Конкурс «Био/Мол/Текст»-2024/2025

Эта работа опубликована в номинации «Наглядно о ненаглядном» конкурса «Био/Мол/Текст»-2024/2025.

Генеральный партнер конкурса — международная инновационная биотехнологическая компания BIOCAD.

---

«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»

Биофизика — захватывающая и манящая область естествознания. Насколько она многогранна, настолько же интересны люди, которые ей занимаются.

Мы надеемся, что этот фильм поможет вам разделить нашу страсть к этой науке. Ученые кафедры расскажут о своих областях исследования, о личном опыте и о том, что именно кафедра биофизики стремится дать молодому поколению специалистов.

Автором фильма является аспирантка кафедры биофизики биологического факультета МГУ, Бобылева Анна Витальевна.

О кафедре

Кафедра биофизики биологического факультета МГУ была основана в 1953 году, когда само понятие «биофизика» еще только начинало формироваться в научном мире. Позднее кафедра биофизики оказала помощь в становлении одноименной кафедры на физическом факультете МГУ и в других вузах, стала родителем биоинженерного направления.

Все ученые-биофизики, вышедшие с разных факультетов, образуют мощное сообщество, в котором идеи и знания постоянно передаются от одного к другому. Однако если вы хотите вырасти прежде всего биологом, который знает и понимает, как использовать математический и физический инструментарий, то вам самое место на кафедре биофизики биологического факультета.

Руководит кафедрой Андрей Борисович Рубин. На кафедре работает более 100 сотрудников и аспирантов, в том числе 25 профессоров и докторов наук и более 40 кандидатов наук.

В фильме снимались…

Многие уважаемые люди кафедры дали интервью, которые легли в основу данного фильма:

