста культуры в различных условиях, и ис-

блем лечения связанных с этими системами

пользуются для задач экологического и биотехно-

болезней. В докладе Д.Э. Постнова (Саратовский

логического мониторинга. Совокупность мето-

государственный университет имени Н.Г. Чер-

дов дает общую картину процессов фотосинтеза

нышевского) «Нейроваскулярные связи: функ-

ции, проблемы, моделирование» рассматрива-

на разных пространственных и временных мас-

штабах.

лись процессы в нейроваскулярной единице моз-

га, которая включает нейрон, астроцит, клетки

Характерный для биофизики сложных систем

сосудистой стенки и формирует локальные фи-

комплексный подход к решению важных практи-

зиологические ответы на изменение нейронной

ческих задач продемонстрировал доклад А.А. Цы-

активности. Механизмы пространственных свя-

ганкова (ФИЦ «Пущинский научный центр био-

зей в пределах нейроваскулярной единицы (мо-

логических исследований РАН»)

«Разработка

дуляция ионных концентраций и перенос ве-

подходов к получению энергии биологическим

ществ в межклеточном пространстве, кальциевые

путем». В нем обсуждались современные дости-

волны в сетях астроцитов, распространяющиеся

жения и направления исследований для создания

вазомоторные реакции) лежат в основе формиро-

биотехнологических систем получения водорода

вания пространственно-временных паттернов

за счет энергии света. Наряду с получением водо-

активности паренхимы мозга. Эти физиологиче-

рода биологические системы способны и к его

ские механизмы становятся доминирующими во

преобразованию в электричество. Для этого раз-

время экстремальных состояний коры головного

рабатываются способы модификации гидрогеназ

мозга, таких как распространяющаяся корти-

(ферментов, заменяющих платину в топливных

кальная депрессия, мигрень с аурой, а также рас-

элементах) и их иммобилизации на электродах. В

пространение волн деполяризации при инсульте

докладе представлены последние результаты ис-

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

200

РИЗНИЧЕНКО и др.

следований топливных элементов с использова-

молекул белков и ДНК, их функциональных кон-

нием гидрогеназных водородных электродов.

формационных состояний, взаимодействию бел-

ков и ДНК с низкомолекулярными лигандами, с

Применение методов системной биологии и

другими белками и нуклеиновыми кислотами,

биофизики сложных систем позволяет изучать

исследованию конформационных перестроек в

математические модели глобальных процессов. В

структуре этих биомакромолекул, возникающих

докладе А.Г. Дегерменджи (Институт биофизики

вследствие влияния различных факторов. Наряду

ФИЦ СО РАН, Красноярск) «Новые эффекты

с работами по экспериментальному исследова-

малоразмерных моделей системы биосфера-кли-

нию свойств белков и нуклеиновых кислот расти-

мат» была рассмотрена модель системы «биосфе-

тельного, животного и бактериального проис-

ра-климат», которая включает интегрированное

хождения и их мутантных форм, на этих секциях

описание динамики содержания форм углерода в

были также представлены работы по молекуляр-

трех поясных кластерах Земли - в наземной эко-

ному моделированию конформационной по-

системе (растения и почва), океане и атмосфере

движности биомакромолекул. В последние годы

при разных сценариях сжигания топлив и с уче-

методы компьютерного моделирования стали не-

том парникового механизма изменения климата.

отъемлемой частью арсенала методов изучения

Расширенная модель учитывает выделение СО₂ и

динамических свойств биологических систем.

СН₄ из почвенной органики зоны вечной мерзло-

В пленарном докладе «Стабильность двойной

ты. Установлена важная роль влияния метана из

спирали ДНК» М.Д. Франк-Каменецкого, кото-

почв на баланс СО₂ и создан новый класс матема-

рый специально прилетел на Съезд из США, рас-

тического описания динамики почвенной орга-

сказывалось о плавлении ДНК и роли стэкинг-

ники в координатах «уровень гумификации -

взаимодействий и спаривания оснований в ста-

глубина слоя». Получены оценки вклада зоны

бильности двойной спирали ДНК. Результаты,

вечной мерзлоты и метановой ветви круговорота

полученные автором в этой области, стали уже

углерода в глобальную динамику для различных

классическими.

значений параметров модели, находящихся внут-

Доклад И.Ю. Петрушанко (Институт молеку-

ри интервалов оценок. Построена математиче-

лярной биологии РАН) «Молекулярные механиз-

ская модель тундровых экосистем Арктики и Си-

мы редокс-регуляции транспортной и рецептор-

бири. Ее цель - предсказать будущее поведение

тундровых экосистем, обусловленное глобаль-

ной функции Na,K-АТФазы» был посвящен изу-

ным изменением климата. Модель описывает ос-

чению молекулярных механизмов редокс-

регуляции белков на примере Na,K-АТФазы. Бы-

новные процессы в системе (фотосинтез тундро-

ло показано, что такой механизм, как глутатиони-

вой фитомассы, аэробное и анаэробное дыхание,

лирование, защищающий от окисления цистеины

влияние освещенности, температуры и водного

баланса) и включает физико-химическую подмо-

белков, одновременно влияет на активность бел-

дель, описывающую динамику замерзания-тая-

ков и их рецепторную функцию, вплоть до инакти-

вации. При этом в условиях сильного окислитель-

ния вечной мерзлоты, а также блок, описываю-

ного стресса инактивация Nа,K-АТФазы способ-

щий выделение метана и углекислого газа из

ствует выживаемости клеток за счет сохранения

тундровых и лесотундровых почв вечной мерзло-

ты. Для верификации модели проводятся наблю-

пула АТФ.

дения в специально созданной герметичной веге-

А.К. Узденский (Ростовский государственный

тационной камере (миниэкосистема), в которой

университет) в докладе «Многофункциональные

возможно поддерживать температуру, влажность

белки» рассказывал о свойствах белков, опровер-

и освещенность, приближенные к климатиче-

гающих догму недавнего прошлого «Один ген -

ским условиям северных широт. Взаимодействие

один белок». В последние годы было показано,

глобальной малоразмерной и региональных мате-

что многие сигнальные белки имеют два и более

матических моделей создает фундамент как для

реакционных центра. Например, протеинкиназы

понимания основных механизмов изменения

и протеинфосфотазы являются мастер-регулято-

климата, так и для последствий его изменения.

