Потрясающие научные открытия подростков

Лорен Ходж: Когда вы идёте в ресторан и хотите сделать здоровый выбор, что вы выберете — жареную курицу или приготовленную на гриле? Большинство людей ответили бы — на гриле, и в ней действительно содержится меньше жира и калорий. Однако приготовленная на гриле курица тоже содержит вредные вещества. Это гетероциклические амины, в частности, фенометилимидазопиридин, или сокращённо PhIP, (Смех) который является аллергенным и канцерогенным соединением.

Канцерогеном называют любое вещество или агент, который вызывает патологический рост клеток, что может также привести к их распространению, или метастазированию. Гетероциклические амины — это органические соединения, производные аммиака, в которых один или несколько атомов водорода замещены более сложной группой. Научные исследования показывают, что антиоксиданты уменьшают количество этих гетероциклических аминов. Однако пока не существует исследований, которые объясняют, как и почему. Здесь представлена классификация канцерогенов пятью различными организациями. Как видите, ни одна из них не считает эти соединения безопасными, что подтверждает необходимость уменьшить их количество в нашей пище.

Возможно, вы удивлены, как такая идея могла прийти в голову 13-летней девочке. К этому меня привёл ряд событий. Я впервые узнала об этом в кабинете моего врача, прочитав о судебном процессе (Смех) между Комитетом врачей за ответственную медицину и семью ресторанами быстрого питания. Дело было возбуждено не потому, что в курице были канцерогены, а по закону 65 штата Калифорния, в котором говорится, что компании должны чётко предупреждать, если в пищевых продуктах содержится что-то опасное.

Я была очень удивлена. Мне стало интересно, почему никто не знал об этой опасной курице-гриль, которая не кажется такой уж вредной. Но потом, когда моя мама готовила на ужин курицу-гриль, я заметила, что края курицы, которые были замаринованы в лимонном соке, побелели. Позже на уроке биологии я узнала, что это связано с процессом денатурации, при котором белки меняют форму и теряют способность химически функционировать. Я объединила эти две мысли и сформулировала гипотезу, которая говорит, что возможно, количество канцерогенов может быть уменьшено благодаря маринаду и это может быть связано с различиями в кислотно-щелочном балансе.

Так у меня родилась эта идея, у меня появился проект и гипотеза, и каков был мой следующий шаг? Очевидно, я должна была найти лабораторию, так как в моей школе не было необходимого оборудования. Я думала, что это будет несложно, и я разослала около 200 электронных писем людям, живущим в пределе 5-часового радиуса от меня, но я получила всего один положительный ответ о том, что они готовы работать со мной. Большая часть остальных или вообще не ответили, или написали, что у них нет времени или же оборудования, и они ничем не могут мне помочь. Итак, было нелегко каждый раз добираться до лаборатории. Тем не менее, это была прекрасная возможность поработать в настоящей лаборатории, и я наконец могла начать свой проект.

Первый этап проводился у меня дома. Он состоял из маринования куриц, приготовления их на гриле и подготовки к транспортировке в лабораторию. Второй этап проводился в главной лаборатории Государственного университета штата Пенсильвания, где я извлекла химические вещества, поменяла кислотно-щелочной баланс, чтобы пропустить их через оборудование, и выделила из куриц нужные мне соединения. На заключительных этапах я пропускала образцы через жидкостной хроматограф-масс-спектрометр высокого давления, чтобы разделить соединения, проанализировать их и точно определить, сколько канцерогенов содержится в моей курице.

Когда я просмотрела полученные результаты, я очень удивилась: оказалось, что четыре из пяти ингредиентов маринада на самом деле препятствуют образованию канцерогенов. Когда я сравнила их с немаринованной курицей, которую я использовала в качестве контроля, оказалось, что лимонный сок работает лучше всех, снижая количество канцерогенов на 98%. Маринады из солёной воды и коричневого сахара также работали очень хорошо, уменьшая количество канцерогенов примерно на 60%. Оливковое масло немного снижало образование PhIP, но это было почти незаметно. А результаты, полученные с соевым соусом, были неокончательны из-за большого разброса данных, но похоже, что соевый соус на самом деле увеличивает содержание потенциальных канцерогенов.

Другим важным фактором, который я изначально не принимала во внимание, было время приготовления. Я обнаружила, что если увеличивать время приготовления, то количество канцерогенов быстро растёт. Основываясь на этих результатах, лучший способ готовить курицу — не то чтобы оставлять её полусырой, но уж точно не пережаривать и не обугливать, и мариновать её в лимонном соке, коричневом сахаре или солёной воде.

(Аплодисменты)

Основываясь на этой информации, я хочу задать вам вопрос. Вы бы хотели сделать небольшое изменение в рационе, которое, возможно, спасёт вашу жизнь? Я не утверждаю, что если вы будете есть немаринованную курицу-гриль, у вас точно будет рак и вы умрёте. Однако всё, что вы можете сделать, чтобы снизить риск потенциальных канцерогенов, определённо улучшает качество жизни.

Стоит ли это того? Так как вы теперь будете готовить курицу?

