Проекты

Краткое описание

Редкие виды животных играют уникальную роль в экосистемах, поддерживая баланс и стабильность природных сообществ. Их утрата может привести к необратимым изменениям в экосистеме, нарушению пищевых цепей и утрате важных экологических функций. Исчезновение одного вида может вызвать каскадные эффекты в экосистеме, приводя к ухудшению условий жизни других видов и деградации целых экосистем.
Выбор Каспийского моря в качестве района исследований обусловлен высоким уровнем риска выброса токсичных веществ вследствие действия природных и техногенных факторов, сопровождающихся массовой гибелью биоресурсов. Например, по данным РИА Новости 3 и 4 декабря 2022 года количество погибших тюленей на побережье Каспийского моря в Дагестане достигло 1700. Массовая гибель тюленей на Каспии также происходила в ноябре 2020 года, тогда скончались свыше 300 животных, а в мае 2021 года на берегу обнаружили примерно 150 трупов краснокнижных тюленей. Ранее специалисты уже фиксировали подобные случаи в 2012 и 2016 году. Наиболее вероятно, тюлени погибли из-за выброса природного газа — для бассейна Каспийского моря характерны различные нефтяные и газовые проявления. Компоненты природного газа могут вызывать гипоксию вследствие снижения количества кислорода во вдыхаемом воздухе, а также угнетение центральной нервной системы, в том числе паралич респираторного центра (www.stav.kp.ru/daily/27479.5/4687301/; www.ria.ru).
Исследование в первую очередь направлено на защиту биоразнообразия от разливов газового конденсата, свойства которого определяют тяжесть последствий аварийных ситуаций. С одной стороны, наличие в составе газового конденсата бензиновых и керосиновых фракций приводит к формированию пленочного нефтяного загрязнения, оказывающего негативное воздействие на основные компоненты природной среды, для ограничения которого требуется применение боновых заграждений, нефтесборщиков, сорбентов и диспергентов. С другой стороны, присутствие в составе газового конденсата высокотоксичных веществ, например, сероводорода, может привести к тяжелым поражениям персонала, спасателей, населения и биологических ресурсов, что определяет необходимость создания специальных защитных мероприятий с применением антидотов.
Мы предлагаем разработать специальный комплекс математического и алгоритмического обеспечения, использующий передовые компьютерные технологии и методы искусственного интеллекта, включающий базы данных, чтобы обеспечить процесс поиска и блокирования активных центров токсического воздействия на поверхности клеточной мембраны живых организмов.
Теоретические исследования, направленные на поиск и блокирование активных центров клеточной мембраны при воздействии на нее токсическим веществом должны сопровождаться детальным описанием основных свойств и процессов, протекающих в них на уровне атомов. Это позволит ставить и исследовать задачи нахождения широкого круга антидотов для различных токсикантов, обеспечения подбора эффективных сорбентов для очистки окружающей среды от токсического воздействия и многие другие. Такого рода экспериментальные исследования являются крайне сложными и затратными, поскольку требуют дорогостоящее специализированное оборудование и особые реагенты. Помимо этого, они часто невозможны из-за этических ограничений: эксперименты на живых организмах во многих странах строго регулируются законодательством.
Изучение этой области поиска антидотов к токсическому воздействию осложняется необходимостью учитывать сложные процессы межмолекулярных взаимодействий, такие как формирование водородных связей и молекулярная диффузия. Дополнительные трудности создает многокомпонентный состав клеточной мембраны, а также различная чувствительность отдельных типов её компонентов к действию токсикантов. Концентрация некоторых ключевых компонентов может значительно варьироваться, хотя именно они играют ключевую роль, как в поддержании теплового баланса, так и в формировании межмолекулярных взаимодействий.
Учёт всех этих процессов существенно усложняется тем, что существующие квантово-химические программные продукты ориентированы на вычисления равновесных сил и других молекулярных характеристик внутри одной молекулярной структуры, что приводит к необходимости разрабатывать новые методы, включающие эти особенности.
Одной из важнейших задач остаётся обнаружение активных центров взаимодействия молекул. Если ранее понятие активного центра связывалось с химическими группами, определяющими специфику действия молекул, то теперь под активным центром мы понимаем атомы, участвующие в формировании межмолекулярных водородных связей.
Таким образом, возникает важная задача — разработка математических моделей и методов для выявления и блокировки активных центров межмолекулярного взаимодействия на поверхности клеточной мембраны.