13 ноября 2013 г.
Микробиологи Дальневосточного отделения РАН ближе всех подошли к решению проблемы универсального донора
Член-корреспондент Российской академии наук Валерий Викторович Михайлов работает в Тихоокеанском институте биоорганической химии имени Г.Б. Елякова Дальневосточного отделения РАН заведующим лабораторией микробиологии. Также он является куратором Коллекции морских микроорганизмов (КММ). В мае нынешнего года на страницах еженедельника «Аргументы неделi-Приморье» учёный отмечал: чтобы не оторваться от мировой науки, России нужен институт морской микробиологии. Это особенно важно в свете правительственных планов по развитию биотехнологий и созданию биоресурсных центров на основе наиболее крупных микробиологических коллекций страны. По его мнению, было бы очень неплохо, если такой центр создали именно во Владивостоке. Но тогда, весной, ещё ничто не предвещало скорой атаки власти на отечественную науку. Глава минобрнауки даже обвинил РАН в несостоятельности и неэффективности. Между тем, фундаментальной науке есть что предъявить. В том числе и учёным-микробиологам ТИБОХ ДВО РАН. Вот что рассказал Валерий Викторович Михайлов пресс-службе ДВО РАН.
«Во всех развитых странах, имеющих выход к морю, серьёзно занимаются морской микробиологией: систематикой и таксономией, экологией и биотехнологией (традиционной и на основе генной инженерии) морских бактерий и грибов. В нашей же стране такие исследования почти не ведутся. Лишь в Институте микробиологии имени С.Н. Виноградского РАН в Москве занимаются биогеохимическими исследованиями океана, термофильными морскими микроорганизмами, да в ТИБОХ ДВО РАН – лаборатория микробиологии и некоторые другие лаборатории ведут работы по систематике и изучению продуцентов ферментов и вторичных биологически активных метаболитов. Но на Дальнем Востоке нужен отдельный институт морской микробиологии. Его появление сдвинуло бы почти что с мёртвой точки проблему использования микробных ресурсов океана (а они практически неисчерпаемы – микробы могут всё). А ведь биотехнологии являются технологическим базисом будущего. Это и биомедицина, и промышленность, и морское хозяйство, и охрана окружающей среды и многое-многое другое.
Биология за последние десятилетия сделала огромный скачок на пути познания жизненных явлений, прежде всего в области микробиологии, молекулярной биологии и молекулярной генетики. Новые открытия объединили разрозненные прикладные направления, подвели под них единую фундаментальную базу. В результате возникла биотехнология. Она быстро развивалась, и уже в 1983 году поступил в продажу человеческий инсулин, выработанный кишечными палочками, несущими в себе искусственно встроенную в бактерию генетическую информацию об этом гормоне, который необходим для больных диабетом. В нашей стране первые работы с рекомбинантными молекулами ДНК были начаты в 1974 году в Институте молекулярной биологии РАН, Институте биохимии и физиологии микроорганизмов имени Г.К. Скрябина РАН, Всероссийском научно-исследовательском институте генетики и селекции промышленных микроорганизмов и, несколько позже, в Институте биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН. Первые публикации появились в 1975 г. Специалистами из этих институтов были созданы бактериальные штаммы-продуценты всех трёх типов интерферонов, гормона роста человека и сельскохозяйственных животных, проинсулина человека и многих других веществ.
Человечество исстари пользовалось на практике микробиологическими процессами, ничего не зная о микробах. Это изготовление хлеба из кислого теста, пива, вина, получение кисломолочных продуктов, квашеной капусты, силосование кормов, мочка лубоволокнистых растений и многое другое.
Традиционная микробиологическая промышленность остаётся самым значимым слагаемым биотехнологии. Эта промышленность «вышла» из работ великого французского учёного Луи Пастера по спиртовому, масляному и молочному брожению. Пастер всегда заботился о применении своих блестящих открытий. Он говорил: “Я не знаю, что такое прикладная наука. Я знаю, что есть наука и области её применения, и они связаны между собой, как плод и взрастившее его дерево.” В 1873 году Пастер запатентовал штамм пивных дрожжей (дрожжи – это одноклеточные грибы), и это был первый случай патентования живого существа. Биосинтез пенициллина методами ферментации в 1940-х годах дал новый импульс современной промышленной микробиологии. Для биоиндустрии выбор между биосинтезом и химическим синтезом вещества определяется экономическими факторами. Среди соединений, продуцируемых микроорганизмами, можно отметить аминокислоты, антибиотики, белки, витамины, гербициды, инсектициды, липиды, нуклеиновые кислоты, органические кислоты, пигменты, поверхностно-активные вещества, моно- и полисахариды, противоопухолевые агенты, растворители, гормоны роста растений, стерины и превращённые стероиды, фармакологические средства, ферменты, эмульгаторы...
Ещё 20 лет назад было невозможно подумать о полной геномной карте какого-либо организма, а сейчас секвенирован геном человека. Наступило время реальной геномики, что обещает стать кладезем новых идей в разных областях человеческой деятельности. Геномика открывает массу перспектив и для биотехнологии: это и создание уникальных лекарств и методов для победы над неизлечимыми сейчас болезнями, и создание пищи, способной заменить многие лекарства, и персонализированная медицина, и продление жизни человека и многое другое.
