CC BY
193
□
УДК 663.1:614.2(571-17)
Б.М. Кершенгопьц, А.Н. Журавская, Г.В. Филиппова, В.В. Аньшакова,
A.A. Шейн, Е.С. Хлебный, М.М. Шашурин
ИННОВАЦИОННЫЕ НАНОБИОТЕХНОЛОГИИ В РЕШЕНИИ АКТУАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ СЕВЕРНЫХ РЕГИОНОВ РОССИИ
Выделены основные социально-экономические, медико-биологические и экологические проблемы, лимитирующие развитие северных регионов России. Приведены примеры их решения на основе использования инновационных физико-химических нанобиотехнологий в деле переработки природного северного биологического сырья (механохимических, обработки диоксидом углерода в состоянии сверхкритической жидкости) и биофизических нейрофизиологических технологий.
Ключевые слова: рациональное использование биологических ресурсов Севера, здоровье населения, экологическая безопасность, нанобиотехнологии, механохимические процессы, реакции в сверхкритическом диоксиде углерода, природные биологически активные вещества, пантовые и лишайниковые препараты, ЭМАТ-технологии.
Одними из актуальных проблем северных регионов России, особенно её азиатской части, являются:
- очень низкий уровень заселённости, в первую очередь сельским населением, основную часть которого представляют коренные монголоидные и палеоазиатские этносы. Данная ситуация усугубилась за последние 15 лет значительным генетическим давлением с юга;
- всё ухудшающееся здоровье населения. Основными составляющими этого процесса являются: массовая алкоголизация, рост инфекционных заболеваний, особенно туберкулеза и гепатитов, нарушения иммунореактивности токсической этиологии и др.;
- низкая рентабельность основных направлений экономики сельскохозяйственного производства (оленеводства, коневодства), в котором в основном трудится коренное населения вследствие колоссальной транспортной составляющей рыночной стоимости основного конечного продукта - мяса, и как следствие дефицит рабочих мест в сельских районах и низкий уровень платы труда;
- ухудшение экологической обстановки, связанное с развитием не только горно-добывающей промышленности, но в значительной степени с добычей и транспортировкой углеводородного сырья (нефть, уголь, газ).
КЕРШЕНГОЛЬЦ Борис Моисеевич - д.б.н., профессор,
ИБПК СО РАН, профессор кафедры биохимии ЯГУ
ЖУРАВСКАЯ Алла Николаевна - д.б.н., профессор, в.н.с.
ИБПК СО РАН
ФИЛИППОВА Еалина Валерьевна - к.б.н., н.с. ИБПК СО РАН АНЬШАКОВА Вера Владимировна - к.п.н., доцент, БГФ ЯГУ ШЕИН Алексей Анатольевич - к.б.н., н.с. ИБПК СО РАН ХЛЕБНЫЙ Ефим Сергеевич - к.б.н., н.с. ИБПК СО РАН ШАШУРИН Михаил Михайлович - к.б.н., н.с. ИБПК СО РАН
В решении всего этого комплекса проблем, ключевых с точки зрения развития северных территорий России, могут помочь новейшие биотехнологии, направленные на производство конечных продуктов высокой рыночной и потребительской стоимости, с заданными свойствами (лечебного и профилактического, пищевого и технического направлений) из природного северного растительного и животного сырья.
Это сырьё является особо ценным по своему биохимическому составу. Установлено, что по мере повышения степени экстремальности условий произрастания растений (обитания животных), например, на Северо-Востоке России в определенном интервале интенсивности климатических стресс-факторов, в их тканях в 1,8^2,5 раза увеличивается общее содержание и, главное, более чем в 3 раза - структурное разнообразие (количество стерео- и структурных изомеров, гомологов, производных различной степени окисленности и непредельности) биологически активных веществ (БАВ) регуляторного и защитного действия [1, 2]. Благодаря этому увеличивается адаптивный потенциал организма, в котором они синтезируются, повышается его устойчивость к действию экстремальных климатических и антропогенных (в том числе техногенных) факторов среды. Повышение устойчивости носит неспецифический характер. То есть, развиваясь в ответ на действие одного экстремального фактора (например, климатического), такая адаптация приводит к повышению устойчивости данного организма и к действию других экстремальных факторов (например, радиационного или химиотоксического). Причиной этого является общность основных физиолого-биохимических механизмов адаптации к действию различных по природе стресс-факторов [3].
