CC BY
17
ГУ НИИ БИОХИМИИ СО РАМН НАКАНУНЕ СВОЕГО ДВАДЦАТИЛЕТИЯ
Созданию Института биохимии СО РАМН в г. Новосибирске предшествовала активная работа отдела экологии человека, а затем отдела биохимии Института клинической и экспериментальной медицины СО РАМН (ИКЭМ). Институт биохимии де юре начал существовать с 26.10.88 г. после того, как вышел приказ М3 СССР № 782 «Об организации в г. Новосибирске Института биохимии Сибирского отделения АМН СССР», подписанный министром академиком Е.И. Чазовым. В соответствии с этим приказом Институту биохимии из ИКЭМ были переданы «штатная численность научных сотрудников 50 ед. с фондом заработной платы, используемое ими научное оборудование, занимаемые площади, а также все имеющиеся фонды и лимиты согласно заявок на 1988-1990 гг.».
В первые годы своего существования Институт биохимии продолжал активную экспедиционную деятельность в урбанизированных (г. Норильск) и неурбанизированных районах (пос. Диксон, Волочанка) Азиатского Севера, в условиях Арктических пустынь (полярные дрейфующие станции) и Антарктиды (станции Молодежная, Лазаревская, Восток).
Важным научным проектом тех лет было участие Института биохимии в выполнении международный научной программы совместно с канадскими учеными под названием «Polar Bridge» (Полярный мост). Целью этих исследований было изучение системных механизмов адаптации человека, анализ межсистемных связей, описание индивидуальных типов адаптивного поведения, выявление оптимальных вариантов стратегии и тактики поведения и жизнеобеспечения замкнутого коллектива в экстремальных условиях высоких широт. Ответственным за выполнение этой программы с канадской стороны был университет г. Оттавы, с российской стороны — два института: Институт биохимии СО АМН СССР (головной по научной программе) и Институт биофизики М3 СССР (г. Москва).
Еще одна немаловажная цель этой программы и самого перехода отмечалась в приветственной телеграмме ЦК КПСС, подписанной М.С. Горбачевым, которая звучала так: «Переход несомненно послужит укреплению взаимопонимания и добрососедства между СССР и Канадой, интересам международного сотрудничества — и не только в деле освоения Арктики».
Весь переход СССР — Северный полюс — Канада протяженностью 1800 км занял 3,5 месяца.
Результаты экспедиции оказались уникальш ми по своему значению. Они опубликованы совместной монографии: «Observation on ti Soviet / Canadian Transpolar Ski Trek» (ред. про* Р.Дж. Шепард, Изд-во Karger, Канада, 1992). Эт му переходу предшествовал еще один лыжнь переход по дрейфующим льдам Северного Лед витого океана, выполненный исключительно ру скими участниками. Он был осуществлен в 1986 в период полярной ночи. В нем принимал уча тие и сотрудник Института биохимии канд. био наук A.A. Розуменко. Медицинское обеспечен! перехода осуществлял сотрудник Рязанско мединститута к.м.н М. Г. Малахов (удостоен зв ния Герой России за участие еще в нескольк! аналогичных переходах). Научную програм.ч данной экспедиции обеспечивали сотруднш Института биохимии канд. мед. наук П.Е. В.т щинский и канд. мед. наук А.Р. Колпаков (ньп профессора). Руководителем этих лыжных пер ходов в условиях Арктических пустынь был кан физ.-мат. наук Д.И. Шпаро (Институт стали сплавов, г. Москва). К наиболее важным резул татам данной экспедиции нужно отнести анал! состояния психоэмоциональной сферы участи] ков перехода, определение широкого спектра э] докринных и биохимических показателей кров выбор оптимальных рационов и режимов пит ния в условиях длительного психо-эмоционал ного и физического напряжения. Обобщеннь отчет по результатам экспедиции был нагтравлс в Минобороны.
