«Нам повезло работать на одном из самых древних и уникальных водоемов на Земле. Байкал – это дом не только всемирно известной нерпы и других представителей фауны, но множества невидимых организмов: бактерий, грибов, вирусов. В этом необыкновенном водоеме живут весьма интересные микроорганизмы, способные вести активную деятельность при низкой температуре. Оказалось, что они еще и продуцируют потенциальные средства для лечения тяжелых и пока неизлечимых заболеваний», — так увлекательно начал рассказ о своей работе руководитель лаборатории Фармацевтической биотехнологии Иркутского госуниверситета, кандидат биологических наук Денис АКСЕНОВ-ГРИБАНОВ. Молодой ученый — обладатель гранта Президента Российской Федерации. Вместе со своей командой он не только проводит исследования, но и создает научные приборы, экономя таким образом миллионы рублей.
— В экосистеме озера есть ниши с очень узкими и специфическими условиями окружающей среды, — продолжает рассказ Денис. — Например, зимой непосредственно подо льдом температура воды составляет лишь несколько десятых долей градуса, что не позволяет ей замерзать. В этих зонах живут бактерии и микроскопические водоросли. Организмы, которые могут обитать только в условиях низких температур, получили статус «психрофильных» (от греч. ψυχρός — «холодный» и philéō — «люблю»). Активно развиваясь подо льдом, они служат кормом для различных простейших и мелких беспозвоночных.
Байкал отличается круглогодично низкой температурой воды. Лишь зона мелководья способна прогреваться до 30 градусов. Но стоит прийти шторму, а это случается регулярно, как температура воды моментально возвращается к своим 4-6 градусам. Поэтому психрофильные микроорганизмы — это норма и одновременно необходимость для озера. Кроме того, это одна из разновидностей экстремофильных микроорганизмов, то есть живущих в условиях, экстремальных для большинства иных обитателей.
Большая часть микроорганизмов активно растет и развивается при температурах окружающей среды в диапазоне 30-40 градусов Цельсия. Все системы обеспечения их жизнедеятельности адаптированы к такому режиму. Однако у экстремофилов, как я уже сказал, оптимум сдвинут в сторону низких, а порой и отрицательных температур. Их ферменты эффективно работают именно в холоде. Но механизмы адаптации байкальских экстремофилов к низким температурам пока еще не изучены.
Кроме того, мы видим, что эти микроорганизмы еще и адаптированы к жизни в среде с высоким содержанием кислорода. Это достаточно агрессивные условия, и другие организмы в них погибают. А психрофилы не просто растут и развиваются, но и синтезируют в таких стрессовых условиях биологически активные метаболиты, в том числе антибиотики и молекулы, способные подавлять рост и развитие раковых клеток. Это было обнаружено в ранее проводившихся исследованиях.
Однако и ноотропная (нейропротекторная) и нейрогенез-стимулирующая активность молекул, синтезируемых байкальскими холодолюбивыми обитателями, не исследована. А ведь именно в неизученных организмах и экосистемах можно значительно быстрее найти новые молекулы. Это дает неоспоримые преимущества нашим микроорганизмам перед другими группами.
— Ваша тема называется «Трансляция потенциала психрофильных микроорганизмов озера Байкал для нейрофизиологии». Что это за трансляция, почему она интересна?
— Наша цель — поиск новых молекул и разработка прототипов действующих веществ для потенциальных лекарственных препаратов против инсультов, деменции, болезни Альцгеймера. Мы изучаем возможности применения потенциала выделенных молекул в медицинской биологии, нейробиологии, нейрохимии. Исследуем, какие из них синтезируются микроорганизмами и есть ли среди них те, которые обладают антиоксидантной активностью и одновременно активностью по отношению к нервным клеткам человека и животных. Затем выявляем молекулы, способствующие стимуляции роста нервных и глиальных клеток. Также ищем совершенно новые молекулы, которые не описаны в научной литературе и базах данных природных соединений.
— Есть ли у вас все необходимое, чтобы проводить такого рода исследования?
— В основе нашего проекта лежат базовые принципы микробиологии и биотехнологии: выделение чистых культур, выращивание микроорганизмов на различных питательных средах и в различных условиях. При этом используем современные методы хроматографии и масс-спектрометрии для огромного блока анализов. Разрабатываем и наши собственные подходы для анализа. Все это позволяет выявить сверхнизкие концентрации молекул. Оборудование, приобретенное университетом недавно, позволяет успешно решать некоторые аналитические задачи.
