Уж послала так послала

В современном мире большинство исследований делаются вскладчину: времена ученых-одиночек прошли и большинство серьезных открытий невозможны без коллективного труда. У большинства научных статей сегодня не два и не три автора, часто это люди из нескольких лабораторий и разных стран. Для работы им необходимо обмениваться образцами и результатами, и далеко не все можно отправить по электронной почте. Рассказываем, что шлют друг другу ученые, какие с этим у них бывают сложности и как они их обходят.

В начале 2020 года, когда стало ясно, что SARS-CoV-2 это не локальная проблема, перед биологами встала срочная задача: сделать тест-системы и вакцины. До многих стран пандемия на тот момент еще не докатилась, и для работы остро не хватало информации о новом вирусе и его образцов. Тогда международная кооперация позволила ученым сильно ускориться: многие журналы открыли свободный доступ к статьям по этой теме, а ученые из стран, куда вирус уже проник, выкладывали протоколы своих исследований и делились изолированными образцами с теми, у кого их еще не было.

Правда, для российских ученых получить образцы вируса оказалось не так просто. Сперва их не выдавал Китай, потом они все уходили в новосибирский «Вектор», а покупка и ввоз зарубежных образцов блокировались Роспотребнадзором, который отклонял заявки на импорт.

Проблемы обмена материалом регулярно вызывают головную боль у сотрудников лабораторий. Многие объекты научных исследований попадают в категорию особо опасных, запрещенных к пересылке или экспорту и вдобавок еще и требуют нестандартных подходов к транспортировке.

Бумажные барьеры

Многие важные для науки вещи подпадают под ограничения на ввоз и вывоз. Так, ужесточение законов об обороте спирта в 2016 году привело к тому, что ввозить спиртосодержащие реактивы, к которым относятся, например, стандартные наборы для выделения ДНК, могут только компании со специальными лицензиями. Исключение из этого правила — небольшой список продуктов с удостоверениями «медицинской продукции».

Отдельная и очень сложная история — это ввоз/вывоз биоматериала. Под этим словом понимаются самые разные вещи. Тут и человеческий материал вроде крови, слюней или органов, и животные и их отдельные части, и микроорганизмы и вирусы. Для каждой группы есть ряд ограничений к транспортировке.

Вывоз человеческих биообразцов через российскую границу фактически запрещен. Почтовые компании не принимают их для международной перевозки. Физические лица могут провезти их легально только если докажут Росздравнадзору, что пробирка с кровью нужна им исключительно для личного пользования.

Во всех остальных случаях, в том числе и для научного обмена материалом тоже нужно оформлять разрешение от Росздравнадзора и пользоваться услугами лицензированного посредника. Это, естественно, в разы удорожает перевозку. Пересылка одного образца по данным с сайта одной из таких компаний, стоит 18500 рублей. Сейчас Росздравнадзор выдает около 130 разрешений в месяц на ввоз или вывоз на всю страну, одно-два из которых достаются частным лицам.

Некоторые компании, делающие генетические тесты, просто не доставляют пробирки для сбора материала в Россию, зная, что их невозможно будет отсюда вывезти легально. Если же пробирка до вас все-таки добралась, придется все равно ехать плевать в нее за границу — или переправлять свои слюни за рубеж нелегально.

Обмен полевыми биологическими образцами почти такой же сложный, здесь для каждой пары стран есть свои особенности. Российские почтовые компании такие образцы не принимают, а для официального трансфера через границу должны оформляться разрешения на ввоз и вывоз: необходимо соглашение между институтами и зачастую одобрение комиссии по биоэтике и ветеринарного контроля. На оформление всего корпуса документов у академических организаций может уходить по нескольку лет. Неудивительно, что соблазн провезти образцы нелегально очень велик — некоторые так и делают.

В каких-то странах правила на ввоз и вывоз существуют только на бумаге, а где-то с этим все серьезно. Так, например, Австралия — одна из самых сложных стран для экспорта полевого биоматериала: добиться разрешения сложно, а за нелегальным трафиком очень строго следят. Несколько лет назад паре сотрудников московского зоомузея незаконные отлов и пересылка образцов с исследовательскими целями стоила года жизни в австралийской тюрьме.