Самым значительным результатом всех иссл' дований ГУ НИИ биохимии в Арктике и Анта] ктиде было открытие «полярного метаболическ' го типа», установление связи между изменение обмена веществ и биохимическими показателям крови (химического состава внутренней сред организма). Показано, что под влиянием суровь факторов окружающей среды организм челове! переходит на новый уровень гомеостаза, для ю торого характерны иные экологически обусло] ленные нормы его здоровья.
Например, для энергетического гомеоста: характерным оказалось «переключение энергет) ческого обмена с углеводного типа на липидный В крови у этих людей снижалось содержание у леводов (глюкозы) и увеличивалось содержат транспортных форм жира (общих липидов, СЖ' фосфолипидов, ЛПНП и ЛПОНП и др.). Одн ко угрозы для появления факторов риска ИБ не возникало. Это объяснялось тем, что в кро!
значительно повышалась активность липопротеиновой липазы, а в печени — печеночной тригли-церидлипазы, что приводило к сдвигу липопротеинового спектра в сторону увеличения ЛПВП.
Изменения водно-солевого гомеостаза характеризовались снижением почечного барьера для глюкозы, водорастворимых витаминов и минеральных веществ, отчего концентрация этих соединений в крови снижалась. Усиливался обмен и скорость выделения из организма лекарственных веществ и ксенобиотиков, что ставит вопрос об особенностях северной (высокоширотной) фармакологии в отличие от средне- или южноширотной.
М.А. Якименко ранее было установлено изменение температурного гомеостаза при длительном холодовом воздействии, характеризующееся снижением средневзвешенной температуры тела и КПД физической работы. В ГУ НИИ биохимии показано, что последний факт обусловлен разобщающим действием аполипопротеина С, входящего в структуру ЛПОНП на процессы окислительного фосфорилирования в тканях.
Изменения антигенно-структурного гомеостаза характеризовались дестабилизацией внутрисистемных связей, изменением реактивности в системе иммунитета и связанной с ней системе воспаления (снижение фагоцитарной и бактерицидной активности), изменением нормы реакции на антигенный раздражитель, активацией антите-логенеза и аутоиммунных процессов.
Говоря о «полярном метаболическом типе», нужно учесть, что изменения в различных гомеостатических системах организма, которые мы наблюдали в высоких широтах, в значительной степени определяются «метаболическим обусловливанием». В этом проявляет себя основной механизм межсистемных связей. Его тоже можно отнести к новым явлениям, впервые описанным нами на Севере.
Ведущими изменениями со стороны эндокринной системы явилось незначительное повышение активности гипоталамо-гипофизарно-надпочеч-никовой системы на фоне снижения продукции инсулина, т.е. развитие «диабета напряжения». Последнее обстоятельство очень важно, т.к. инсулин обладает контркортикальным действием. Это позволяет расширить рамки регуляторного эффекта глюкокортикоидов и дает возможность человеку на фоне постоянного экологического напряжения реагировать на дополнительный стресс дальнейшим увеличением продукции стероидных гормонов.
Важным практическим внедрением в практику теоретических исследований явилась разработка норм потребности человека в пищевых вещес-
твах и энергии для различных климато-геогра-фических регионов Сибири, Дальнего Востока и Крайнего Севера. Обоснована целесообразность применения на Севере белково-липидных рационов, характеризующихся повышенной энергетической ценностью и обладающих антистрессовым эффектом. Данный механизм межсистемных взаимодействий был подробно исследован нами в условиях эксперимента. Оказалось, что он связан с подавлением продукции кортикостероидов надпочечниками под влиянием ЛПОНП и хиломик-ронов, образующихся в кишечнике при употреблении белково-липидных рационов.