рами разнообразных клеточных процессов, фос-

форилируя различные белки, они активируют

или ингибируют их, включают, выключают или

МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА

переключают их функции.

К разделу «Молекулярная биофизика» отно-

Доклад А.П. Савицкого (Институт биохимии

сятся секции по структуре и динамике белков и

им. А.Н. Баха РАН) «Бифотохромные цветные

ДНК, а также секция «Биофизика одиночных моле-

флуоресцентные белки: феномен и перспективы

кул. Нанобиотехнологии». На секциях «Структура

использования» дает представление о быстро раз-

и динамика белков и их комплексов» и «Структура

вивающейся области применения цветных флуо-

и динамика нуклеиновых кислот и их комплексов»

ресцентных белков, свойства которых обеспечи-

были представлены работы по изучению структур

ли современные возможности оптогенетики.

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

VI СЪЕЗД БИОФИЗИКОВ РОССИИ

201

Коллективом автора доклада открыт новый белок

Доклад Ю.Д. Нечипуренко «Механохимиче-

SAASoti из коралла Stylocoeniella armata, совмеща-

ское расщепление ДНК и свойства регуляторных

ющий свойства фотоконверсии (фотохимиче-

участков генома» подытожил труды международ-

ский процесс, связанный с изменением структу-

ного коллектива ученых из Института молекуляр-

ры хромофора) и фотопереключения (фотофизи-

ной биологии РАН, Института общей генетики

ческий процесс, связанный со значительным

РАН (Москва), Института теоретической и экс-

изменением квантового выхода хромофора). Эти

периментальной биофизики (Пущино), биологи-

свойства позволяют использовать данный белок

ческого факультета МГУ имени М.В. Ломоносова

для дизайна новых сенсорных молекул, молеку-

и Института молекулярной генетики имени Мак-

лярного имиджинга и, в частности, кинетической

са Планка (Берлин). Доклад был посвящен памя-

субдифракционной микроскопии, позволяющей

ти С. Гроховского, который открыл явление из-

отслеживать движение и релокализацию отдель-

бирательного расщепления ДНК ультразвуком.

Было показано на большой базе данных по секве-

ных молекул.

нированию нового поколения, что механохими-

В докладе В.Ю. Макеева с соавторами были

ческое расщепление двойной спирали ДНК про-

представлены совместные работы нескольких

исходит преимущественно между цитозином и

коллективов (Институт общей генетики им. Ва-

гуанином, и метилирование цитозина резко уве-

вилова РАН, Институт молекулярной биологии

личивает вероятность такого расщепления. Так

им. Энгельгардта РАН, Московский физико-тех-

как метилирование цитозина является важней-

нический институт). Рассматривалась биофизика

шим маркером эпигенетических процессов, в до-

ДНК-белкового взаимодействия в свете пробле-

кладе впервые были связаны эпигенетика и меха-

мы регуляции работы генов на уровне транскрип-

нохимия ДНК и показаны возможности выявле-

ции. Регуляторные варианты влияют на развитие

ния онкологических заболеваний на ранней

организма и развитие многих распространенных

стадии, когда происходят изменения паттернов

заболеваний, включая рак и аутоиммунные рас-

метилирования в регуляторных участках генов -

стройства. Наличие большого числа данных о

так называемых GC-островах. Заметим, что уже

взаимодействиях «ДНК-белок» впервые позво-

после Съезда вышло несколько статей, где эти

ляет приблизиться к исчерпывающему перечню

идеи получили неожиданное продолжение в виде

гипотезы возникновения «нестабильных» GC-

мотивов связывания, распознаваемых факторами

пар ДНК.

транскрипции. Разработанный авторами ресурс

HOCOMOCO включает в себя ряд сервисов,

Моделирование процессов на уровне белков и

предназначенных для практического анализа в

их комплексов было представлено несколькими

области генетики и системной биологии. Подхо-

пленарными докладами. В докладе К.В. Шайтана

ды машинного обучения могут быть использова-

(биологический факультет МГУ имени М.В. Ло-

ны для решения проблемы нормализации данных

моносова) «Фундаментальные закономерности

в каждом конкретном типе клеток.

формирования пространственных структур кон-

формационно подвижных молекул» рассматри-

Доклад Г.В. Гурского с группой соавторов из

вались физические основы и математические

нескольких организаций (Институт молекуляр-

идеи описания процесса формирования уникаль-

ной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, Инсти-

ных 3D-структур биополимеров. С использова-

тут вирусологии им. Д.И. Ивановского Мини-

нием подходов многомерной геометрии получен

стерства здравоохранения РФ, Кардиологиче-

фундаментальный результат, демонстрирующий

ский научно-производственный комплекс,

выполнение двух экстремальных принципов при

Москва) «ДНК - белковые комплексы как мише-

сворачивании полимерной цепи в вязкой среде:

ни для создания новых противовирусных лекар-

1) принцип максимума скорости убыли потенци-

ственных агентов» был посвящен изучению про-

альной энергии системы и 2) принцип минимума

тивовирусного действия димерных производных

скорости диссипации энергии при заданной ско-

антибиотика нетропсина и комплексов, которые

рости убыли потенциальной энергии.

являются для него мишенью. Результаты иссле-

В докладе В.Д. Лахно (Институт прикладной

дования показали, что возможно создание двух

математики им. М.В. Келдыша РАН) «Теорети-

типов ингибиторов процесса инициации репли-

ческие основы бионаноэлектроники» рассмотре-

кации, один из которых включает низкомолеку-

ны результаты детального моделирования

лярные лиганды - бис-нетропсины и их аналоги.

