Сергей Рошаль – профессор физического факультета ЮФУ, доктор физико-математических наук, в 1984 году окончил физический факультет РГУ по специальности «Физика твердого тела».

В период с 1984 по 1996 год прошел путь от младшего до старшего научного сотрудника в НИИ физики при РГУ, в 1988 году защитил кандидатскую диссертацию по теории реконструктивных фазовых переходов. В 2002 году защитил докторскую диссертацию «Симметрийно обусловленные физические свойства квазикристаллов и теория фазового превращения квазикристалл – кристалл».

С 2003 года Сергей Бернардович – профессор КОФ и КФК и СА физического факультета РГУ, а с 2008 года и по настоящее время – профессор кафедры нанотехнологии Физического факультета ЮФУ.

Сергей Рошаль – автор монографии и более 110 научных статей в международных и переводимых на английский язык российских журналах. Согласно WoS, работы профессора Рошаля процитированы 816 раз (871 раз в Scopus), h-индекс по WoS – 15, Scopus – 14. Опубликовал 9 работ в престижных физических журналах Physical Review Letters и Physical Review X, текущий импакт-фактор которых 8.1 и 11.6 соответственно. Рецензент журналов, издаваемых европейскими и американскими издательствами. 

Сергей Рошаль работает в таких научных направлениях, как самосборка биологических нанообъектов, в том числе самосборка и структурные превращения в вирусных оболочках, квазикристаллы, коллоидные кристаллы, физические свойства углеродных нанотрубок и графена, а также теория фазовых переходов Ландау.

В 2022 году исследовательский проект под руководством Сергея Рошаля стал победителем грантового конкурса РНФ.

Тема исследования сформулирована как «Физические принципы самосборки вирусов и их взаимодействия с окружающей средой, в том числе с материалами, пригодными для создания противовирусных фильтров».

Большинство вирусов покрыты белковой оболочкой — капсидом, который защищает вирусный геном от пагубного воздействия окружающей среды и транспортирует его в заражаемую клетку. Вирусные и другие подобные белковые оболочки можно модифицировать и использовать для адресной доставки лекарств в поврежденные ткани и органы. Однако для этого необходимо хорошо понимать законы и механизмы, определяющие их структуру и свойства, включая механизм саморазборки вирусных оболочек при инфицировании.

Одна из последних работ по этому гранту РНФ, выполненная вместе с коллегами из Китая, посвящена исследованиям сложных белковых оболочек циповирусов, вызывающих кишечные инфекции у насекомых, включая знаменитого тутового шелкопряда.

Благодаря грантовой поддержке учёные с помощью математических расчетов и 3D-моделирования белковых молекул смогли впервые определить детальное устройство вирусных полиэдров со встроенными в них капсидами циповирусов, что не удавалось другим исследовательским группам, полагающимся лишь на современную микроскопию.

Разработанная учеными модель показала, что внутри полиэдров могут образовываться полости или «гнезда», форма которых как раз подходит для размещения капсидов.

«Эти наноконтейнеры для доставки лекарств пытаются делать на основе многих материалов, в том числе углеродных нанотрубок, однако у последних есть свои минусы, например, нанотрубки могут быть токсичны для организма. Поэтому мы предложили заменить нанотрубки полиэдриновыми капсулами. Их сборкой и разборкой легко управлять, а белки присутствуют во всех клетках и тканях нашего организма, они абсолютно безопасны и нетоксичны», — объяснил Сергей Рошаль.

Результаты работы могут быть использованы при проектировании наноконтейнеров для адресной доставки лекарств. Модифицируя белковые молекулы, можно влиять на то, какой заряд они будут иметь в тех или иных условиях и, соответственно, при какой кислотности будет происходить разборка контейнера и высвобождение его содержимого.

В 2025 году под его руководством проект «Физические принципы самосборки вирусов и их взаимодействия с окружающей средой, в том числе с материалами, пригодными для создания противовирусных фильтров» получил поддержку РНФ. Это уже третий грант РНФ, поддерживающий группу проф. Рошаля.

Вирусные белковые оболочки и их разнообразные искусственные и естественные производные уже используются как в современной медицине, так и в нанотехнологиях для создания интеллектуальных наноматериалов на протеиновой основе. Исследования физических механизмов, контролирующих структуру и самосборку этих объектов являются ключом к разработке антивирусных стратегий, средств адресной доставки лекарств, методов маркировки клеток и даже для разработки элементов питания и запоминающих устройств, использующих вирусные частицы.

«Наш проект посвящен изучению аномальных белковых оболочек с неканоническими кубическими симметриями и квазикристаллическим порядком протеинов. Используя методы физики квазикристаллов, теории Ландау и неравновесной термодинамики, мы не только анализируем известные структуры из базы данных белков PDB, но и моделируем потенциально возможные, еще не открытые варианты их организации. Особое внимание уделяется полиморфным оболочкам эпидемиологически значимых вирусов (коронавирусы, грипп), для которых мы разрабатываем обобщенную электро-упругую модель, учитывающую распределение зарядов на шипах и особенности липидного состава мембран. Практическое применение этих исследований включает разработку безопасных двухступенчатых воздушных фильтров на основе электретных волокон, притягивающих респираторные капли, что особенно актуально в постпандемический период», – рассказал профессор Физического факультета ЮФУ Сергей Рошаль.

Таким образом, проект представляет собой многообещающую инициативу, способствующую более глубокому пониманию вирусных структур и их применения в создании эффективных антиинфекционных систем. Разработка новых моделей и технологий не только углубит теоретические представления, но и окажет практический эффект в борьбе с вирусными инфекциями, улучшая качество жизни и здоровье населения.

Автор текста: Мария Буланова, ред. Ольга Молоткова