Молодые учёные – медалисты РАН

Весна – время надежд

Сотрудники Биолого-почвенного института – старший научный сотрудник лаборатории биоинженерии кандидат биологических наук Юлия Витальевна Верещагина за работу «Новая роль регуляторных генов агробактериального происхождения в защитных реакциях растительных клеток» и аспиранка лаборатории биотехнологии Ольга Артуровна Шумакова за дипломную работу «Регуляция биосинтеза развератрола генами Са 2+ -зависимых протеинкиназ в клетках винограда амурского Vitis amurensis Rupr» награждены медалями Российской академии наук с премиями для молодых учёных и студентов высших учебных заведений по итогам конкурса 2013 года.
Эта новость накануне женского Дня 8 марта для коллектива БПИ и, конечно, для самих награждённых стала особенно приятной на фоне событий, связанных с переходом институтов в ФАНО. Для девушек эта новость радостна вдвойне. Юлия месяц назад стала мамой, а Ольга 1 марта вышла замуж и отправилась в свадебное путешествие.
Научная работа Юлии Верещагиной (Инюшкиной) посвящена фундаментальной проблеме изучения молекулярных механизмов регуляции защитных реакций в клетках растений посредством генов rol из Agrobacterium rhizogenes. Работа подготавливает теоретическую базу для создания клеточных штаммов-суперпродуцентов биологически-активных веществ для использования в медицине и косметологии.
В 2008 году Юля под руководством члена-корреспондента РАН главного научного сотрудника доктора биологических наук Виктора Павловича Булгакова защитила кандидатскую диссертацию по биотехнологии метаболитов кофейной кислоты. Препарат на основе метаболитов кофейной кислоты показал высокую активность при лечении нефрита Масуги в экспериментах на лабораторных животных (Y.V. Innyushkina (Vereshchagina), V.P. Bulgakov, M.V. Veselova, V.M. Brukhanov, Y.F. Zverev, V.V. Lampatov, O.V. Azarova, G.K. Tchernoded, S.A. Fedoreyev, Y.N. Zhuravlev. High rabdosiin and rosmarinic acid production in Eritrichium sericeum callus cultures and effect of the calli on Masugi-nephritis in rats. Bioscience Biotechnology Biochemistry. 2007. V. 71 (5). P. 1286–1293).
За эту работу Юля также получила премию для молодых учёных на XIII Международном биотехнологическом конгрессе, который в 2008 году проходил в Даляне и собрал более двух тысяч участников. Юлина работа была предварительно отобрана в число сорока лучших работ молодых биотехнологов, которые затем представили свои результаты на конкурсе в рамках конгресса (13th International Biotechnology Symposium & Exhibition (IBS-2008) October 12–17, 2008, Dalian, China).
После защиты диссертации Юля продолжала исследования по биотехнологии растений, направленные на получение ценных биологически активных веществ в клеточных культурах растений. В это время стало понятно, что дальнейшее увеличение продуктивности клеточных культур требует новых подходов. В лаборатории стали активно осваивать протеомику, и девушка одна из первых взялась за изучение новых методов. В 2009 году она проходила стажировку в Институте биомедицинской химии РАМН (г. Москва) по новому направлению – протеомика, где успешно освоила ряд сложных методик. И вот награда – медаль Российской академии наук с премией Юлия получила за работы в области молекулярной биологии, в которых показано, что агробактериальные гены подавляют процессы программируемой гибели клеток (апоптоза) и вызывают ряд других защитных реакций. Целью работы являлось исследование механизмов действия генов rol на сигнальные пути в трансформированных клетках растений.
