СТАТЬИ
Биотехнологическим исследованиям Института – 10 лет
д.б.н. В. Володин
Научные интересы: вторичные метаболиты растений, биохимическая экология, биотехнология Биотехнология вновь названа приоритетным направлением науки, более того, биотехнология все в большей мере будет определять состояние российской экономики и уровень развития общества в целом. На совместном заседании Совета безопасности РФ, президиума Госсовета РФ и Совета по науке и высоким технологиям в марте 2002 г. в Кремле президент РФ В.В. Путин отметил, что наука уже давно определяет развитие современного мира. В том числе – так называемыми «живыми», биомедицинскими технологиями. За этими словами стоят жизненные интересы людей и ключевые запросы нашего века. Это – новые лекарства, … продукты питания и создание трансгенных растений… Это новые подходы к получению энергии и ресурсосберегающие технологии… Это, наконец, реальная и очень прибыльная часть экономики. Биотехнология – достаточно широкая область, но у нее, как и у любой науки, есть свои рамки. К сожалению, ее иногда определяют либо в очень узком смысле, как манипулирование рекомбинантными ДНК, либо ее трактуют слишком широко и включают такие самостоятельные направления, как технологию переработки растительного и животного сырья, традиционную техническую биохимию и т.д. По определению академика Ю.А. Овчинникова биотехнология определяется как область науки и техники, использующей биологические процессы и агенты для промышленных целей. Она включает в себя четыре направления: промышленную микробиологию, инженерную энзимологию, генную и клеточную инженерию. В этом году биотехнологическим исследованиям в нашем Институте исполняется десять лет. Это небольшой срок, но достаточный, чтобы подвести первые итоги, оценить правильность выбранной стратегии и полученные приоритеты, определить перспективы дальнейших исследований. Десять лет назад я обратился к директору нашего института А.И. Таскаеву с предложением сформировать новое научное направление по биохимическому скринингу и биотехнологии биологически активных веществ из растений местной флоры и интродуцентов. Эта идея была поддержана, и в том же 1992 г. была создана группа прикладной биохимии растений, впоследствии получившая статус лаборатории биохимии и биотехнологии растений. При выработке стратегии исследований перед лабораторией встала дилемма: либо развернуть широкий скрининг растений на содержание ценных веществ, либо организовать углубленные исследования одного из перспективных классов соединений. Мы выбрали второе. Однако, естественно возник новый вопрос, как угадать эту перспективу? Было решено не распыляться и сохранить преемственность исследований к.х.н. Т.И. Ширшовой, ученицы крупного специалиста в области алкалоидов академика Г.В. Лазурьевского, которую по праву можно считать пионером в изучении природных соединений в Республике Коми. Еще в 70-е годы в период становления Сыктывкарского университета ею были выполнены блестящие работы по обнаружению алкалоидов в рапонтике сафлоровидном. Именно с рапонтика сафлоровидного и начались наши исследования фитоэкдистероидов: ценность рапонтика как лекарственного растения не нуждалась в дополнительном обосновании, а возможность культивирования этого вида в местных условиях в качестве кормовой культуры была показана работами Института биологии еще в 60-х годах. Таким образом, мы могли уже сразу приступить к разработке традиционной технологии получения экдистероидов из растительного сырья и начать работы по созданию биотехнологического способа их получения с помощью культур растительных клеток. Оригинальная идея получения экдистероидов с использованием иммобилизованных клеток рапонтика сафлоровидного, трансформирующих в экдистероиды растительные стерины, была предложена нашим молодым в те годы сотрудником, химиком-стероидщиком Сергеем Пестовским, к сожалению, рано ушедшим из жизни. Идея включить экдистероиды в системы направленного транспорта биологически активных веществ была предложена мной на основе своего опыта обучения в аспирантуре и взглядов моего научного руководителя академика В.А. Кабанова. Постановка хроматографических методов анализа и выделения экдистероидов (Н.А. Колегова, В.Г. Лукша, В.В. Пунегов, Л.И. Алексеева) позволили нам в самые сжатые сроки организовать широкий скрининг флоры европейского Северо-востока России на содержание экдистероидов (И.Ф. Чадин), ввести в культуру клеток ряд видов экдистероидсодержащих растений (Л.А. Ковлер, Э.Н. Ануфриева, В.Н. Филиппова, С.О. Володина), выполнить цикл работ по химической модификации экдистероидов и получению экдистероидсодержащих липосом (Н.К. Политова, Л.А. Ковлер, Е.А. Пшунетлева), изучению антифидантной активности фитоэкдистероидов на насекомых-фитофагов (К.Г. Уфимцев), антимикробной активности (Т.И. Ширшова) и адаптогенного действия на теплокровных животных (Л.Д. Пчеленко). Для меня коренным переломом в развитии исследований является тот день, когда весной 1994 г. я получил из Франции письмо от одного из наиболее авторитетных специалистов по экдистероидам профессора Рене Лафона. В нем он отметил факт появления нашей новой научной группы и нашу квалификацию в получении экдистероидов высокой степени чистоты. В том же письме я получил первое приглашение выступить с устным докладом на XII Международном совещании по экдизону в г. Ческе Будейовицы (Чехия). Это был прорыв информационного вакуума, в котором мы работали в первые годы: представилась возможность услышать доклады ученых-экдизонщиков ведущих научных школ. Участие в этом совещании буквально перевернуло мои представления о перспективах будущих исследований. На этом совещании была ясно обозначена необходимость изучения функций экдистероидов в растениях. Мне стало очевидным, что наши подходы и результаты