структуры и проводящих свойств ДНК. Наличие

Вторая группа ингибиторов инициации реплика-

зонной структуры, поляронных состояний, элек-

ции вирусной ДНК включает соединения, кото-

тронных блоховских осцилляций, электронные и

рые связываются со структурой Холлидея в «от-

дырочные фазовые переходы, движение поляро-

крытой» форме и подавляют миграцию точки

на в полинуклеотидной цепочке в электрическом

кроссовера и АТФ-зависимый процессинг струк-

поле позволяют рассматривать ДНК как потен-

туры Холлидея.

циальное бионаноэлектронное устройство.

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

202

РИЗНИЧЕНКО и др.

В докладе Р.Г. Ефремова (Институт биоорга-

цины, а также для прикладных задач фото- и ла-

нической химии им. академиков М.М. Шемяки-

зерной терапии.

на и Ю.А. Овчинникова РАН) с интригующим

Современные методы фемтосекундной лазер-

названием «Путешествие в аномальные зоны

ной спектроскопии позволяют наблюдать сверх-

клетки с помощью вычислительной биофизики»

быстрые процессы взаимодействия света с первич-

обсуждались выявленные в процессе экспери-

ными энергопреобразующими структурами в фо-

ментального изучения и компьютерного модели-

тотосинтетической и зрительной системах. В

рования детали процессов в поровых доменах

докладе В.А. Надточенко с соавторами (ФИЦ хи-

клеточных мембран. Гетерогенное распределение

мической физики им. Н.Н. Семенова РАН, Ин-

плотности и неброуновская диффузия воды и ли-

ститут физико-химической биологии им. А.Н. Бе-

пидов в таких доменах приводит к тому, что сто-

лозерского МГУ имени М.В. Ломоносова, Инсти-

хастические процессы атомарного масштаба спо-

тут биохимической физики им. Н.М. Эмануэля

собны вызвать макроскопические процессы - от-

РАН, Москва) «Фемтосекундная спектроскопия

крывание и закрывание канала.

сверхбыстрых первичных реакций в биологиче-

ских системах: фотосистема 1 и ретинальсодержа-

Показательно, что наряду с фундаментальны-

ми результатами все представленные в докладах

щие белки» сообщалось о современных достиже-

компьютерные модели дают возможность также

ниях фемтосекундной лазерной спектроскопии в

исследовании двух сверхбыстрых биологических

предвидеть пути практического применения мо-

процессах - в процессе первичного разделения за-

делируемых процессов в создании новых нанома-

рядов в фотосистеме 1 природного фотосинтеза и в

териалов и устройств с необычными свойствами.

процессе первичных стадий изомеризации ретина-

Секция

«Биофизика одиночных молекул.

ля в родопсине. Был дан сравнительный анализ

Нанобиотехнологии» продемонстрировала рабо-

данных о первичных стадиях изомеризации рети-

ты, представляющие биофизические исследова-

наля в зрительном родопсине, бактериородопсине

ния, направленные на использование фундамен-

и Na⁺-родопсине. Обсуждались особенности экс-

тальных знаний молекулярной биофизики для

периментов фемтосекундной лазерной спектро-

практического применения в биотехнологиии и

скопии и проблема интерпретации эксперимен-

медицине. На секции обсуждались вопросы ад-

тальных данных.

ресной доставки лекарств и генетического мате-

риала в клетки, изучения характера воздействия

излучений с биологическими структурами на

МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА

атомном уровне, нанотехнологии для изучения

каталитических центров металлоферментов, ме-

Пример биофизического подхода к изучению

ханизмов внутри- и межмолекулярного переноса

свойств одиночных молекул и их роли в организ-

электрона, структурной организации и функцио-

ме животных и человека дал пленарный доклад

нирования наноструктур. Также обсуждались

А.Ф. Ванина (ФИЦ химической физики им.

(как в фундаментальном, так и в прикладном ас-

Н.Н. Семёнова РАН, Институт регенеративной

пекте) перспективы создания гибридных нано-

медицины Первого Московского государствен-

размерных биоэнергетических и биосенсорных

ного медицинского университета имени

устройств. Фотосинтетический реакционный

И.М. Сеченова Министерства здравоохранения

центр является природным наноструктурным об-

РФ, Москва) под названием «NO сегодня в био-

разованием. Именно специфика протекания фо-

физике и биомедицине». Фундаментальные био-

тофизических и фотохимических процессов в на-

физические исследования позволили не только

норазмерных структурах объясняет уникальные

установить роль молекулы монооксида азота в ре-

энергопреобразующие свойства фотосинтетиче-

гулировании разнообразных биохимических и

ских реакционных центров. Гибридные устрой-

физиологических процессов, но и на основе ком-

ства типа «реакционный центр - нанотрубка»

плексов молекул оксида азота с тиолсодержащи-

или «молекулярный провод - электрод - внеш-

ми лигандами создать лекарственные препараты,

няя электрическая цепь» могут стать прообразом

способные оказывать дозозависимое гипотензив-

биоэлектрических генераторов энергии.

ное действие на человека, длящееся несколько

часов при одноразовом введении препарата. Та-

В пленарном докладе А.А. Красновского (Ин-

кого же рода препараты способны резко ускорять

ститут биохимии им. А.Н. Баха) рассматривалась

заживление кожных ран, подавлять агрегацию

фотоника и биофотоника синглетного молеку-

тромбоцитов (тромбообразование), повышать

лярного кислорода, определяющего фотодина-

эластичность эритроцитов и тем самым улучшать

мическое действие красителей. В настоящее вре-

микроциркуляцию. Наконец, они могут полно-

мя представления биофотоники О₂ служат

стью подавлять развитие незлокачественных эн-

основой для понимания широкого круга фунда-

дометриоидных опухолей у животных с экспери-

ментальных проблем фотобиологии и фотомеди-

ментальным эндометриозом и даже подавлять

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

VI СЪЕЗД БИОФИЗИКОВ РОССИИ

203

развитие перевивных злокачественных опухолей,

Теоретическое осмысление, математическое и

производных рака простаты человека.

