От медицины до космических технологий: как молодые ученые продвигают науку

В Беларуси утвердили стратегию развития науки и технологий до 2040 года. Реализовывать этот план предстоит в том числе молодым ученым с их свежим взглядом и новыми идеями, способностью заложить фундамент для ярких научных открытий. С авторами значимых разработок в различных сферах белорусской науки побеседовала корреспондент БЕЛТА.

Обработка информации с космического спутника

Белорусские специалисты активно участвуют в исследованиях по космической тематике, разрабатывают оборудование, материалы и технологии для космических аппаратов. В своей работе они активно сотрудничают с зарубежными коллегами, в первую очередь с российскими учеными. Уже выполнено несколько союзных программ.

Первый Белорусский космический аппарат дистанционного зондирования Земли был успешно выведен на расчетную орбиту 22 июля 2012 года с космодрома Байконур в Казахстане в кластере из пяти космических аппаратов. В настоящее время он выполняет космическую съемку в интересах организаций, которые находятся в ведении министерств Беларуси, а также коммерческую съемку для зарубежных заказчиков. Разрабатывается и российско-белорусский космический аппарат. Поэтому эффективная обработка данных со спутников приобретает особое значение для развития космической отрасли в стране.

Научный сотрудник Объединенного института проблем информатики Национальной академии наук Беларуси Евгений Марушко участвовал в реализации союзной программы "Мониторинг-СГ". "С космического аппарата дистанционного зондирования Земли обычно поступает два вида информации: целевая (снимки) и телеметрическая (о состоянии спутника). Мы работали со вторым видом информации. Основной задачей было отследить состояние систем Белорусского космического аппарата по телеметрическим данным. Эти данные передаются по радиоканалу, в них зашифрованы значения датчиков различных модулей, блоков, подсистем. Необходимо было анализировать эту информацию в процессе работы спутника, описывать его состояние и давать прогноз на ближайшее время", - отметил он.

Специалисты разработали алгоритмы обучения ансамблей нейронных сетей для обработки телеметрической информации с БКА. "Нейронные сети - это математические модели для идентификации и прогнозирования. Эти модели обучаются по подготовленным входным данным для решения конкретных задач. Ансамбль - это набор таких моделей, которые обучаются независимо друг от друга. Их решения объединяются в одно конечное решение. Такой подход позволяет повысить точность как идентификации текущего состояния спутника, так и прогнозирования. Также мы дополнительно включили в алгоритм возможность дообучения, потому что в процессе эксплуатации какие-то параметры могут меняться. Так что во время работы программного комплекса наши модели могут перестраиваться или расширяться", - пояснил ученый.

Контроль качества покрытий деталей для ракетных двигателей

Космическая техника требует особого внимания к контролю качества. Ее надежность должна быть гарантирована. Белорусские ученые тоже не остаются в стороне от этой работы. Например, в Институте тепло- и массообмена им. А.В Лыкова НАН проводятся испытания теплозащитных материалов для космических аппаратов. В работах по обеспечению контроля качества участвуют и другие белорусские научные учреждения.

Старший научный сотрудник Института прикладной физики НАН Егор Гнутенко занимался разработкой толщиномеров - приборов для неразрушающего контроля толщин функциональных и теплозащитных толстослойных никелевых, хромовых и металлокерамических покрытий деталей для ракетных двигателей. "У этих покрытий есть своя специфика - и по толщине, и по составу. Стоимость изделий для ракетно-космической отрасли очень высока, и отношение к контролю там особенное. Качество должно стоять на первом месте. Если что-то пойдет не так, исправить это будет невозможно. Выход из строя одной детали приводит к выходу из строя всего ракетного двигателя. Поэтому, чтобы не было внештатных ситуаций, все должно быть тщательно проконтролировано на этапе производства. Мы занимались исследованиями, так как на рынке ввиду специфики этих покрытий и сложной формы изделий не существовало такого прибора, который бы мог измерять их толщину и проводить контроль качества", - отметил он.

ДНК-диагностика заболеваний

Медицинская генетика активно развивается в Беларуси. В Республиканском центре геномных биотехнологий Института генетики и цитологии НАН тестируют на предрасположенность к широко распространенным и опасным болезням, в том числе к сердечно-сосудистым (инфаркт миокарда, инсульт, тромбоэмболия, венозный тромбоз), эндокринным, в частности к диабету, костно-мышечным заболеваниям, включая остеопороз, метаболическому синдрому. Эти болезни зависят не только от генов, но и от образа жизни. Когда определена склонность к заболеванию, можно обеспечить необходимую профилактику.

Молодые ученые-генетики активно подключаются к этой работе. Старший научный сотрудник Института генетики и цитологии НАН Лариса Сивицкая работала над выявлением генетических маркеров предрасположенности к наследственному гемохроматозу, некоронарогенным заболеваниям сердца (кардиомиопатии, фиброзу сердца), а также дефициту альфа-1-антитрипсина.