исследований могут дать важную информацию в решение данной проблемы. Через год я сам обратился к профессору Рене Лафону с предложением обсудить проблемы фитоэкдистероидов на отдельном международном совещании, местом его проведения я предложил г. Сыктывкар. Профессор Лафон откликнулся с удивительной легкостью, он подтвердил необходимость такого совещания и предложил мне подготовить программу. Международное совещание по фитоэкдистероидам состоялось в нашем Институте осенью 1996 г. В нем приняли участие ведущие "экдизонщики" из Франции, Великобритании, Германии, Испании, Чехии, и конечно же, из России, Узбекистана, Украины. В результате этой встречи совместно с профессором Р. Лафоном (Франция), д-ром Л. Дайнаном (Великобритания) и профессором З. Саатовым (Узбекистан) был разработан проект "Вторичные метаболиты растений и отношения между насекомыми и растениями: распространение и идентификация агонистов и антагонистов экдистероидов в двух географически удаленных флорах", получивший поддержку международной программы INTAS (проект № 96-1291). Результаты наших десятилетних исследований позволили нам приблизиться к ответам на главные вопросы, направленные на глубокое понимание функций экдистероидов в растениях: · какие растения содержат экдистероиды и каковы концентрационные пределы встречаемости экдистероидов у растений; имеются ли между видами-продуцентами филогенетические связи; в чем преимущество изучения распределения экдистероидов в региональных флорах; · есть ли связь между распределением экдистероидов в системе целого растения и биоморфологическими особенностями видов; каков вклад экдистероидов в антифидантную стратегию растений против растительноядных беспозвоночных; · как меняется состав и содержание экдистероидов при введении интактных растений в культуру клеток, когда исчезает организменный контроль над их биосинтезом; возможна ли интерпретация сравнительных данных биосинтеза экдистероидов в системе iv vivo (интактное растение) и in vitro (культура клеток) для понимания функций экдистероидов в растениях. Только опираясь на полученные фундаментальные знания, мы сумели понять причины снижения синтеза экдистероидов в культурах растительных клеток и создать высокопродуктивные штаммы клеточных культур для биотехнологического использования. Только на основании объективной картины распространения экдистероидов среди растений, установлению факта присутствия экдистероидов в следовых количествах практически во всех видах растений, нами было высказано предположение о возможности искусственно индуцировать биосинтез экдистероидов в клеточных культурах путем воздействия на регуляторные гены. Если нами будут найдены экспериментальные подходы к решению этой проблемы, то откроется и перспектива создания трансгенных растений, устойчивых к атаке насекомых-фитофагов. Однако, это уже предмет дальнейших исследований. Таким образом, я хотел показать, что биотехнологические разработки включают в себя не столько чисто технические решения получения ценных биопрепаратов, они должны основываться на предварительном глубоком физиолого-биохимическом изучении биологических объектов (в нашем случае благодаря комплексным исследованиям фитоэкдистероидов на различных иерархических уровнях организации растительного мира: системе растений, интактных растениях и популяциях дедифференцированных растительных клеток). Детальные результаты наших исследований обобщены в коллективной монографии "Фитоэкдистероиды", которая в настоящее время готовится к печати в издательстве "Наука" (г. С.-Петербург). Практическим же выходом нашей разработки является следующее: · из надземной части серпухи венценосной получена экдистероидсодержащая субстанция, которая по величине адаптогенного эффекта превосходит действие известного тонизирующего препарата "Экдистен"; · созданы штаммы суспензионных культур серпухи венценосной и живучки ползучей, адаптированные к росту in vitro и рекомендованные к биотехнологическому использованию. · на принципах биомиметики созданы липосомальные формы экдистероидов, которые могут быть использованы в составе ранозаживляющих лекарственных препаратов и косметических композиций. Что дальше? Успех в изучении фитоэкдистероидов позволяет нам шире использовать в своих исследованиях биотехнологические подходы. Так, владение методом культуры тканей растений позволило нам совместно с отделом геоботаники и проблем природовосстановления приступить к разработке комплексной программы по микроклональному размножению и реинтродукции редких и исчезающих видов растений Республики Коми. В этом году нами получены положительные результаты по проращиванию семян в условиях in vitro, получению протокормов и растений-регенерантов башмачка настоящего. К следующему полевому сезону будет уточнен список видов, которые войдут в программу микроклонального размножения редких и хозяйственно полезных видов растений. Известно, насколько перспективно использование биотехнологических методов в решении проблемы переработки растительных отходов. В нашей лаборатории это направление развивает А.С. Селиванов, автор аппарата для ферментативного гидролиза целлюлозы, разработчик мембранных методов получения высокоочищенных ферментов целлюлаз и пектиназ. Отрадно, что биотехнологические подходы развиваются и в других подразделениях нашего Института. Например, в лаборатории проблем природовосстановления получены микробиологические препараты для деструкции нефти на загрязненных территориях. Уверен, что использование биотехнологических методов позволит нашему Институту перейти на новый, более современный уровень исследований, создавать наукоемкие технологии и продукты, конкурентоспособные на отечественном и мировом рынке.
Логотип -
Начало -
Общие
сведения -
Структура -
Научная деятельность 3585 посещений с 04.05.2002 |