• Доктор биологических наук и заведующий кафедрой биофизики Рубин Андрей Борисович — академик РАН, заслуженный деятель науки Российской Федерации, лауреат премии имени К. А. Тимирязева. Андрей Борисович чутко руководит кафедрой уже на протяжении 48 лет. Все сотрудники отзываются о нем как о человеке, который на корню пресекает какие-либо интриги, стремясь создать атмосферу, в которой царит взаимопомощь и понимание как между сотрудниками, так и между обучающимися.
• Доктор физико-математических наук Ризниченко Галина Юрьевна — заслуженный профессор МГУ, председатель Межрегиональной общественной организации «Женщины в науке и образовании», главный редактор журнала «Компьютерные исследования и моделирование». Значительную часть своей жизни Галина Юрьевна посвящает общественной деятельности: проведению научно-образовательных конференций и других мероприятий, связанных с наукой и культурой. Она собирает вокруг себя талантливых и интеллигентных людей, которые делают очень многое для продвижения естествознания.
• Доктор биологических наук Погосян Сергей Иосифович — заслуженный профессор Московского университета. Сергей Иосифович является заядлым путешественником и романтиком. С научными миссиями он посетил все океаны нашей планеты, чтобы изучать важнейший процесс живой природы — фотосинтез. Он всегда с особым трепетом рассказывает студентам о морских растениях, давая понять, насколько эти крошечные организмы важны для экологии и нашей повседневной деятельности.
• Доктор биологических наук Максимов Георгий Владимирович — заслуженный профессор Московского университета, заведующий Лабораторией биофизики клетки, которая занимается изучением самых разнообразных клеточных процессов, начиная с простых на первый взгляд клеток крови, заканчивая сложными взаимодействиями между нейронами и астроцитами. Георгий Владимирович знает, что достоверную информацию об организме можно получить, только если проводить эксперименты в условиях in vivo, что является наиболее сложным и кропотливым занятием.
• Кандидат биологических наук Байжуманов Адиль Ануарович. Адиль Ануарович долгое время занимался радиобиологией, изучая, как защитить организм от губительного воздействия радиации. Со временем его интересы перешли в русло биофизики клетки, и теперь он изучает антиоксидантную активность, что еще раз раскрывает в нем героя, стремящегося спасти все живое от вредного воздействия внешних факторов. Помимо научной деятельности, Адиль Ануарович ведет на кафедре кураторскую деятельность, спасая студентов от вредного воздействия стрессовой обстановки нашего времени.
• Кандидат биологических наук Волгушева Алена Александровна. Алена Александровна, как и многие ученые нашей кафедры, неравнодушна к фотосинтезу. Она понимает, насколько чувствителен фотосинтетический аппарат растений к изменениям окружающей среды и насколько это важно для экологии. Помимо прочего, она участвует в работах по экологическому мониторингу озер, изучает воздействие металлов на водоросли. Она убеждена в том, что, изменив образ мышления, можно улучшить экологическую ситуацию в мире, поэтому ею восхищаются студенты из России и из-за рубежа, работающие в ее лаборатории.
• Кандидат биологических наук Конюхов Иван Владимирович. Иван Владимирович с детства увлекался конструированием разных машин, что сыграло большую роль в его карьере. Сейчас он занимается изобретением очень сложных приборов, предназначенных для изучения фотосинтетического аппарата растений. Он уже является соавтором нескольких патентов, например, на изобретение флуориметра и биосенсора на основе клеток микроводорослей для определения экотоксикантов в водных проточных системах. Также Иван Владимирович налаживает общественные связи с Институтом океанологии, что существенно расширяет сферу деятельности ученых-биофизиков.
• Кандидат физико-математических наук Федоров Владимир Андреевич. Владимир Андреевич является отличным программистом, что позволяет ему заниматься непростым ремеслом — моделированием молекулярной динамики. Чтобы учесть все взаимодействия атомов в сложной молекуле, необходимо обладать математическим складом ума. А чтобы суметь увидеть в сотнях уравнений биологическую красоту, нужно обладать естественно-научным мировоззрением. Все эти качества успешно сочетаются во Владимире Андреевиче, что делает его таким хорошим ученым и преподавателем.
• Кандидат биологических наук Паршина Евгения Юрьевна. Евгения Юрьевна — специалист по использованию сложного и очень дорогого оборудования нашей кафедры. Например, она может умело просканировать наноструктурную поверхность глаз насекомых с помощью атомно-силового микроскопа. Или же она может определить конфигурацию гемоглобина в эритроците с помощью микроскопии комбинационного рассеяния. Помимо этого, Евгения Юрьевна является руководителем Биофизического кружка для школьников: благодаря этой организации многие ученые кафедры биофизики имеют возможность поделиться своими знаниями с подрастающим поколением.
• Кандидат биологических наук Браже Надежда Александровна. Надежда Александровна ведет масштабную деятельность по изучению головного мозга. Она участвует во многих коллаборациях, работает в Институте биоорганической химии РАН, обучает большое количество студентов и аспирантов. Нейробиофизическое сообщество, чьей значимой частью является Надежда Александровна, сместило парадигму того, что нейроны являются основой мозга. На смену этому пришло понимание, что необходимо сфокусироваться на изучении «сопутствующих» клеток — астроцитов, которые в неменьшей степени участвуют в передаче нервного импульса.
• Кандидат биологических наук Браже Алексей Рудольфович. Алексей Рудольфович тоже является важным членом нейробиофизического круга ученых. Каждый эксперимент по изучению мозговой активности сопровождается получением огромного количества данных, которые необходимо обработать в кратчайшие сроки. Вот здесь и пригождаются навыки программирования, которыми безукоризненно владеет Алексей Рудольфович. Он умело очищает изображения от шумов, создает сложные модели кальциевой активности в астроцитах, обучает студентов и преподает курсы на английском языке.
• Кандидат биологических наук Лунева Оксана Георгиевна. Оксана Георгиевна является «хранителем» важнейшего кафедрального прибора — ЭПР-спектрометра. Это делает ее связующим звеном между различными лабораториями, которым необходимо провести измерения с использованием электронного парамагнитного резонанса. Она может обнаружить активные формы кислорода в пыльце хвойных растений или же вычислить влияние инсектицида клотианидина на фотосинтетическую электрон-транспортную цепь гороха, а также обучить этому студентов на Большом практикуме.

И это всего лишь 12 человек с Кафедры биофизики. Так как биофизика — смежная наука, она охватывает огромное поле научной деятельности, оперируя различными методами, применимыми к самым разным объектам.

Направления исследований, которые ведутся на кафедре

Экологическая биофизика

Здесь наши ученые погружены в мир одного из самых удивительных процессов на нашей планете — в мир фотосинтеза, а также в разработку новейших методов экологического мониторинга.

Физическая химия мембран и биофотоника

Это направление объединяет компетенции и экспериментальные возможности специалистов из различных областей — от квантовой химии и биохимии до синтетической биологии и биофизики для того, что разработать новые молекулярные инструменты, методы функциональной визуализации клеточных процессов и оптогенетических систем.

Молекулярное моделирование и теоретическая биофизика

Биофизики применяют широкий спектр методов компьютерного моделирования для решения различных биологических и медицинских задач, включая изучение метаболических и фотосинтетических процессов, а также исследования белок-белковых взаимодействий, механизмов действия противоопухолевых и антимикробных препаратов.

Медицинская биофизика и направленный транспорт лекарств

Здесь создаются новые эффективные и безопасные методы терапии таких заболеваний, как злокачественные новообразования, опасные вирусные инфекции и нарушения внутриклеточной регуляции.

Квантовая биология

Это одна из самых молодых областей современной биофизики, изучающая биологические процессы на наномасштабном уровне, на котором открываются абсолютно новые физические эффекты.