В настоящее время, в связи с ускоренным развитием морской биотехнологии, во многих странах морские микроорганизмы стали объектом повышенного внимания, так как они могут синтезировать необычные вещества (однако использование их пока весьма ограничено, что связано с многими причинами, в первую очередь с их малой изученностью по сравнению с микроорганизмами из других местообитаний). Так, в Японии сегодня эйкозапентаеновую кислоту – самый ценный компонент рыбьего жира – получают из морских бактерий. Некоторые бактерии моря были применены для защиты личинок ракообразных от других, патогенных для них микроорганизмов в мари(аква)культурных водоёмах. Белок, полученный из холодоустойчивых бактерий, использовался для получения снега (снегопада). Подобные “антифризные” белки могут быть использованы в производстве мороженого и близких продуктов, а гены, их кодирующие, – для создания трансгенных организмов.
Коллекция морских микроорганизмов Тихоокеанского института биоорганической химии имени Г.Б. Елякова ДВО РАН представляет собой уникальный объект инфраструктуры науки национальной значимости. Коллекция является единственной в России, целиком специализирующейся на морских бактериях и грибах-микромицетах. Коллекция является членом Всемирной федерации коллекций культур (WFCC) – официальный номер 644, официальный акроним – КММ, и получила международное признание. Сведения о КММ имеются на сайте Всемирной федерации коллекций культур http://www.wfcc.info. В мае нынешнего года КММ вновь перерегистрирована в WFCC, что является непростой задачей и что даёт возможность лучше заниматься коллекционным делом и не отрываться от мировой науки.
Так, в Тихоокеанском институте биоорганической химии ДВО РАН для изучения участия морских бактерий, обитающих в акваториях Тихого океана, в круговороте углерода, азота и фосфора был проведен скрининг продуцентов гликаназ – ферментов, расщепляющих углеводы, например амилаз. Амилазы широко используются для осахаривания крахмала в спиртовой промышленности и для переработки растительного сырья с целью получения глюкозо-фруктозного сиропа для кондитерской промышленности. Оцениваемый рынок амилаз в Российской Федерации составляет около 1 миллиарда рублей (сейчас потребность в них закрывает импорт). Штаммы, гидролизующие жиры (твины), составили в исследовании больше 73 процентов. Эти ферменты применяются также очень широко, рынок составляет несколько миллиардов рублей.
Среди морских бактерий семейства Flavobacteriaceae учёными ТИБОХ ДВО РАН обнаружены новые продуценты высокоактивных фукоиданаз – ферментов, которые катализируют деградацию фукоидана таким образом, что образуются низкомолекулярные продукты с противоопухолевой активностью. Фукоиданы содержатся в клеточных стенках бурых водорослей. Не так давно было показано, что деградированныефукоиданы проявляют ряд активностей, в том числе и противоопухолевую. Эти полисахариды разлагаются только морскими организмами, среди которых наиболее активными и биотехнологичными являются бактерии. Предварительные исследования микробиологов ТИБОХ ДВО РАН показали, что наиболее перспективны в этом плане бактерии типа Bacteroidetes. Был осуществлен поиск продуцентов фукоидан-гидролаз среди 51 штамма бактерий семейства Flavobacteriaceae, изолированных из различных морских источников. Около 40 процентов из изученных штаммов синтезировали фукоиданазы. Бактерии, изолированные из зелёной водоросли Acrosiphoniasonderi, а также из морского ежа Strongilocentrotusintermedius, были лучшими продуцентами этих ферментов. Эти ферменты вызывают сейчас особый интерес во всех странах мира, и рынок сбыта может быть значительным.
Не менее важной задачей современной микробиологии является изучение участия микроорганизмов в биосферных процессах (и, в дальнейшем, направленная регуляция их жизнедеятельности с целью решения проблемы охраны окружающей среды от бытового, сельскохозяйственного и техногенного загрязнения). Этому также посвящены экологические работы учёных-микробиологов Дальневосточного отделения РАН.
В институте изучены продуценты ферментов, снимающих групповую специфичность крови человека. Это так называемая «проблема универсального донора», которая привлекает многих специалистов из разных стран, но пока только КММ имеет морскую протеобактерию и некоторые другие бактерии, относящиеся к этому вопросу. Пока ещё никто не оценивал рынок их использования, но и априори понятно, что он может составлять значительную величину.
Также в Коллекции морских микроорганизмов имеется несколько сотен штаммов актинобактерий, той группы бактерий, которая поставляет наибольшее разнообразие коммерческих антибиотиков, имеющих значительный рынок сбыта, исчисляемый миллиардами долларов. В данном случае интересно, что один штамм синтезирует несколько веществ: против дрожжей, вызывающих кожные заболевания у человека; против бактерий, которые вызывают болезни растений; а также против морских бактерий – патогенов некоторых морских животных.
Из бактерии, полученной микробиологами Дальневосточного отделения РАН в водах Вьетнама, выделен новый С14-сурфактин-O-метиловый эфир и восемь известных сурфактинов. Сурфактинами учёные ТИБОХ ДВО РАН занимаются давно и планомерно. Эти вещества применяются широко: от медицины (например, эспумизан) и стиральных порошков, до добычи нефти, где они повышают отдачу нефтяного пласта. Рынок сбыта очень большой».
То есть, наука, в данном случае, микробиология, не только может, но уже давно является высоко эффективной, в том числе и коммерчески выгодной дисциплиной. Учёные Дальневосточного отделения РАН добились в деле изучения морских микроорганизмов настолько впечатляющих результатов, что микробную коллекцию ТИБОХ ДВО РАН продвинутые американские бизнесмены предлагали продать им ещё первому директору института академику Георгию Борисовичу Елякову. За океаном уж точно бы нашли способ преобразовать научные разработки в деньги, причём, немалые. У нас же власть, даже обратившая внимание на развитие биотехнологий, всё никак не может добиться результата. А при нынешнем наезде на Академию наук ожидать создания биоресурсного центра или института морской микробиологии вряд ли приходится.
Сергей СЕМЁНОВ,
пресс-служба ДВО РАН