(Аплодисменты)

Шри Боус: Привет всем. Меня зовут Шри Боус. Я победила в возрастной группе 17-18 лет, а также получила главный приз конкурса. Я хочу, чтобы все вы представили маленькую девочку, держащую засохший синий шпинат. Она стоит пред вами и объясняет, что маленькие дети будут есть овощи, если они будут разноцветными. Звучит смешно, правда? Но это была я несколько лет назад. И это был мой первый научный проект. Затем всё стало сложнее. Мой старший брат Панаки Боус проводил со мной долгие часы, объясняя, что такое атомы, когда я едва понимала основы алгебры. Мои родители вытерпели много моих научных проектов, включая мусорный бак с дистанционным управлением.

(Смех)

Затем наступило лето после девятого класса, когда мой дедушка умер от рака. Я помню, как страдала моя семья, проходя через это, и я не хочу, чтобы другие семьи переживали такое. Тогда, в 15 лет, вооружённая школьными знаниями по биологии, я решила, что буду исследовать рак. Хороший план. Я начала писать всем профессорам в моем районе и просить поработать под их руководством в лаборатории. Отказали все, кроме одного. А следующим летом я начала работать под руководством доктора Басу в медицинском центре университета Северного Техаса в Форт-Уэрт, штат Техас. И здесь началось моё научное исследование.

О раке яичников большинство людей не знает или, по крайней мере, не обращает особого внимания. Однако он стоит на пятом месте среди всех смертей от рака у женщин в Соединённых штатах. Фактически, каждой 70-й женщине будет поставлен диагноз рака яичников, и каждая сотая женщина от этого умрёт. Химиотерапия, один из наиболее эффективных способов лечения рака в настоящее время, предусматривает высокие дозы химических препаратов, которые даются пациентам, чтобы попытаться убить раковые клетки.

Цисплатин — довольно распространённый препарат для химиотерапии рака яичников. Это сравнительно простое соединение, синтезированное в лаборатории, которое связывается с ДНК раковых клеток, программируя их на самоуничтожение. Звучит здорово, правда? Но есть проблема: иногда пациенты становятся устойчивыми к этому лекарству, и спустя годы после того, как они вылечились от рака, болезнь возвращается. И в этом случае цисплатин им больше не помогает. Это огромная проблема. Сегодня это одна из самых больших проблем, связанных с химиотерапией.

Поэтому мы решили выяснить, как раковые клетки яичников становятся устойчивыми к цисплатину. Мы хотели это понять, потому что тогда мы могли бы предотвратить устойчивость раковых клеток. Вот что мы намеревались сделать. Мы думали, что это связано с белком, который называется АМФ-киназа и отвечает за энергетический обмен клетки. Поэтому мы провели эксперименты с блокированием этого белка, и мы увидели вот такой огромный сдвиг. На слайде [справа] вы видите, что в случае чувствительных клеток, т.е. клеток, которые реагируют на препарат, когда мы начинаем блокировать этот белок, число умирающих клеток — эти цветные точки — снижается. При этом число устойчивых клеток [слева] в тех же условиях возрастает — интересно.

Но эти точки на экране представлены для наглядности, а что именно это значит? А это означает, что данный белок меняется от чувствительных клеток к устойчивым. Возможно, он меняет сами клетки, делая их устойчивыми. И это очень важно. В сущности, это означает, что если у пациента выявлена устойчивость к этому лекарству, то если мы дадим ему вещество, блокирующее этот белок, то мы сможем лечить его снова тем же лекарством. Это резко повысит эффективность химиотерапии, возможно, при многих различных типах рака. И это была моя научная работа, мой способ переосмысления будущего для последующих исследований, чтобы точно понять, как работает этот белок, и в будущем повысить эффективность химиотерапии. Так что может быть, у дедушек с раком будет возможность проводить больше времени с их внуками.

Но моя работа была не просто научным исследованием. Это был поиск дела, которому я хочу посвятить мою жизнь. Вот почему быть победительницей главного конкурса научных проектов Google — симпатичная фотография, правда? — было для меня так важно, и это такая большая честь. И с тех пор в моей жизни происходит столько всего интересного, от встречи с президентом до выступления на этой сцене перед вами.

Но как я уже сказала, для меня это было не просто научное исследование, это был поиск дела моей жизни, попытка найти мой собственный путь, ведь я сначала даже не представляла, что я делаю. Это было вдохновение и целеустремлённость, и решение никогда не отказываться от моей страсти к науке, учёбе и личностному росту. Моя история начинается с засохшего шпината, но потом она становится гораздо лучше.

Спасибо.

(Аплодисменты)

Наоми Шах: Привет всем. Меня зовут Наоми Шах, и сегодня я расскажу вам о моём исследовании качества воздуха в помещениях и его влиянии на больных астмой. 1,6 миллионов смертей во всем мире. Одна смерть каждые 20 секунд. Люди проводят в помещениях более 90% жизни. И экономическое бремя астмы превышает ВИЧ и туберкулёз, вместе взятые. Эта статистика меня очень впечатлила, но настоящей причиной моего исследования было наблюдение за тем, как мой отец и брат круглый год страдают от хронической аллергии. Я не могла этого понять: почему симптомы аллергии сохраняются, когда сезон пыльцы давно прошёл?