Несколько слов, почему это важно. Впервые в природе удалось «подсмотреть» условия, при которых растительная клетка может быстро расти и накапливать большое количество биологически активных веществ (при этом также повышается её устойчивость к стрессам). Ранее процессы роста и биосинтеза биологически активных веществ были разобщены, что сдерживало внедрение клеточных культур растений в условия промышленного производства. Новые результаты позволили увидеть неизвестные прежде аспекты действия регуляторных генов. А это, в свою очередь, позволит сконструировать «модель» клеточных культур нового поколения, привлекательных для промышленного применения.
Результаты этих исследований были опубликованы в таких престижных журналах, как Plant Signaling and Behavior (2012), Critical Reviews in Biotechnology (2012), и других, и привлекли внимание ведущих коллективов в области биотехнологии растений. Поэтому коллектив авторов, в котором работает Юля, был приглашён поучаствовать в написании обзорной статьи в престижной серии Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology (опубликована в 2013 году).
Таким образом, работа, за которую Юля была удостоена высокой награды, внесла вклад в развитие научных знаний о таких фундаментальных процессах, как вторичный метаболизм растительной клетки и создала базу для разработки новых медицинских препаратов. Практическое применение работы: в результате из растения незабудочника шелковистого была получена клеточная культура ЕsE4 – воспроизводимый источник метаболитов кофейной кислоты (розмариновой кислоты и рабдозина). Полученная культура клеток EsE4 является абсолютным мировым рекордсменом по продуктивности рабдозина (Inyushkina et al., Biosci. Biotechnol. Biochem., 2007; Инюшкина Ю.В. Вестник ДВО РАН 2008). Препарат из культуры клеток EsE4 под названием «эритрорицин» испытывался в Алтайском государственном медицинском университете на модели острого токсического нефрита Масуги (лабораторные животные). Он показал высокую активность: вдвое уменьшал случаи тяжёлого гломерулонефрита, четверть животных вообще не заболели (Inyushkina et al., Biosci. Biotechnol. Biochem., 2007; Inyushkina et al., 2008, Chin J Biotech). Кроме того, обладал противовоспалительной активностью. Возможное использование препарата из культуры клеток E sericeum в медицине – это разработка средств для лечения заболеваний почек и препаратов, связанных с антиоксидантным действием (Inyushkina et al., Biosci. Biotechnol. Biochem., 2007; Брюханов и др., Хим.-фарм. журнал, 2008).
Как говорит Юлия, для неё награждение медалью РАН, безусловно, радостное событие. «Это высокая награда, которая обязывает двигаться вперёд, расти профессионально. Это вклад лаборатории, целого коллектива единомышленников в развитие направления биотехнологии растений на Дальнем Востоке России».