Для того, чтобы глубже понять механизмы адаптации пришлого населения Азиатского Севера в ГУ НИИ биохимии, были проведены сравнительные исследования на аборигенном населении (нганасаны, долганы), проживающем на севере Красноярского края (п-в Таймыр). Для коренных жителей и их предков экстремальные условия Крайнего Севера служили столетиями естественной средой обитания. Впервые было показано, что важнейшим условием выживания аборигенного населения являлись особенности национального питания, использование в пищу исключительно местных продуктов. Это речная и озерная рыба, оленина, мясо и жир морского зверя и небольшое количество растительных даров тундры. Привозные продукты (мука, сахар, соль, растительное масло) были мало доступны. Высокое содержание в местных продуктах жирорастворимых витаминов, природных антиоксидантов, ненасыщенных жирных кислот класса соЗ и соб оказались основными антирискфакторами в развитии сердечнососудистой (ИБС, АГ) и эндокринной (диабет) патологии.
Промышленное освоение Крайнего Севера, миграция сюда пришлого населения, развитие транспортных путей, завоз нетрадиционных продуктов питания (сахар, соль, водка) нанесли непоправимый вред аборигенному населению. Популяционно-генетические процессы (механизмы) разрушения сложившихся изолятов Крайнего Севера на примере нганасан прослежены сотрудником Института биохимии Т.В. Гольцовой.
Институт биохимии принимал активное участие в решении проблем коренных народов Севера в рамках международных научных проектов. Наиболее важные результаты получены в сотрудничестве с Министерством по делам коренного населения и северного развития Канады. В этих исследованиях показана важность сохранения традиционных укладов коренного населения для будущих поколений. Результаты совместной работы обобщены и опубликованы в виде отчета: Health and fitness: a comparative study of Canadian
inuit and Siberian nganasan. (Ottawa, Ontario, 1995). Канадская сторона в предисловии к изданию отметила: «Проведены уникальные сравнительные исследования антропометрических, физиологических и биохимических характеристик коренного населения канадского (пос. Иглюлик) и Российского (пос. Волочанка) Севера».
Последние 10 лет ГУ НИИ биохимии занимался исключительно фундаментальными исследованиями в области биохимии, молекулярной биологии и биотехнологии. В этот период открыто новое неизвестное ранее «явление стимуляции резидентными макрофагами биосинтеза белка в паренхимных клетках органов и тканей в процессе регенерации». Международной ассоциацией авторов научных открытий выдано свидетельство и диплом №99 на открытие от 18.01.1999 г.
Дальнейшие исследования в этом направлении показали, что полученные результаты выходят далеко за рамки проблемы регенерации. Оказалось, что открытое явление позволяет по-новому взглянуть на механизмы биологического старения человека и животных, роль макрофагов в образовании антител (механизм иммунного ответа), пролиферацию нормальных и опухолевых клеток.
Впервые показано, что участие макрофагов в регуляции экспрессии генов в паренхимных клетках связано с образованием биологически активного комплекса стероидные гормоны — апо-липопротеин А-I, при этом стероидные гормоны восстанавливаются с образованием тетрагидросоединений. Определены сайты связывания комплекса с эукариотической ДНК. Ими оказались участки со структурой CC(GCC)n. Раскрыт механизм разрыва водородных связей в GC-napax, показано образование однонитевых участков ДНК и взаимодействие их с РНК-полимеразой. Оказалось, что данный механизм лежит в основе не только регуляции экспрессии генов, но и копирования ДНК, т.е. связан с пролиферацией клеток.
В последние годы было показано, что в данном механизме присутствует и отрицательная оборотная связь. Она обусловлена наличием конкурентных взаимоотношений между комплексом гормон — апо А-I и апоЕ при взаимодействии их с GC-богатыми участками ДНК. Это впервые открыло новый путь к управлению пролиферативными процессами, как в нормальных тканях, так и при опухолевом росте. Данное направление сегодня в НИИ биохимии активно разрабатывается.
Достигнуты большие успехи в области системного анализа биологических явлений. Они касаются принципов функциональной организации процессов жизнедеятельности. В рамках этих представлений гомеостаз рассматривается как де-
терминантная система, в которой результат действия детерминирован или прогнозируется в процессе взаимодействия специфических для данной системы сигналов с элементами ее памяти. Для гомеостатических детерминантных систем роль элементов памяти играют 4 типа азотистых оснований (А, Т, Г, Ц), определяющие генетическую память всех биологических объектов без исключения. На основе этих представлений разработана функциональная структура таких гомеостатических систем как энергетический, антигенно-структурный и информационный (негэнтропийный) гомеостазы.