Наша лаборатория очень молодая — ей чуть более года. За это время мы отремонтировали и адаптировали помещения для работы, обзавелись научным оборудованием, расширили коллектив ученых с четырех человек до шестнадцати. Сейчас у нас работают биологи, медики, химики, есть даже ветеринар, так как мы планируем исследования с участием лабораторных животных.
Однако размер гранта все же не позволяет приобрести все оборудование, необходимое для технологического прорыва и полноценного развития нашего направления. Сегодня многое мы создаем вручную. Например, собрали ламинарный бокс, аналогичный второму классу безопасности, а также гель-документирующую систему, орбитальные шейкеры. Без такого вспомогательного оборудования микробиологам и биотехнологам не обойтись. Сейчас идет формирование лаборатории клеточной биологии. Работаем над ферментером и фитореактором. Создание приборов «на коленке» позволяет лаборатории экономить миллионы рублей.
Нам очень пригодился бы аналитический комплекс на базе хромато-масс-спектрометра высокого разрешения. Он необходим для исследований, которые невозможно эффективно делать на аутсорсе (то есть в сторонних лабораториях). В Иркутске оборудования такого класса попросту нет или оно установлено в учреждениях, куда простым людям, в том числе ученым, доступ воспрещен. Все это, к сожалению, тормозит развитие перспективных научных направлений на Байкале.
— Где в первую очередь пригодятся результаты, которые вы планируете получить?
— Исследования в области нейродегенерации и активации роста нервных клеток сегодня — в числе передовых и приоритетных направлений. Проблемы памяти, внимания и обучения актуальны для всего мира. Наши работы направлены не просто на изучение какой-то одной группы микроорганизмов. Мы проводим поисковые исследования молекул — стимуляторов роста нейронов и межнейронных связей. Так что сегодня наш фокус смещен на биомедицинские и фундаментальные научные аспекты.
— Каким вы видите результат вашей работы?
— Первым итогом будет выделение новых молекул с антиоксидантной активностью. Такая активность подобна сигнальному колокольчику: если она имеется, значит, есть смысл продолжать работать в этом направлении. Затем потребуется комплексный скрининг для оценки дополнительной биологической активности. Это может быть и антибиотическая, и антирадикальная активность или, наконец, выявление специфической активности против конкретных свободных радикалов.
Но главный наш интерес в том, чтобы понять, способны ли молекулы индуцировать рост нервной ткани. Почему многие люди, имеющие заболевания, не могут вылечиться? Причин, несомненно, много, но одна из них заключается в том, что используется симптоматическое лечение, а не комплексная терапия. Наши исследования помогут решить эту проблему.
Выявление молекул с антиоксидантной и одновременно нейрогенез-стимулирующей и ноотропной активностью способствует нормализации психоэмоционального статуса. Устраняя последствия оксидативного стресса на уровне клеток, со временем возможно устранить хронические заболевания. Также поиск новых механизмов защиты от окислительного стресса у человека и животных поможет развитию подходов персонализированной медицины, то есть лечения не по общей схеме, а по подобранной на основе индивидуальных реакций пациента, с учетом специфики его нервной системы и психоэмоционального статуса.
Хочу отметить, что мы приводим все необходимые доказательства, что наша гипотеза верна. Я имею в виду антиоксиданты, которые обладают нейропротекторной, нейротрофной и нейрогенез-стимулирующей активностью. Далее логично было бы коммерциализировать научную идею. Через 10-12 лет я очень хочу видеть на прилавках аптек препарат, к которому имею прямое отношение, и испытывать гордость за то, что он эффективен и реально помогает людям.
Однако из-за того, что клинические испытания — это дорогостоящий, длительный и часто непредсказуемый процесс, нам приходится развивать и менее рисковые проекты. Например, по разработке правильного и альтернативного питания. Речь ни в коем случае не идет о биологически активных добавках к пище, которые «лечат» все заболевания человечества. Мы разрабатываем подходы к производству альтернативного белка из грибов и ферментированной еды. Это тоже имеет отношение к нейробиологии, например, при исследовании влияния наших пищевых продуктов на когнитивные процессы.
Сейчас перед нами стоит задача по созданию производства грибного белка и полуфабрикатов: от съедобного грибного мицелия до высокофункционального изолята белка для спортсменов, а также для диабетиков с возрастными нейродегенеративными отклонениями. Для этого наша команда заручилась поддержкой экспертов Сколково, и сейчас происходит регистрация малого инновационного предприятия при университете.
Фирюза Янчилина
Нет комментариев