компьютерное моделирование конкретных про-

цессов в живой клетке в сопоставлении с экспе-

В пленарном докладе Е.В. Загайновой (При-

риментальными данными служат основой фор-

волжский исследовательский медицинский уни-

мирования теоретических основ биофизики, что

верситет, Нижний Новгород) «Оптическая коге-

и было отражено в секционных докладах и дис-

рентная томография для диагностики структуры,

куссиях. Это относится к докладам на секциях по

микроциркуляции и эластических свойств тка-

изучению структуры биологических мембран,

ней человека» было рассказано о разработанном

транспорта веществ через них и механизмов

и внедренном в медицинскую практику приборе

трансформации энергии (Ю.Н. Антоненко,

оптической когерентной томографии, позволяю-

Н.А. Браже, Ю.А. Ермаков, Е.Г. Холина,

щем увидеть края глиальной опухоли, когда не-

Л.А. Ягужинский); на секции по фотобиологии и

равномерный характер роста опухоли создает

первичным процессам фотосинтеза (Н.Е. Беляе-

трудности в поиске истинных краев с нормальной

ва, В.Л. Евстигнеев, И.Б. Коваленко, Т.Ю. Плюс-

тканью мозга. Авторами были рассчитаны коэф-

нина, С.С. Хрущев, И.А. Ярошевич); на секции,

фициенты затухания и разностного затухания,

посвященной генерации и распространения

построены карты с цветовой кодировкой, кото-

нервного импульса и активности мозга (А.Р. Бра-

рые демонстрируют, как оптические коэффици-

же, М.А. Павловская, И.В. Сысоев, Е.А. Туров-

енты увеличивают контраст тканей, которые не-

ский).

обходимо отличить. Точность границы может

быть определена с точностью 40-50 мкм в реаль-

Большое число работ было посвящено явлени-

ям биологической подвижности, непосредствен-

ном времени, что может быть использовано для

но связанной с понятием биологического мотора.

интраоперационной диагностики чистого края

резекции при раке молочной железы. Этот метод

Биологические моторы - это, как правило, белки

позволяет также наблюдать за сосудами в опухоли

и белковые комплексы, генерирующие механиче-

ское усилие для осуществления движения клеток,

и нормальной ткани и контролировать ход

внутриклеточного транспорта и других биологи-

лечения.

ческих процессов. К биологическим моторам от-

Метод синхронного многоканального иссле-

носятся миозины, кинезины и динеины, обеспе-

дования в реальном времени организма человека

чивающие сокращение мышц, движение немы-

был представлен в пленарном докладе Б.Г. Вай-

шечных клеток, деление клеток, эндоцитоз,

нера (Институт физики полупроводников им.

экзоцитоз, а также процессы внутриклеточного

А.В. Ржанова СО РАН) «Синхронные многока-

транспорта органелл и макромолекул. Перечис-

нальные исследования организма человека, под-

ленные моторные белки перемещаются вдоль

верженного внешним интервентным воздействи-

компонентов цитоскелета - микрофиламентов

ям». Получаемые данные количественно отража-

(миозины) или микротрубочек (кинезины и ди-

ют циркуляцию в периферических сосудах,

неины). В качестве топлива они используют

динамику и нюансы легочного дыхания, кардио-

АТФ - универсальный энергетический субстрат

ритм и его вариабельность, особенности прохож-

клетки. Моторные белки регулируются клеточ-

дения пульсовой волны по лучевой артерии,

ными системами, осуществляющими их актива-

температуру ядра организма и др. Создан ориги-

цию, торможение и взаимодействие с перевози-

нальный автоматизированный аппаратно-про-

мыми грузами.

граммный измерительный комплекс с необходи-

Все процессы в клетке обеспечиваются энер-

мым вспомогательным оборудованием. Такой

гией, преобразование которой осуществляется в

комплекс является основой для изучения каче-

системах субстратного, фото- и окислительного

ственной и количественной взаимосвязи

фосфорилирования, поставляющих энергию, не-

синхронно полученных биосигналов и, следова-

обходимую для жизнедеятельности организмов.

тельно, открывает огромные возможности для

В секции «Биоэнергетика» наряду с системами

последующего биомедицинского и биофизиче-

фосфорилирования обсуждались процессы гене-

ского анализа.

рации мембранных форм энергии, а также их ис-

пользования для синтеза ATФ, аккумуляции хи-

мических веществ в клетках и органеллах, по-

БИОФИЗИКА КЛЕТКИ

движности бактерий, образования тепла в целях

терморегуляции. Несколько докладов были по-

К разделу «Биофизика клетки» относятся сек-

священы изучению путей практического приме-

ции «Биофизика клетки», «Мембранные процессы»,

нения биоэнергетики для отмены программы

«Биологическая подвижность», «Молекулярные мо-

старения организма.

торы», «Механизмы трансформации энергии. Био-

энергетика», «Нейродинамика и нейробиология»,

В пленарном докладе А.К. Цатуряна с соавто-

«Фотобиология. Биофотоника».

рами (НИИ механики МГУ имени М.В. Ломоно-

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

204

РИЗНИЧЕНКО и др.

сова, Москва, ФИЦ «Фундаментальные основы

где активен H⁺-насос плазмалеммы, и сильно

биотехнологий» РАН, Москва, Институт имму-

ослаблена в зонах с высокой проводимостью

нологии и физиологии УрО РАН, Екатеринбург)

плазматической мембраны для Н⁺ или ОН^- (в об-

«Биофизические аспекты регуляции сокращения

ласти наружных щелочных зон). Распростране-

поперечно-полосатых мышц» были представле-

ние волны флуоресценции хлорофилла в ответ на

ны новые результаты изучения взаимодействия

удаленное локальное освещение проявлялось

сократительных белков - актина и миозина, со-

также в течение одной-двух минут после выклю-

провождающегося гидролизом АТФ. В попереч-

чения фонового освещения. Результаты изучения

но-полосатых (скелетных и сердечной) мышцах

роли течения цитоплазмы и плазмодесм во внут-

актин и миозин формируют соответственно тон-

риклеточной и межклеточной метаболической

кие и толстые нити. Эти нити, в свою очередь, об-

сигнализации закладывают основы понимания

разуют гексагонально упакованную структурно-

механизмов сигнализации у растений, которые в

функциональную единицу мышцы - саркомер.