Вторая наша медалистка аспирантка Ольга Артуровна Шумакова к медали РАН была представлена ещё как студентка ДВФУ (после его окончания в 2013 году, поступила в аспирантуру БПИ). И в настоящее время продолжает исследования, начатые ею в период студенчества. Биологией она интересовалась ещё со школьной скамьи. Администрация города Находка, откуда Ольга родом, ежегодно проводила летние смены для школьников, увлечённых биологическими и химическими науками, в которых Ольга активно участвовала. В этих сменах работали молодые учёные из лаборатории биотехнологии БПИ. Так, в одной из них от тогда ещё аспирантки лаборатории Анны Турленко узнала об исследованиях, проводимых в институте, и сразу после поступления в университет, в октябре 2008 года пришла в лабораторию в группу молодых учёных, возглавляемых К.В. Киселёвым. Так, начиная с первого курса, она уже участвовала в научных изысканиях лаборатории. И оказалась талантливым исследователем, очень активным, инициативным, настойчивым и трудолюбивым. Результатом её упорной исследовательской работы в лаборатории, которую она совмещала с учёбой, стало то, что к моменту окончания университета она уже была соавтором десяти статей в российских и зарубежных журналах, не говоря уже о других публикациях – материалах различных конференций, в которых принимала участие с докладами.
В лаборатории биотехнологии, возглавляемой академиком РАН директором БПИ Ю.Н. Журавлёвым, Ольга изучает регуляцию биосинтеза резвератрола – ценного биологически активного вещества. Резвератрол содержится в винограде и обладает антиоксидантными свойствами, противобактериальным и противовирусным действием. В 2004 году была опубликована статья зарубежных учёных, в которой было показано, что резвератрол эффективен при лечении многих видов рака (Aggarwal et al. 2004). Ещё раньше появился ряд статей о защитном действии этого вещества. В частности, показано, что умеренное регулярное потребление красного вина – продукта, содержащего резвератрол, снижает риск сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний. По всему миру пошёл бум, связанный с красным вином. Но дело в том, что его потребление в профилактических целях требует доз, которые могут привести к алкоголизму. Поэтому во многих странах стали разрабатывать пищевые добавки на основе резвератрола. И оказалось, что в винограде его не так уж много, по крайней мере недостаточно для промышленного производства биодобавок. Логичным был дальнейший шаг многих лабораторий – извлекать резвератрол из клеточных культур винограда, которые можно выращивать «в пробирке». Тогда и было инициировано получение высокопродуктивной клеточной культуры винограда в нашей лаборатории. Это удалось сделать – в 2006 году была получена высокопродуктивная клеточная культура из винограда амурского. Сделать это было непросто – вначале культура показывала низкую продуктивность. Пришлось применять различные генно-инженерные манипуляции. Эффективным оказалось введение в геном клеток винограда агробактериального гена rolB – под его действием продукция резвератрола увеличилась в 100 раз! Это был выдающийся результат. Работа была опубликована в международном журнале Journal of Biotechnology в 2007г. (Kiselev K.V., Dubrovina A.S., Veselova M.V., Bulgakov V.P., Fedoreyev S.A., Zhuravlev Y.N. 2007. The rolB gene-induced overproduction of resveratrol in Vitis amurensis transformed cells // Journal of Biotechnology. – Vol. 128. P. 681–692.) и вызвала много откликов.
Казалось бы, проблема неисчерпаемого источника столь актуального для людей резвератрола была решена. Но оказалась, что культура нестабильна. Чтобы добиться стабильной продуктивности, пришлось изучать механизмы регуляции биосинтеза резвератрола в клеточных культурах. Оказалось, что нестабильный синтез резвератрола в клеточных культурах винограда связан с постранскрипционными изменениями мРНК. Что это такое? Известно, что количество белок-кодирующих генов в геноме растений и животных ограничено. Многообразие полученных белков увеличивается за счёт посттранскрипционных изменений мРНК, то есть, когда на одной матрице ДНК можно получить несколько матриц мРНК, которые будут продуцировать белки с разными свойствами. Предположительно, процессы онкогенеза и эмбриогенеза у растений связаны с увеличением количества генов, мРНК которых подвергаются посттранскрипционным изменениям (альтернативному сплайсингу). И вот нами было впервые показано, что в трансформированных клеточных культурах винограда амурского мРНК генов кальций-зависимых протеинкиназ, важных регуляторных ферментов, подвергаются необычным посттранскрипционным изменениям. Эти данные были опубликованы в 2009 году в Applied Microbiology and Biotechnology (Kiselev K.V., Dubrovina A.S., Bulgakov V.P. 2009. Phenylalanine ammonia-lyase and stilbene synthase gene expression in rolB transgenic cell cultures of Vitis amurensis // Applied Microbiology and Biotechnology. – Vol. 82. N 4. P. 647–655). Это положило начало исследованиям группы молодых учёных, в которую входит Ольга Шумакова, под руководством ведущего научного сотрудника кандидата биологических наук Константина Вадимовича Кисёлева в направлении поиска регуляторных механизмов биосинтеза резвератрола. В конечном итоге целью является получение клеток растений с повышенным содержанием резвератрола – альтернативным источником ценного стильбена. Таким образом, в работе у Ольги удачно переплетаются фундаментальные и прикладные задачи.
Что для Оли значит эта награда? Это, несомненно, признание выполненной работы, того, что время потрачено с интересом и пользой. Ещё подтверждение того, что направление выбрано правильно и нужно так же в том же духе двигаться дальше.

Ольга КОРЕНЬ,

учёный секретарь Биолого-почвенного института ДВО РАН,
кандидат биологических наук

Дальневосточный ученый
№5 (1495)
12 марта 2014 г.

Ю. Верещагина

О. Шумакова