Нейробиофизика и редокс-биология

В этом направлении занимаются экспериментальными исследованиями и математическим моделированием сигнальных процессов, протекающих в нейронах, глии и сосудах головного мозга, разрабатывают новые оптические методы диагностики патологий головного мозга.

Список литературы

В последующем списке представлены некоторые высокоцитируемые статьи, авторами которых являются ученые кафедры биофизики, опубликованные за последние пять лет.

• Kostyuk A. I., Rapota D. D., MorozovaK. I., Fedotova A. A., Jappy D., Semyanov A. V., Belousov V. V., Brazhe N. A., Bilan D. S. (2024). Modern optical approaches in redox biology: Genetically encoded sensors and Raman spectroscopy. Free Radical Biology and Medicine. 217, 68–115;
• Likkei K., Moldenhauer M., Tavraz N. N., Maksimov E. G., Sluchanko N. N., Friedrich T. (2024). Lipid composition and properties affect protein-mediated carotenoid uptake efficiency from membranes. Biochimica et Biophysica Acta - Biomembranes. 1;
• Plyusnina T., Khruschev S., Degtereva N.., Voronova E., Volgusheva A., Riznichenko G., Rubin A. (2024). Three-state mathematical model for the assessment of DCMU-treated photosystem II heterogeneity. Photosynthesis Research, 159, 303–320;
• Mamchur A., Sharashkina N., Erema V., Kashtanova ., Ivanov M., Bruttan M., Zelenova E., Shelly E., Ostapenko V., Dzhumaniiazova I. (2024). Machine Learning-Based Decision-Making in Geriatrics: Aging Phenotype Calculator and Survival Prognosis. Aging and disease. 1;
• Fraikin G.Ya, Belenikina N.S., Rubin A.B. (2024). Photochemical Processes of Cell DNA Damage by UV Radiation of Various Wavelengths: Biological Consequences. Molecular Biology. 58, 33–21;
• Brazhe N. A., Nikelshparg E. I., Baizhumanov A. A., Grivennikova V. G., Semenova A. A., et al. (2023). SERS uncovers the link between conformation of cytochrome c heme and mitochondrial membrane potential. Free Radical Biology and Medicine. 196, 133–144;
• Christie I. N., Theparambil S. M., Braga A., Doronin M., Hosford P. S., Brazhe A., et al. (2023). Astrocytes produce nitric oxide via nitrite reduction in mitochondria to regulate cerebral blood flow during brain hypoxia. Cell Reports. 42;
• Popov A., Brazhe N., Morozova K., Yashin K., Bychkov M., et al. (2023). Mitochondrial malfunction and atrophy of astrocytes in the aged human cerebral cortex. Nature Communications. 14;
• Grigorev G., Lebedev A., Wang X., Qian X., Maksimov G., Lin L. (2023). Advances in Microfluidics for Single Red Blood Cell Analysis. Biosensors. 13, 117;
• Alova A., Bulychev A., Cherkashin A., Krupenina N., Shapiguzov S., Eremin A., von Rueling F., Rubin A. (2023). Long-distant transport as a photosynthesis regulation mechanism in characean algae. Biophysical Reviews. 15;
• Pirutin S., Jia S., Yusipovich A., Shank M., Parshina E.Yu, Rubin A. (2023). Vibrational Spectroscopy as a Tool for Bioanalytical and Biomonitoring Studies. International Journal of Molecular Sciences. 24, 6947;
• Qian K., Jiang X., Liu Z., Zhang J., Fu P., Su Y., Brazhe N., Liu D., Zhu L. (2023). Revisiting the critical roles of reactive astrocytes in neurodegeneration. Molecular Psychiatry. 28, 2697–2706;
• Brezgin S., Parodi A., Kostyusheva A., Ponomareva N., Lukashev A., Sokolova D., Pokrovsky V., Slatinskaya O., Maksimov G., Zamyatnin A., et al. (2023). Technological aspects of manufacturing and analytical control of biological nanoparticles. Biotechnology Advances. 64;
• Breygina M., Schekaleva O., Klimenko E., Luneva O. (2022). The Balance between Different ROS on Tobacco Stigma during Flowering and Its Role in Pollen Germination. Plants. 11, 993;
• Khruschev S.S., Plyusnina T.Yu, Antal T.K., Pogosyan S.I., Riznichenko G.Yu, Rubin A.B. (2022). Machine learning methods for assessing photosynthetic activity: environmental monitoring applications. Biophysical Reviews. 14, 821–842;
• Allakhverdiev E., Khabatova V., Kossalbayev B., Zadneprovskaya E., Rodnenkov O., Martynyuk T., Maksimov G., Alwasel S., Tomo T., Allakhverdiev S. (2022) Raman Spectroscopy and Its Modifications Applied to Biological and Medical Research. Cells. 11, 386;