настоящее время крайне слабо изучены, между

Актин-миозиновое взаимодействие регулируется

тем могут стать основой для совершенно новых

ионами Са²⁺ при участии регуляторных белков:

технических решений.

тропонина и тропомиозина. Чтобы выяснить

Доклад В.А. Воденеева (кафедра биофизики

связь между структурными и функциональными

Нижегородского государственного университета

свойствами тропомиозина, авторами проведено

им. Н.И. Лобачевского) «Электрические сигналы

комплексное исследование, включающее получе-

растений: механизмы и функциональная роль»

ние рекомбинантных форм тропомиозина, ис-

был посвящен изучению распространения элек-

следование их термостабильности методом диф-

трических сигналов при действии локальных сти-

ференциальной сканирующей калориметрии, из-

мулов различной природы и интенсивности. Рас-

мерение сродства тропомиозина к актину и

пространение электрических сигналов вызывает

температурной стабильности актин-тропомиози-

функциональные изменения в нераздраженных

новых комплексов. Результаты этих исследова-

частях растения: изменения в экспрессии генов,

ний показали тесную связь между изгибной жест-

активности фотосинтеза, транспирации, дыха-

костью тропомиозина и актин-тропомиозиновых

ния, изменения содержания АТФ и др. Развитие

комплексов и функциональными характеристи-

функционального ответа, по-видимому, обуслов-

ками системы регуляции - максимальной скоро-

лено концентрационными сдвигами (в первую

стью движения нитей, кальциевой чувствитель-

ностью и кооперативностью. Полученные ре-

очередь Ca²⁺ и H⁺), сопровождающими генера-

зультаты проливают свет на особенности

цию электрических сигналов. Электрические

развития наследственных заболеваний миопатии

сигналы растений включают типичный для раз-

и кардиомиопатии и намечают путь для разработ-

личных живых организмов потенциал действия, а

ки методов борьбы с ними.

также специфичные электрические сигналы - ва-

риабельный потенциал и системный потенциал.

Биофизические методы позволили значитель-

Исторически раздельно существовавшие элек-

но продвинуться в изучении внутриклеточных

трическая, химическая и гидравлическая гипоте-

процессов и межклеточных взаимодействий в

зы распространения потенциалов в растении се-

растительных организмах. В докладе А.А. Булы-

годня сменяются представлениями о комплекс-

чева с соавторами (кафедра биофизики биологи-

ном характере этого типа сигнала. Изучение

ческого факультета МГУ имени М.В. Ломоносо-

сигнальной системы растений в сравнении с рас-

ва) «Дальний транспорт и межклеточный перенос

пространением потенциала в нервных волокнах

фотометаболитов у харовой водоросли» рассмот-

позволяет выявить фундаментальные механизмы

рен межклеточный транспорт у растений, кото-

распространения сигналов в живых системах.

рый играет крайне важную роль, обеспечивая до-

ставку ассимилятов к растущим клеткам и пере-

Мезенхимальные стволовые клетки занимают

дачу сигнальных веществ. В многоклеточной

одно из центральных мест в области клеточной

системе транспорт включает две стадии: внутри-

биологии, клеточной биофизики и регенератив-

клеточный перенос в цитоплазме и межклеточное

ной медицины благодаря их чрезвычайно высо-

движение через плазмодесмы - цитоплазматиче-

кой биологической и терапевтической активно-

ские тяжи, соединяющие клетки по узким отвер-

сти, возможности размножения данных клеток

стиям в клеточных стенках. Данный коллектив

in vitro и использования затем накопленной кле-

авторов изучает клетки междоузлий водоросли

точной биомассы в клинической практике для ле-

Chara, используя микроскопию модулированной

чения разнообразных заболеваний. В докладе

флуоресценции хлорофилла в сочетании с ло-

И.Д. Волотовского (Институт биофизики и кле-

кальным освещением клетки в стороне от места

точной инженерии НАН Беларуси, Минск) «Ме-

измерения. Показано, что метаболическая сигна-

зенхимальные стволовые клетки. от биофизиче-

лизация между пространственно разобщенными

ских механизмов функционирования до исполь-

хлоропластами ярко выражена в участках клетки,

зования в регенеративной медицине для лечения

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

VI СЪЕЗД БИОФИЗИКОВ РОССИИ

205

заболеваний» рассматривались ключевые крите-

разработаны и широко используются флуоримет-

рии жизнеспособности мезенхимальных стволо-

рические методы оценки состояния фотосинте-

вых клеток в культуре и биофизические механиз-

тического аппарата фитопланктона. Созданы

мы, обеспечивающие их активное состояние, к

приборы, позволяющие проводить измерения в

которым относятся поддержание высокой проли-

пробах воды, в непрерывном потоке воды и зон-

феративной активности, способности продуци-

дировать толщу воды до глубины 200 м. Разрабо-

ровать широкий набор биологически активных

таны лидары (лазерные дистанционные флуоро-

соединений, благодаря которым клетки оказыва-

метры) для определения состояния фитопланкто-

ют противовоспалительное, иммуномодулирую-

на при сканировании поверхностных вод с

щее, ангиогенное и др. действия, а также диффе-

береговых вышек и с судов по их ходу. Эти методы

ренцироваться в соматические клетки по не-

позволяют с высокой точностью в режиме реаль-

скольким направлениям. При Институте

ного времена проводить детальные обследования

биофизики и клеточной инженерии НАН Белару-

акватории. На обширных акваториях информа-

си создан Республиканский научно-медицин-

ция об обилии фитопланктона может быть полу-

ский центр «Клеточные технологии», в котором

чено со спутников из космоса. Определять пер-

разработаны и внедрены в практику клеточные

вичную продукцию в море можно комплексом

технологии лечения трофических язв нижних ко-

спектральных методов по спектрам подводной

нечностей с использованием мезенхимальных

облученности и параметрам флуоресценции хло-

стволовых клеток и их смеси с фибробластами, а

рофилла. Измеряемая при этом эффективность

также пародонтитов легкой формы; завершаются

утилизации квантов света в процессах фотосин-

проекты по разработке клеточных технологий ле-

теза позволяет прогнозировать возможные изме-

чения дегенеративных заболеваний роговицы

нения первичной продукции фитопланктонного

глаза, ожогов и возрастных изменений кожных

сообщества в краткосрочной перспективе.