Я начала исследование, пытаясь найти ответ на этот вопрос, и вскоре обнаружила, что виновником являются примеси, загрязняющие воздух в помещениях. Когда я это поняла, я исследовала взаимоотношения между четырьмя распространёнными загрязняющими воздух примесями и их влияние на состояние лёгких у больных астмой. Прежде всего, я хотела выяснить, какая из этих четырёх примесей хуже всего влияет на состояние лёгких у больных астмой. Но вскоре после этого я разработала новую математическую модель, дающую количественную оценку эффекта этих загрязнителей окружающей среды на состояние лёгких у больных астмой. Меня удивляет, что в настоящее время не существует модели, количественно оценивающей воздействие факторов окружающей среды на состояние здоровья лёгких, потому что эти отношения, по-видимому, очень важны.

Имея это в виду, я продолжала исследование, и меня это очень увлекло. Потому что я поняла, что если мы найдём способ восстановления качества воздуха, то это поможет более эффективно лечить больных астмой. Например, летучие органические соединения — это химические загрязнители, которые можно найти в наших школах, домах и на рабочих местах. Они везде. Эти химические примеси в настоящее время не считаются загрязнителями воздуха, в соответствии с Законом США «О чистом воздухе». Это меня удивляет, потому что в моём исследовании я показываю, что эти химические загрязнители имеют очень сильное негативное влияние на состояние лёгких у больных астмой, поэтому их количество должно быть регламентировано.

Сегодня я хочу показать вам интерактивную программу, которую я создала. Я покажу её на своём ноутбуке. И в аудитории есть доброволец, Джули. Все данные Джули были заранее введены в мою программу. Её может использовать любой человек. Поэтому я хочу, чтобы вы представили на месте Джули себя или кого-то их близких, кто страдает от астмы или другого заболевания лёгких. Джули сейчас собирается к своему врачу, чтобы он назначил ей лечение от астмы. Врач просит её сесть и измеряет максимальную скорость выдоха, т.е. по существу скорость выдоха, или количество воздуха, которое она может выдохнуть за один выдох.

Так что я ввела максимальную скорость выдоха в интерактивную программу. Я также ввела её возраст, пол и рост. Я предполагаю, что Джули живёт в обычном доме со средним уровнем загрязняющих воздух примесей. Любой пользователь может зайти сюда, кликнуть на «отчёт о функции лёгких» и получить отчёт, который я создала. И этот отчёт объясняет суть моего исследования.

Итак, что он показывает. Посмотрите, пожалуйста, на график в верхнем правом углу, он показывает фактическую максимальную скорость выдоха Джули, это жёлтый столбик. Это измерение, которое было сделано в кабинете врача. А синий столбик в нижней части графика показывает, какова должна быть её максимальная скорость выдоха, скорость выдыхания или состояние лёгких для её возраста, пола и роста. Врач видит эту разницу между жёлтым и синим столбиками и говорит: «Ну и ну, нужно назначить ей стероиды, ингаляторы и таблетки».

Но я хочу, чтобы вы представили, как вместо назначения стероидов, ингаляторов и таблеток врач поворачивается к Джули и говорит: «Почему бы вам не вернуться домой и не почистить воздушные фильтры. Почистите вентиляцию дома, на вашем рабочем месте, в вашей школе. Не пользуйтесь благовониями и свечами. А если вы делаете ремонт, уберите все ковры и сделайте деревянный пол». Ведь эти решения — простые и экологичные, и эти решения представляют собой долгосрочные инвестиции, которые мы вкладываем не только для нашего поколения, но и для будущих поколений. Потому что эти экологичные решения, которые Джули может сделать у себя дома, на рабочем месте и в школе, отражаются на всех, кто с ней живёт.

Меня очень увлекло это исследование, и я хочу продолжить его и расширить, включить в него другие заболевания органов дыхания, помимо астмы, а также исследовать другие загрязнители. И прежде чем я закончу выступление, я хочу познакомить вас с одним изречением. Вот оно: наследственность — это как заряженный пистолет, а выстрелит он или нет, зависит от окружающей среды. Оно оказало на меня огромное влияние, когда я проводила это исследование. Потому что многие из нас думают, что окружающая среда — это что-то большое, и мы не можем сделать ничего, чтобы изменить качество воздуха, которым дышим, изменить климат и вообще что-либо.

Но если каждый из нас возьмётся за свой собственный дом, свою школу и своё рабочее место, мы сможем кардинально изменить качество воздуха. Напомню, что мы проводим в помещениях 90% нашей жизни. Качество воздуха и загрязняющие примеси имеют огромное влияние на состояние лёгких у больных астмой, на людей с заболеваниями органов дыхания и на всех нас.

Я хочу, чтобы вы представили мир с лучшим качеством воздуха, лучшим качеством жизни и образом жизни для всех, в том числе для наших будущих поколений.

Спасибо.

(Аплодисменты)

Лиза Линг: Точно. Я попрошу Шри и Лорен быстренько подняться сюда. Вот они, призёры конкурса научных проектов Google. Ваши победители.

(Аплодисменты)