• Popov A., Brazhe N., Fedotova A.A., Tiaglik A., Bychkov M.L., Morozova K., Brazhe A., Aronov D., Lyukmanova E., Lazareva N., et al. (2022). A high-fat diet changes astrocytic metabolism to promote synaptic plasticity and behavior. Acta Physiologica;
• Fedotova A., Kopcsányi T., Tibeykina M., Pryazhnikov E., Brazhe A., Khirug L., Semyanov A. (2021). Different parameters of spatiotemporal calcium activity in cortical astrocytes are linked to different phases of mouse running. Glia. 69;
• Popov A., Brazhe A., Denisov P., Sutyagina O., Li L., Lazareva N., Verkhratsky A., Semyanov A. (2021). Astrocyte dystrophy in ageing brain parallels impaired synaptic plasticity. Aging Cell. 20;
• Verisokin A., Verveyko D., Postnov D., Brazhe A. (2021). Modeling of Astrocyte Networks: Toward Realistic Topology and Dynamics. Frontiers in Cellular Neuroscience. 15;
• Yaroshevich I., Maksimov E., Sluchanko N., Zlenko D., Stepanov A., Slutskaya E., Slonimskiy Y., Botnarevskii V., Remeeva A., Gushchin I. (2021). Role of hydrogen bond alternation and charge transfer states in photoactivation of the Orange Carotenoid Protein. Communications Biology. 4, 539;
• Sharshov K., Solomatina M., Kurskaya O., Kovalenko I., Kholina E., Fedorov V., Meerovich G., Rubin A., Strakhovskaya M. (2021). The Photosensitizer Octakis(cholinyl)zinc Phthalocyanine with Ability to Bind to a Model Spike Protein Leads to a Loss of SARS-CoV-2 Infectivity In Vitro When Exposed to Far-Red LED. Viruses. 13, 643;
• Nephtali M., Christie I. N., Korsak A., Doronin M., Brazhe A., et al. (2021). Astrocytes monitor cerebral perfusion and control systemic circulation to maintain brain blood flow. Nature Communications. 11, 131;
• Verkhratsky A., Augusto-Oliveira M., Pivoriūnas A., Popov A., Brazhe A., Semyanov A. (2020). Astroglial asthenia and loss of function, rather than reactivity, contribute to the ageing of the brain. Pflugers Archiv European Journal of Physiology. 73, 753–774;
• Vaneev A., Gorelkin P., Garanina A., Lopatukhina H., Vodopyanov S., Alova A., Ryabaya O., Akasov R., Zhang Y., Novak P., et al. (2020). In Vitro and In Vivo Electrochemical Measurement of Reactive Oxygen Species After Treatment with Anticancer Drugs. Analytical Chemistry. 92, 8010–8014;
• Popov A., Denisov P., Bychkov M., Brazhe A., Lyukmanova E., Shenkarev Z., Lazareva N., Verkhratsky A., Semyanov A. (2020). Caloric restriction triggers morphofunctional remodeling of astrocytes and enhances synaptic plasticity in the mouse hippocampus. Cell death & disease. 11;
• Vlasov A., Maliar N., Bazhenov S., Nikelshparg E., Brazhe N., Vlasova A., Osipov S., Sudarev V., Ryzhykau Y., Bogorodskiy A., et al. (2020). Raman Scattering: From Structural Biology to Medical Applications. Crystals. 10;
• Nikolsky S., Zlenko D., Melnikov V., Stovbun S. (2019). The fibrils untwisting limits the rate of cellulose nitration process. Carbohydrate Polymers. 209, 232–237;
• Tugaeva K.V., Sluchanko N.N. (2019). Steroidogenetic acute regulatory protein: structure, functiong, and regulation. Biochemistry (Moscow). 84, 233–255;
• Solovchenko A.E., Ismagulova T.T., Lukyanov A.A., Vasilieva S.G., Konyukhov I.V., Pogosyan S.I., Lobakova E.S., Gorelova O.A. (2019). Luxury phosphorus uptake in microalgae. Journal of Applied Phycology. 31;
• Fedorov V., Orekhov P., Kholina E., Zhmurov A., Ataullakhanov F., Kovalenko I., Gudimchuk N. (2019). Mechanical properties of tubulin intra- and inter-dimer interfaces and their implications for microtubule dynamic instability. PLoS Computational Biology. 15;
• Solovchenko A., Khozin-Goldberg I., Selyakh I., Semenova L., Ismagulova T., Lukyanov A., Mamedov I., Vinogradova E., Karpova O., Konyukhov I., et al. (2019). Phosphorus starvation and luxury uptake in green microalgae revisited. Algal Research. 43;
• Akasov R., Sholina N., Khochenkov D., Alova A., Gorelkin P., Erofeev A., Generalova A., Khaydukov E. (2019). Photodynamic therapy of melanoma by blue-light photoactivation of flavin mononucleotide. Scientific reports. 9