Українські підлітки створюють важливі для суспільства проєкти, на які звертають увагу вчені Європейського Союзу. Юні науковці можуть отримати від них поради, як покращити розробки, призи та гранти для подальшого розвитку, а також запрошення на наукові події світу. Усі ці можливості надає Конкурс молодих вчених Європейського Союзу (EUCYS).

Вихованець МАН та учень київської гімназії Михайло Білоус долучився до конкурсу з PhagoRix — проєктом нейромережі, яка шукає пари між бактеріями та вірусами, і зацікавив журі. З цією розробкою хлопець здобув третє місце й отримав 3500 євро для розвитку ідеї. 

Президент Малої академії наук, академік НАН України Станіслав Довгий наголосив, що  завдання Малої академії наук — підтримувати юних дослідників, допомагати їм розвивати свої ідеї та відкривати можливості для міжнародної співпраці. «Наші учні продовжують бути частиною міжнародної наукової спільноти, пропонуючи інноваційні рішення для актуальних викликів сучасності. Попри війну, вони цікавляться, досліджують, ставлять запитання й шукають відповіді, які можуть змінювати життя на краще. Пишаюся тим, що завдяки наполегливості й допитливості українські школярі представляють свої розробки на світовому рівні та здобувають визнання. Історія Михайла Білоуса — приклад того, як поєднання різних галузей знань, біології та штучного інтелекту, може стати основою для суспільно важливих розробок», — зазначив він. 

Ми розпитали Михайла про те, як він створював проєкт, про його важливість, а також про наукові плани юного дослідника. 

Яким був шлях до проєкту?

Це не історія про миттєвий успіх. Усе почалося, коли я був ще шестикласником. Після закінчення молодшої школи перейшов у приватну гімназію, де отримав безліч можливостей проявлятися, — і я їх використав. За рік навчання у новому закладі напрацював хорошу репутацію: вчителі бачили, що я виявляю ініціативу, маю амбіції та рухаюся до реалізації своїх ідей. Тоді мій класний керівник порекомендував мене моїй майбутній науковій керівниці — вчительці біології Вікторії Валеріївні Головань. Вона докторка філософії у галузі біології, а сфера її зацікавлення — вірусологія. Отож, коли був у 6 класі, ми почали співпрацю. Спочатку проводили доволі прості дослідження: збирали зразки води у київських озерах та виділяли з них бактеріофаги (або фаги — віруси, які інфікують та знищують бактерії — прим. ред.) у лабораторії. Мені цей процес сподобався, хоч раніше я не цікавився біологією.

Згодом ми вирішили рухатися далі: не просто встановлювати наявність певних бактеріофагів у пробах води, а й шукати їм застосування. Так сформувалася ідея використовувати бактеріофаги для боротьби з бактеріозами рослин. Спершу ми виділили їх з природних джерел. Потім розпочався довгий та ресурсомісткий етап досліджень: цілий рік ми вивчали властивості фагів та з’ясовували, які саме бактерії здатні знищувати кожен із них.

Потрібно було штучно створити певні умови, щоб з’ясувати, чи відбудеться взаємодія між досліджуваними фагами та бактеріями різних штамів. У результаті ми сформували суміш із чотирьох фагів, кожен з яких націлений на свій штам бактерії-хазяїна, відтак розпочали дослідження безпосередньо на рослинах. Виявилося, що наш препарат може зупиняти розвиток бактеріозів у рослин подібно до того, як вакцини убезпечують людей від хвороб. Якщо насіння обробити перед висаджуванням, то рослина не занедужає на бактеріоз, оскільки фаги з препарату знищують саме ті бактерії, які спричиняють хворобу.

А що відбулося далі?

Мені було цікаво не лише проводити дослідження, а й ділитися результатами публічно та отримувати конструктивну критику. Я долучався до різних локальних конкурсів, міжнародних конференцій. Згодом взяв участь у Конкурсі-захисті МАН, у фіналі якого два роки поспіль займав друге місце. Однак відчував, ніби мені чогось не вистачає до перемоги і, відповідно, до можливості взяти участь у міжнародних конкурсах (один зі способів потрапити на міжнародні заходи — отримати рекомендацію від експертної комісії на ІІІ етапі Всеукраїнського конкурсу-захисту — прим. ред.). 

Я зрозумів, що ми з науковою керівницею зайшли у глухий кут суто біологічних досліджень: для їхнього розвитку потрібні були ресурси. Тож я вирішив змінити вектор руху і знайшов його у своєму захопленні — в IT-сфері. Я мав певні знання у цій сфері, а з появою штучного інтелекту почав розвиватися ще активніше. Але це захоплення ніяк не стосувалося мого біологічного дослідження. Аж поки одного ранку я не прокинувся з ідеєю поєднати ці інтереси! Найперше мені спало на думку автоматизувати процес визначення пари між бактеріофагом та бактерією. Я розумів, що такий інструмент зменшить час роботи в лабораторії та допоможе створити кращі ліки для рослин. Фахівці з IT-сфери, з якими ми консультувалися, схвалили мій задум. Пів року я працював над MVP-моделлю — у стартапах так називають перший життєздатний продукт. Хоч її точність була на базовому рівні, це вже доводило, що ідея робоча і може розв’язати проблему. 