покровов.

Роль математического моделирования в реше-

В докладе В.П. Зинченко с соавторами (Ин-

нии проблем экологического мониторинга про-

ститут биофизики клетки ФИЦ ПНЦБИ РАН,

демонстрировал доклад А.Б. Медвинского (Ин-

Пущино; Казахский национальный университет

ститут теоретической и экспериментальной био-

им. Aль-Фараби, Алматы, Казахстан) «Кодирова-

физики РАН, Пущино) «Нелинейный анализ

ние электрической активности нейронов импуль-

временных рядов и гибридные математические

сами медленной деполяризации in vitro» рассмат-

модели, непосредственно включающие данные

ривалась спонтанная синхронная активность

мониторинга экосистем, как путь за пределы ре-

нейронов мозга, которая наблюдается в развива-

дукционизма». Предложен подход, предполагаю-

ющейся центральной нервной системе в различ-

щий прямое включение данных мониторинга

ных разделах мозга и сопровождается пачечной

природных экосистем в математические модели

популяционной динамики, с целью численного

активностью и синхронными импульсами Са²⁺. В

анализа влияния среды обитания на процессы,

работе с помощью целого ряда эксперименталь-

ных методов исследованы закономерности изме-

которые существенно влияют на наблюдаемые

нений частоты и амплитуды потенциалов дей-

изменения популяционного обилия. Этот подход

может быть реализован даже в тех случаях, когда

ствия в зависимости от параметров Ca²⁺-импуль-

характеристики природных процессов непосред-

са медленной деполяризации в нейронах

ственно в ходе мониторинга не измеряются. В ка-

гиппокампа в культуре. Индивидуальная форма

честве примера даются численные оценки кросс-

Са²⁺-импульса нейронов, отражающая индиви-

корреляционной энтропии Шеннона как харак-

дуальные различия в экспрессии белков Са²⁺-

теристики сопряженности колебаний скорости

транспортирующих систем, представляет широ-

пополнения популяций фитопланктона Наро-

кие возможности для кодирования электриче-

чанских озер с вариациями экзогенных факторов:

ской активности нейронов и реализации преиму-

температуры воды и концентрации растворенных

щественных путей передачи определенной ин-

в воде биогенов.

формации.

Традиционно на Съезде активно обсуждались

В докладе С.И. Погосяна (Биологический фа-

вопросы воздействия физико-химических факто-

культет МГУ имени М.В. Ломоносова) «Биофи-

ров на биологические системы. Секция под таким

зические методы в экологических исследовани-

названием была посвящена вопросам изучения и

ях» рассматриваются современные биофизиче-

применения эффектов взаимодействия с биоло-

ские методы экологического мониторинга

гическими тканями животного и растительного

пресных и морских вод. Объектом, отражающим

мира электромагнитных излучений, физических

состояние водной среды, служит фитопланктон.

полей и фотонов в широком диапазоне длин

Обилие фитопланктона и показатели его продук-

волн. Электромагнитное излучение уникально не

ции являются основными в оценке экологиче-

только тем, что дает возможность зрительно на-

ского состояния акваторий. В настоящее время

блюдать процессы, протекающие в живых систе-

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

206

РИЗНИЧЕНКО и др.

мах на клеточном и молекулярном уровнях, но

кровотока в аномально суженных - стенозиро-

еще и тем, что позволяет воздействовать на них

ванных артериях. Стенозированные участки ар-

без разрушения их структуры. Эти вопросы

терий выступают в качестве «очагов объемной ак-

обсуждались в пленарном докладе Л.Н. Галль

тивации» тромбоцитов в кровотоке. Местополо-

(Институт аналитического приборостроения

жение таких участков артерий в системе

РАН, Санкт-Петербург) «Физические процессы

кровообращения человека удается установить ан-

при взаимодействии слабых электромагнитных

гиографическими методами, а также методами

полей с живой клеткой. эксперименты и теория»

магнитно-резонансной или ультразвуковой диа-

и вызвали большой интерес и оживленную дис-

гностики. В докладе демонстрируется, как полу-

куссию.

ченные в ходе исследования механизмов гидро-

динамической активации тромбоцитов законо-

Самой многочисленной секцией Съезда была

мерности могут быть использованы для оценки

секция «Медицинская биофизика», ориентиро-

персонализированных рисков внутрисосудистого

ванная на обсуждение примеров успешного ис-

тромбообразования и фибринолиза.

пользования в медицине результатов фундамен-

тальных исследований в области мембранных

В докладе Д.Ю. Нечипуренко «Влияние меха-

процессов, фотобиологии, биофизики клетки, а

нической активности тромбоцитов на структуру

также связанных с этим проблем. Выработанные

артериальных тромбов» (физический факультет

в процессе фундаментальных биофизических ис-

МГУ имени М.В. Ломоносова, Центр теоретиче-

следований представления медицина использует

ских проблем физико-химической фармакологии

для познания на молекулярном уровне механиз-

РАН, Национальный медицинский исследова-

мов возникновения заболеваний, для ранней ди-

тельский центр детской гематологии, онкологии

агностики, для выработки способов воздействия

и иммунологии им. Дмитрия Рогачева, Москва)

на патологические процессы. Более того, в боль-

при помощи объединения подходов in vivo, in vitro

шинстве докладов, сделанных на других секциях,

и компьютерного моделирования было проде-

так или иначе обсуждалось и значение получен-

монстрировано, что в процессе сжатия тромбо-

ных результатов применительно к медицине и

цитарного агрегата происходит перераспределе-

биотехнологии.