Разработанные принципы организации детерминантных систем перенесены на физические и химические объекты и явления. Все атомы и молекулы здесь рассматриваются как открытые системы, непрерывно обменивающиеся массой, энергией, информацией с окружающей средой. Роль последней для них играет квантовый вакуум, без которого стабильное существование атомов и молекул невозможно. Показано, что в основе возникновения и прогрессивного развития Мира лежат детерминантные системы, которые проходят разные уровни самоорганизации: физический, химический, биологический и социальный. Увеличение негэнтропии в таком мире связано с накоплением информации и свободной энергии.
В области биотехнологии в НИИ биохимии достигнуты важные для здравоохранения результаты. Наиболее перспективные следующие. Сконструирована серия векторов, обеспечивающих эффективную индуцируемую экспрессию встраиваемых генов под контролем регуляторной области гена recA Proteus mirabilis. На их основе клонированы гены, кодирующие иммунодоми-нантные белки, специфичные для возбудителей туберкулеза и Лайм-боррелиоза и созданы соответствующие лабораторные варианты тест-систем для иммунодиагностики данных заболеваний. В отличие от известных аналогов, тест-система для диагностики Лайм-боррелиоза ориентирована на геновиды возбудителя заболевания Borrelia burgdorferi s.l. (В. garinii и В. afzelii), встречающиеся на территории Сибири, основана на использовании специфичных иммунодоминантных антигенов OspA, р39, р83 и OspC, обладает удовлетворительными диагностическими характеристиками: чувствительность 71,1%, специфичность 57%. Она может использоваться для диагностики как начальных стадий иксодового клещевого бор-релиоза, так и его хронических форм. Ее преимуществами являются простота в постановке, низкая себестоимость и достаточная прогностическая эффективность. Защищена патентом на изобретение РФ № 2260047, дата регистрации 10.09.2005 г.
Продемонстрирована перспективность применения рекомбинантных антигенов ТБАТб, р38 и МТР40 в иммуноферментных тест-системах для диагностики туберкулеза. Экспериментальные образцы тест-системы характеризуются высокой чувствительностью (98%) и специфичностью (89%). Использование рекомбинантных белков для диагностических тест-систем избавляет от необходимости более трудоемкого выделения белков непосредственно из микобактерий туберкулезного комплекса и делает возможным проведение широких скрининговых обследований населения. Апробируются варианты получения иммунохроматографических экспресс-тестов для выявления в крови пациентов антител к возбудителю туберкулеза.
Разработана тест-система для диагностики туберкулеза, основанная на методе ПЦР. Она позволяет получить прямую информацию о наличии микобактериальных геномов в образцах крови, проводить дифференциальную диагностику туберкулеза человеческого и бычьего типов. В сравнении с отечественными аналогами
при той же стоимости исключает ложноотрицательные результаты анализа, обеспечивает высокую специфичность, чувствительность (можно обнаружить от 25 микобактериальных геномов в образце, взятом на анализ), не дает положительного результата на вакцинные штампы М. bovis BCG. Успешно апробирована в специализированных клинических учреждениях г. Новосибирска. Подготовлены документы в Минздрав-соцразвития.
Сегодня в НИИ биохимии существуют и другие методы, требующие внедрения. Однако внедрение высокотехнологичных разработок предполагает создание инновационных центров при поддержке государства, формирование государственной системы подготовки кадров по коммерциализации научной продукции в госучреждениях. Современные бизнес-структуры России не готовы взять на себя финансирование начального этапа внедрения, т.к. ориентированы не на долгосрочное вложение средств в новые технологии, а на немедленную отдачу и получение прибыли от вложенных средств в короткие сроки.