Наследственный гемохроматоз - заболевание, связанное с нарушением обмена железа и накоплением его в тканях и органах. Он проявляется прежде всего в проблемах с печенью. "В 98% случаев эту болезнь вызывают две наиболее частые мутации в гене HFE. Мы изучили их распространение у населения Беларуси, установили, что они встречаются нередко - почти у 12% населения. Но тем не менее в нашей стране нет большого числа пациентов с диагнозом "наследственный гемохроматоз". Значит, проявляемость этих мутаций не так высока. Однако они все же могут внести свой вклад в структуру заболеваемости", - рассказала Лариса Сивицкая. Сейчас в Республиканском центре геномных биотехнологий оказывают услугу по определению предрасположенности к наследственному гемохроматозу.

Некоронарогенные заболевания сердца связаны с изменениями в его мышечной ткани и часто имеют генетическую природу. "От того, знаем ли мы причину развития этой патологии, зависит многое в лечении. Мутации в некоторых генах могут приводить к критичным изменениям в сердце: нарушению проводимости и внезапной остановке сердца, появлению признаков фиброза и так далее. При определении мутаций у пациентов мы можем сделать прогноз течения патологии, определить необходимость имплантации кардиогаджета или трансплантации сердца. Эти исследования еще продолжаются. Они проводятся совместно с РНПЦ "Кардиология", и в будущем мы планируем внедрить технологию определения генетической причины кардиомиопатий в нашем центре. Она должна сократить поиск правильного лечения", - отметила старший научный сотрудник.

Альфа-1-антитрипсин - белковый фермент, который вырабатывается печенью и защищает клетки легких от разрушения. "Есть две формы этого дефицита - печеночная и легочная. Мы изучали, какой вклад мутации в этом ферменте вносят в структуру заболеваемости бронхиальной астмой и болезнями печени. Выяснили, что пациенты с этой мутацией в Беларуси встречаются крайне редко, причины развития таких заболеваний обычно другие. Поэтому на данный момент в нашем центре нет услуги по определению дефицита альфа-1-антитрипсина", - пояснила Лариса Сивицкая.

Молодые ученые также выявляли генетические маркеры предрасположенности к осложнениям при беременности (преэклампсии и эклампсии). "Мы стремились определить, при каких генетических маркерах во время беременности развиваются такие осложнения, как высокое артериальное давление, отечность, изменения в биохимических показателях крови и мочи и другие. Проводили корреляции генетических факторов с тяжелой и более легкой формой преэклампсии, при которой женщина может родить естественным путем. Должна сказать, что четких корреляций мы не обнаружили, подход должен быть индивидуальным. Большую роль играет общий генетический фон, образ жизни женщины, ее семейный анамнез", - добавила старший научный сотрудник.

Обработка данных в медицинских инфосистемах

Стандартом обмена медицинской информацией в диагностических исследованиях является DICOM. Он представляет собой совокупность текстовых данных и графической информации. С течением времени объемы данных увеличиваются, так как оборудование становится более точным и затраты на передачу и хранение таких файлов растут. "Алгоритмов сжатия информации сегодня довольно много. Целью исследований было определить наиболее эффективный алгоритм для тех или иных видов графической информации - цветной и черно-белой, видео, изображений. Был проведен ряд экспериментов и выбран оптимальный алгоритм для каждого из типов информации", - рассказал ведущий инженер-программист Объединенного института проблем информатики НАН Валерий Кириченко.

Это позволяет сократить время и затраты на передачу медицинских данных, уменьшить стоимость их хранения, своевременно получать полную информацию о пациенте и снизить вероятность ошибочной схемы лечения.

Ветеринарные препараты

Молодые ученые вносят свой вклад и в ветеринарию. Старший научный сотрудник Института экспериментальной ветеринарии имени С.Н.Вышелесского НАН Виктория Василькова работала над конструированием комплексных ветеринарных препаратов с антипаразитарными, иммуностимулирующими, антиоксидантными и гепатопротекторными свойствами. Они предназначены в первую очередь для крупного рогатого скота, но могут применяться и для свиней, овец. "Разработаны экологически чистые препараты, без срока ожидания по мясу и молоку. Иными словами, после применения препарата не нужно ждать, можно сразу получать молоко и мясо и сдавать на перерабатывающие предприятия. Это их основное преимущество", - подчеркнула она.

Разработанные препараты комплексные, в их состав входит несколько компонентов. "Раньше выпускали монокомпонентные препараты. Через некоторое время организм паразитов привыкал к ним, и они переставали действовать. А наши препараты не вызывают такого привыкания, потому более эффективны", - отметила Виктория Василькова. По ее словам, в институте готовится целая линейка современных ветеринарных препаратов. Некоторые из них уже поступили в производство.

Валерия ГАВРИЛОВА,

БЕЛТА.-0-