ние клеток в составе тромба: слабо взаимодей-

ствующие с другими клетками умирающие

В пленарном докладе А.С. Соболева (биологи-

тромбоциты механически вытесняются на по-

ческий факультет МГУ имени М.В. Ломоносова,

верхность агрегата. Данное перераспределение

Институт биологии гена РАН, Москва) «Модуль-

приводит к дополнительной неоднородности

ная транспортная платформа - инструмент изби-

внешних слоев тромба, что может существенным

рательного воздействия на процессы в органеллах

образом влиять на динамику агрегата в условиях

живой клетки» был рассмотрен спектр возмож-

потока. Вместе с автором доклада на съезд прие-

ных применений модульных нанотранспортеров

хала группа студентов, аспирантов и молодых

для медицинских целей и в качестве инструмента

ученых, которые в своих сообщениях представи-

для исследования живой клетки путем избира-

ли широкий круг исследований, связанных с

тельного воздействия на процессы, протекающие

тромбообразованием.

в различных компартментах клетки. Модульные

нанотранспортеры представляют собой синтети-

В докладе Е.Е. Фесенко (мл.) с соавторами

ческие полипептиды, придающие клеточную

(Институт биофизики клетки ФИЦ ПНЦБИ

специфичность и высокую эффективность про-

РАН, Пущино) «Перспективы новых технологий

тивоопухолевым агентам. Принцип, положен-

консервации органов» обсуждалась проблема

ный в основу их дизайна, - использование есте-

консервации предназначенных для транспланта-

ственных процессов клеточного транспорта, бла-

ции органов и новые подходы к низкотемпера-

годаря чему они способны проникать в клетку-

турному замораживанию, суть которых заключает-

мишень, а затем в ее ядро. Различные варианты

ся в крайне медленном опускании температуры -

применения таких нанотранспортеров для разно-

от 0°С до минус 70°С. В результате морфология

образных целей и задач позволяют рассматривать

льда, который при этом образуется, носит щадя-

нанотранспортеры как платформу для доставки

щий для тканей характер. Эти разработки пока-

лекарств и иных биологически активных ве-

зывают важность изучения свойств воды, состав-

ществ, что позволяет, например, вмешиваться в

ляющей большую часть массы органической тка-

процессы репарации ДНК.

ни и всегда представляющей собой раствор,

содержащий ионы.

Доклад Г.Т. Гурия (Национальный медицин-

ский исследовательский центр гематологии Ми-

Изучению свойств воды были посвящены пле-

нистерства здравоохранения РФ, Москва)

нарные доклады А.В. Дроздова (Институт анали-

«Кинетические аспекты процессов свертывания

тического приборостроения Российской акаде-

крови и фибринолиза» был посвящен экспери-

мии наук, Санкт-Петербург) «Динамика межмо-

ментальным исследованиям и моделированию

лекулярных взаимодействий в воде» и

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

VI СЪЕЗД БИОФИЗИКОВ РОССИИ

207

В.И. Лобышева (Физический факультет МГУ

и искусственного интеллекта. К тому же это со-

имени М.В. Ломоносова, Москва) «Самооргани-

став и география участников и докладчиков кон-

зация и эволюция сильно разбавленных водных

ференции, в который, без преувеличения, входи-

растворов». В докладе В.И. Лобышева были пред-

ли именитые ученые-биофизики. Такое разнооб-

ставлены результаты исследования комплексных

разие участников и секций позволило за шесть

электрических характеристик: удельного сопро-

дней участия в конференции узнать много нового

тивления, емкости и электропроводности сильно

и познакомиться с интересными людьми из раз-

разбавленных растворов. Показано, что люми-

личных уголков нашей страны.

несцентные характеристики разбавленных вод-

Для меня как для молодого ученого очень цен-

ных растворов испытывают спонтанные долго-

но было получить комментарии и критические

временные переходные процессы, причем в на-

замечания по поводу моей работы от более опыт-

чальном, далеком от равновесия состоянии,

ных коллег, а также почерпнуть массу новых зна-

водный раствор оказывается весьма чувствитель-

ний и идей из других докладов, причем хочется

ным к слабым воздействиям электромагнитной

отметить высокий уровень содержания и подачи

природы в диапазоне частот 20 Гц - 10 МГц.

материалов именно молодыми учеными. Кроме

того, хочется отметить докладчиков, не побояв-

шихся вынести на общественное обозрение тео-

ОТКЛИКИ О СЪЕЗДЕ

рии и результаты экспериментов, не являющихся

Приведем некоторые отклики участников

«общепринятыми» (например, о влиянии элек-

Съезда.

тромагнитных полей на клетки или о свойствах

Рясик Иван Олегович, врач-невролог, нутрицио-

воды) - это всегда интересно, вызывает оживлен-

лог, гомеопат, член Национальной ассоциации кли-

ную реакцию и обсуждение, и полезно с точки

нического питания, Председатель Кировского реги-

зрения проверки существующей парадигмы на

онального отделения Общероссийского обще-

устойчивость.

ственного движения

«За сбережение народа»,

Существенным, на мой взгляд, недостатком

Федеральный лектор Общества «Знание» России:

явилось то, что ввиду насыщенности программы

“Хотелось выразить большую признательность за

мероприятия и жесткого регламента в зале засе-

организацию VI съезда биофизиков и отдельно

даний практически не завязывались научные

поблагодарить за серьезный научный уровень и

дискуссии. Выражаю благодарность организато-

широту тем секции «Структура и динамика нук-

рам за возможность участия в конференции и с

леиновых кислот и их комплексов». Для медико-

нетерпением буду ждать VII съезда”.

генетических исследований и практического

Но общем обсуждении итогов съезда прозву-

здравоохранения доклады на секции важны с точ-

чали слова о том, что биофизика в России жива,

ки зрения формирования прогностического, пре-

более того, она переживает расцвет благодаря то-

вентивного и персонифицированного подхода к

му, что ученые старшего поколения смогли пере-

человеку, а также разработки мероприятий эпи-

дать свои знания молодежи.