При этом особенных препятствий для обмена между молекулярными биологами в этой стране нет: антитела, клеточные линии и небольшие образцы человеческого биоматериала можно ввозить и вывозить с минимальными усилиями.

От проблем с перевозкой удивительным образом страдают и «сухие» ученые. Так, чтобы официально вывезти данные за границу, надо доказать, что в них не содержится государственной тайны. К этому типу относятся, например, практически все данные сейсморазведки по России, так что их обработка обычно производится на территории РФ. Данные по другим странам внешне мало чем отличаются и вывоз такой документации требует лицензий. Обмен и обнародование медицинской информации тоже требует отдельного согласования.

Везем вакцину

Бюрократия — не единственное препятствие на пути научного обмена. Если мы собираемся меняться живыми видами и даже согласовали все бумаги, их нужно довезти в целости и сохранности. Если это живое существо, оно требует ухода в течение перевозки. Если образцы или реактивы — специальных условий хранения. Все это, естественно, затрудняет их провоз даже внутри страны. 

Самый очевидный тому пример, конечно, вакцины. Проблемы с их перевозкой у нас начались с самого момента их появления, и продолжаются до сих пор.

В XVIII веке в Испании половина королевской семьи умерла от натуральной оспы. Сильно впечатленный этим король — среди погибших была и его дочь — привил после этого все оставшееся семейство и объявил повальную вакцинацию по всей стране. Это произошло буквально через пару лет после того, как Эдвард Дженнер опубликовал свои заметки о том, что прививка коровьей оспой гораздо безопаснее и эффективнее чем практиковавшаяся раньше вариоляция.

Большую часть Испании тогда составляли ее колониальные владения — территории современной Мексики, южных штатов США, половина Южной Америки и Филиппины. От натуральной оспы они страдали не меньше, чем Старый свет, но вакцины там не было. Сегодня вакцину от оспы можно хранить в холодильнике пару лет, но тогда транспортировать ее так, чтобы она не испортилась за месяц плавания через Атлантику в не особенно стерильных условиях было, конечно, очень сложно.

Решением стала экпедиция под руководством врача Балмиса в 1802 году, которую потом назовут первой международной здравоохранительной экспедицией. Он отправился из Испании в Америку на двух кораблях, самым ценным грузом на борту которых были 22 мальчика-сироты, никогда не болевших оспой. Перед отправлением двух из них привили коровьей оспой, и примерно каждые десять дней по ходу плавания и выздоровления жидкостью из язвочки на месте прививки прививали следующую пару мальчиков. Через месяц с отплытия с Канар экспедиция достигла Пуэрто-Рико, где путешественники с удивлением обнаружили, что жители здесь уже привиты: вакциной с местными поделилась соседняя датская колония. Впрочем, в других частях колонии вакцины не оказалось, так что там Балмиса встречали с распростертыми объятиями.

Экспедиция разделилась: один корабль поплыл в Южную Америку, второй в Северную и — после нового набора уже мексиканских детей — отправился на Филиппины, где также запустил широкую кампанию по вакцинации. После этого Балмис отправился в неподвластный Испании Китай, уговорил привить своих подданных власти нескольких местных городов, а затем вернулся в Европу.

Проблема хранения вакцин никуда не делась до сих пор. В конце прошлого года, когда компания Pfizer объявила об успешном завершении необходимых этапов клинических испытаний своей коронавирусной вакцины и опубликовала рекомендации по ее хранению и перевозке, выяснилось, что ту нужно хранить при −70 градусах Цельсия, а после разморозки она живет в холодильнике всего пять дней. Это возможно только при использовании специальных морозильных камер, требует затрат электроэнергии и внимательности, а любое отключение электричества может испортить всю партию. Дабы гарантированно доставить до клиентов действенную вакцину, Pfizer пришлось разработать свой собственный термоящик вместимостью пять тысяч доз, рассчитанный на десять дней автономного хранения.

Причина, которой обусловлен столь строгий температурный режим хранения вакцины, кроется в ее составе: молекулы РНК, составляющие ее основу, очень хрупкие и быстро разрушаются. У РНК-вакцины компании Moderna требования чуть послабее — ее можно хранить и перевозить как мороженое, при минус 20 градусах. Но если вакцину нужно везти в отдаленный уголок Земли, то даже простейшая рекомендация хранить ее в холодильнике может стать препятствием, а у многих регионов просто нет ресурсов для того, чтобы обеспечить ей специальные условия хранения. Поэтому, при прочих равных, из двух вакцин выберут ту, которую можно дольше хранить с наименьшими затратами.