Загалом наша ідея сягає далеко за межі рослинництва, адже людство — особливо військові на фронті — так само потребує ефективного захисту. Через складні умови у поранених бійців швидко розвивається сепсис, а масове вживання ліків лише сприяє швидшому розвитку стійкості до антибіотиків. Саме тому наш проєкт виходить на новий рівень — ми створюємо програмне забезпечення, яке допоможе розробляти альтернативу антибіотикам екологічно, раціонально та ефективно.

Згодом зі своїм біологічно-інформатичним проєктом я переміг у Конкурсі-захисті та отримав змогу долучитися до Конкурсу молодих вчених Європейського Союзу. У перерві між змаганнями допрацював і вдосконалив проєкт: розробив спосіб, що дозволяє зрозуміти, яка частина білка з погляду біології несе найважливішу інформацію для того, щоб нейромережа зробила передбачення. 

Ми з науковою керівницею здійснили колосальну роботу, і я вдячний Малій академії наук за можливість представити мій проєкт на такому важливому конкурсі. 

Як працює твоя нейромережа PhagoRix?

Ми розробили програмне забезпечення, яке дає змогу знаходити пару між бактеріофагом і бактерією. PhagoRix аналізує певну частину геному фага й на основі послідовності амінокислот визначає, яку бактерію він знищуватиме. Щоб навчати нейромережу, використовували бази даних, які є у відкритому доступі. Для проєкту було важливо проробити багато алгоритмів пошуку інформації, адже не завжди публічні дані структуровані так, як необхідно в межах конкретного дослідження. 

Яку проблему розв’язує твій проєкт?

Нині великою проблемою стала антибіотикорезистентність, тобто стійкість бактерій до антибіотиків. Хоч би скільки антибіотиків створили вчені, жоден з них не адаптується до змін, і щоразу потрібно створювати нові антибіотики — це займає багато зусиль і часу, але не гарантує дієвості. Натомість бактерії постійно змінюються, і ми просто не встигаємо за цими змінами. 

Бактеріофаги — це біологічні об’єкти, які з’явилися мільйони років тому і досі живуть в одній екосистемі з бактеріями. Подібно до того, як у лісі живуть вовки та зайці: одні шукають способи втекти, а інші — їх упіймати, віруси постійно еволюціонують, щоб знищувати бактерії, а бактерії створюють механізми захисту. І цей процес не сталий, бо сьогодні бактерія захищена від бактеріофага, а завтра він уже знайшов шлях подолати її захисний механізм, тоді вона шукає нові способи захиститися, фаг їх руйнує, і так нескінченно. 

Отож мій проєкт корисний для розробки антибактеріальних препаратів на основі бактеріофагів. Зараз уже є кілька таких виробництв у Грузії та США, але вони створюють малий спектр препаратів на основі фагів, якого недостатньо для повноцінного розв’язання проблеми. Моє програмне забезпечення допоможе створювати банки взаємодії — підтверджені робочі пари. Так можемо охопити якомога більше випадків. І на основі цих даних зрозуміти взаємодію бактеріофагів та бактерій на ширшому рівні та, відповідно, працювати вже зовсім інакше й ґрунтовніше, а не зосереджуватися на одиничних випадках.

Які подальші наукові плани?

Я вважаю, що перемога в Конкурсі молодих вчених не робить мій проєкт бездоганним. Але одні з найкращих фахівців світу вважають мою розробку ефективною та актуальною, що тільки мотивує її допрацьовувати!

Я поспілкувався з науковцями, отримав їхнє визнання і почув цінні поради. Тож зараз саме час популяризувати проєкт і розширювати його за межі мого ноутбука. По-перше, хочу співпрацювати з лабораторіями та клініками, які щоденно працюють із темою стійкості бактерій і можуть поділитися цінним фідбеком. Адже саме спеціалісти на місцях рухатимуть прогрес у нашому програмному забезпеченні. 

Ми з науковою керівницею пройшли довгий шлях, але самотужки нам не вдасться розв’язати ґрунтовну медико-біологічну проблему. Потрібно залучати інших спеціалістів та працювати масштабніше. 

Що порадиш підліткам, які цікавляться наукою і хочуть спробувати себе в ролі дослідників?

Варто було пройти цей шлях, щоб дочекатися моменту, коли поради запитуватимуть у мене, а не я шукатиму порад :) 

Найперше хочу сказати, що скільки б науковці не працювали над тим, щоб зробити людське життя вічним, у них не виходить. І, як молодий учений, зауважу, що ми ще не скоро цього досягнемо. Проте є безліч речей, які можна покращити, і багато проблем потребують нашої уваги. Кожен та кожна з вас має здібності у певній сфері, але не варто чекати, поки можливості самі впадуть на вас із неба, бо цього може ніколи не трапитися. Потрібно постійно розвиватися, тим паче, що ми юні і ще не маємо стільки різних життєвих клопотів, як дорослі. Кожен і кожна з нас може розпочати роботу над розв’язанням проблем, а не чекати, доки за них візьметься хтось інший. 

Колажі: Віталія Олесів