генетической коррекции, медикаментозных и

нутрицевтических вмешательств в метаболом у

пациентов с учетом аллельного полиморфизма в

ПЕРСПЕКТИВЫ БИОФИЗИКИ -

их геноме. Большое спасибо Юрию Нечипуренко

В ГОРИЗОНТЕ ДО СЛЕДУЮЩЕГО СЪЕЗДА.

за рассказ об исследованиях, открывающих при-

чины специфической фрагментации геномной

По прошествии года после проведения съезда

ДНК при подготовке образцов для секвенирова-

проясняются перспективные темы дальнейших

ния и имеющие прямое отношения к вопросам

фундаментальных (теоретических и эксперимен-

канцерогенеза. Идеи, полученные в результате

тальных) и прикладных исследований. Встречи

участия в работе съезда и секции «Структура и ди-

на Съезде и публикация тезисов докладов Съезда

намика нуклеиновых кислот и их комплексов»,

привела к инициации целого ряда новых работ. В

будут использованы при работе с пациентами,

качестве примера можно привести продолжение

полезны для учебной и научно-исследователь-

работ по связи механохимического расщепления

ской работы в Кировском государственном меди-

ДНК и эпигенетики; в результате интереса к ра-

цинском университете и опорном университете

ботам по расщеплению ДНК ультразвуком по-

(Вятский государственный университет)”.

явилось несколько новых работ с оригинальной

концепцией, что повышенная вероятность рас-

Ирина Панина (научный сотрудник ИБХ РАН):

щепления ДНК обусловлена образованием нека-

“Для меня это было второе участие в Съезде био-

нонических пар оснований ДНК.

физиков России, и, как и в прошлый раз, очень

впечатляет масштабность мероприятия. Прежде

Одна из важных проблем состоит в выяснении

всего, это обширный тематический охват про-

фундаментальных физико-химических механиз-

граммы: от строения биомакромолекул и нано-

мов, определяющих взаимодействия структурных

технологий, до биомеханики, проблем экологии

элементов и лежащих в основе поведения целост-

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

208

РИЗНИЧЕНКО и др.

ной биологической системы. На этом пути назрел

БЛАГОДАРНОСТИ

переход от молекулярной динамики отдельных

От имени участников Съезда авторы благода-

молекул к моделированию взаимодействия мак-

рят членов Оргкомитета Съезда и его зам. предсе-

ромолекул на клеточном уровне. Кроме того, раз-

дателя А.В. Дроздова, членов Программного ко-

витие теории процессов преобразования энергии

митета и его зам. председателя Н.Г. Есипову, а

в клетке и организме требует разработки новых

также руководителей секций за их организацион-

теоретических представлений.

ные усилия по подготовке и проведению Съезда.

Отдельная благодарность локальному Оргкоми-

Съезд еще раз подтвердил, что достижения

тету, его председателю ректору Кубанского госу-

фундаментальной науки служат основой для ре-

дарственного университета М.Г. Барышеву, заме-

шения прикладных задач. Для решения практи-

стителю председателя С.С Джимаку и ученому

ческих вопросов медицины, экологии и биотех-

секретарю А.А. Елкиной.

нологии общесистемный подход и широкий арсе-

нал биофизических методов уже сейчас широко

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

используется. Сюда относится системный взгляд

на механизмы развития болезней, диагностику и

Работа выполнена при финансовой поддержке

лечение, персонализированная медицина, мето-

Российского фонда фундаментальных исследова-

ды непрерывного мониторинга биотехнологиче-

ний (грант № 19-04-20089).

ских процессов и ранней диагностики неблагопо-

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

лучного состояния экологической среды.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

В самых разных областях науки сейчас работают

интересов.

биофизики - от фундаментальной медицины до

экологии. Они разговаривают на одном языке -

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

языке описания фундаментальных механизмов,

Настоящая работа не содержит описания ис-

лежащих в основе биологических процессов. В

следований с использованием людей и животных

этом заключается сила биофизического подхода -

в качестве объектов.

мы являемся не только учеными, работающими в

самых разных областях, но по сути - своего рода

«переводчиками», медиаторами, посредниками,

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

объединяющими специалистов самого разного

1. Сборник научных трудов VI съезда биофизиков Рос-

профиля. Роль биофизики на этом пути с развити-

сии, в 2-х томах (Издательско-полиграфическое

ем науки будет только возрастать, что налагает на

объединение

«Плехановец», Краснодар,

2019).

биофизиков большую ответственность.

DOI: 10.31429/SbR6.2019.001

VI Congress of Biophysicists of Russia

G.Yu. Riznichenko*, A.A. Anashkina**, Yu.D. Nechipurenko**, and A.B. Rubin*

*Lomonosov Moscow State University, Leninskie Gory 1/12, Moscow, 119991 Russia

**Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences, ul. Vavilova 32, Moscow, 119991 Russia

This paper presents a survey of problems in modern biophysics that have been discussed during the VIth Con-

gress of Biophysicists of Russia held in Sochi, September 2019 (http://conf-2019.biophys.ru). Plenary, sec-

tional and poster sessions have been used to report the results of fundamental and applied studies covering the

areas of biophysics of single biomacromolecules and molecular complexes, membrane biophysics, cell bio-

physics, and bionanotechnology. Much attention has been paid to the application of the information tech-

nologies, mathematical and computer modeling and bioinformatics methods as necessary research tools at

all levels of organization of living systems, from biomacromolecules to biogeocenoses, as well as to new ex-

perimental methods of biophysical research. Along with the fundamental problems of studying the physical

mechanisms of regulation of biological processes at the molecular, subcellular and cellular levels, issues con-

cerning the application of the results of biophysical research in medicine and ecology have been widely dis-

cussed. The Organizing Committee has decided to hold the next Congress of Biophysicists of Russia in 2023.

Keywords: VI Congress of Biophysicists of Russia, molecular biophysics, medical biophysics, biophysics of complex

systems, ecological biophysics, Sirius Educational Center

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021