Как это паковать 

В качестве альтернативы заморозке образцы часто высушивают. Это уменьшает объем и позволяет хранить их при обычных температурах. Так, например, поступают орнитологи, беря анализы крови у птиц — их собирают на фильтровальную бумагу и кладут в чистый конверт. В таком виде ее очень удобно хранить и пересылать коллегам для анализов ДНК.

Так же, засушивая на бумаге, хранят споровые отпечатки грибов микологи. Свежий гриб кладут на бумагу в сухом теплом помещении и ждут, пока из него высыпятся споры. У них толстая оболочка, поэтому они еще достаточно долго не теряют всхожести и могут использоваться для выращивания. Правда, такие «слепки» очень требовательны к чистоте и часто оказываются загрязнены плесенью, так что при попытке рекультивации часто вырастает совсем не то, что вам было нужно.

Недавно выяснилось что такие «открытки» годятся в качестве носителей материала не только для выделения ДНК и спор, но и для более деликатного материала. Так, в лаборатории Teruhiko Wakayama на бумаге придумали перевозить мышиную сперму. Она даже не теряет своей фертильности, так что потом из нее можно получить мышат.

По умолчанию биоматериал подвергается глубокой заморозке и хранится в таком виде — это стандартный метод для сохранения бактерий, клеточных культур и тому подобного. Но в конце XX века ученые придумали лиофилизировать сперму — такую можно хранить некоторое время в обычном холодильнике. Для этого ее сначала тоже замораживают и потом, постепенно повышая температуру до обычной, вытягивают в вакууме воду. При низком давлении и повышении температуры вода сразу переходит из твердой фазы в газообразную, а белки и прочая органика при этом не портится иостается в целости и сохранности. Эта технология — стандарт не только для мышиной спермы, она популярна во многих отраслях и используется, например, для изготовления растворимого кофе.

В таком виде, запаянная в вакуумные стеклянные ампулы, сперма могла храниться несколько месяцев при 4 градусах по Цельсию. Сами сперматозоиды гибли в ходе лиофилизации, но ДНК оставалась нетронутой и при помощи искусственного оплодотворения можно было получить нормальное потомство.

Эта технология успешно применялась, но в какой-то момент стало ясно, что и у нее есть предел: его нащупали ученые из Teruhiko Wakayama, которым потребовалось запустить мышиную сперму в космос, чтобы выяснить как на фертильность влияет радиация. Ампулы бились при старте ракеты, а мягкая объемная упаковка съедала кучу ценного места. В итоге ученые задумались, как можно оптимизировать пересылку — и попробовали в качестве носителя использовать разные сорта бумаги.

Удобнее всего для этого оказалась бумага для взвешивания, тонкие и гладкие листки которой используют в химии: материал в ней не запутывался в волокнах и одновременно не отваливался. Выяснилось, что в таком виде сперма может храниться несколько месяцев без каких-либо потерь. Ученые даже пробовали ее пересылать обычной почтой в конвертах без дополнительной упаковки — и пересланные образцы дали здоровое потомство.

Та же проблема по уменьшению объема стояла и перед американскими учеными, разрабатывающими средства от малярии. Одна из самых перспективных и громких мер борьбы с ней — это ГМ-комары. Предполагается, что если выпустить невосприимчивых к малярийному плазмодию комаров в дикую природу, то они постепенно вытеснят коренных разносчиков болезни (подробнее об этой идее — в нашем интервью с одним из разработчиков этой технологии). Согласно другой идее, генно-модифицированные захватчики должны стерилизовать местных и уменьшить общее количество насекомых. В любом случае, прежде чем выпустить на оперативный простор, их сначала нужно довезти до с места — причем в достаточных количествах, чтобы получить необходимый эффект на местную экосистему.

Для этого ученым пришлось подбирать оптимальные условия для транспортировки. И эксперименты показали, что при плотной упаковке — по 240 комаров на сантиметр — они лучше выживают чем при средней и меньше травмируются. По-видимому, за счет того, что они не могут особенно пошевелиться и таким образом повредить себе до тех пор, пока их не распакуют.