Так как эти БАВ участвуют в регуляции биохимических реакций первичного обмена веществ (общего для различных видов организмов, включая человека) либо функционирования систем, защищающих клетки и организм от действия экзо- или эндогенных токсинов (в том числе мутагенов) - антиоксидантных, репарации ДНК, клеточного апоптоза, иммуномодуляторных, антибиотических и других, то они являются БАВ неспецифического действия. То есть, будучи выделенными из тканей одних видов растений (животных), они способны проявлять свою регуляторную, защитную активность и по отношению к организмам других видов, включая человека [4-6]. По мере усложнения состава комплекса БАВ, роста степени сбалансированности по группам веществ всего спектра регуляторного и защитного действия его биологические эффекты усиливаются, а побочные отрицательные эффекты снимаются. Такие воздействия являются наиболее биогенными, т.к. известно, что ключевые регуляции обмена веществ in vivo осуществляются не чистыми химическими соединениями, а набором веществ, близких по структуре и обладающих близкими по количественным значениям свойствами (регуляторные пептиды мозга, иммуномодуляторы-интерлейкины, мембранные антиоксидантные комплексы, простаг-ландины и многие другие).
Следует подчеркнуть, что такие комплексы БАВ практически невозможно получить иным (химиосинтетичес-ким, генно-инженерным) путем.
Глубокая переработка с использованием новейших, нетрадиционных нанофизико-химических биотехнологий не только продукции оленеводства и коневодства (включая эндокринное сырьё), но и их кормовой базы (прежде всего верхнюю часть слоевищ лишайников рода Cladonia - основного корма северного оленя) позволяет:
- существенно повысить рентабельность (соответственно уровень оплаты трупа) в данных отраслях северного сельского хозяйства, создать новые рабочие места, в том числе для женщин и детей (в период школьных каникул) по сбору растительного сырья, за счёт не только освоения существующих сегментов рынка биопродуктов (препараты из пантов оленей и т.д.), но и создания принципиально новых сегментов данного рынка, на которых в ближайшие годы производимая биопродукция будет конкурентоспособной даже на мировых рынках. Например, производство биодетоксикантов внутренних сред организма человека или комплексных антибиотических эффективных препаратов из слоевища лишайников;
- организовать малотоннажное производство конечных продуктов с высокой стоимостью непосредственно вблизи сырьевой базы, что позволит существенно снизить транспортную составляющую в стоимости продукции;
- наладить производство комплексов природных биологически активных веществ профилактической и лечебной направленности, позволяющих решать проблемы, лимитирующие уровень здоровья населения. Например, биодетоксикантов внутренних сред организма, эффективных
в том числе при детоксикации алкогольных отравлений и снижающих скорость формирования алкогольной зависимости при соответствующих злоупотреблениях, либо комплексных антибиотических препаратов из слоевища лишайников, эффективных даже при лечении лекарственно устойчивых форм туберкулеза, грамм-положительных стафилококковых, сальмонеллёзных и других инфекциях. Выделять комплекс особо ценных ■^'-непредельных жирных кислот антиоксидантного и радиопротекторного действия из мяса якутской лошади;
- решать целый ряд проблем, связанных с консервацией производимых в улусах пищевых продуктов (молочных, мясных, рыбных) при их длительной транспортировке к местам переработки и потребления путём использования природных биоконсервантов, например, дигидрокверце-тина;
- предотвращать ряд экологических проблем, проводя, например, профилактику биокоррозии металлических конструкций и биоразрешений полимерных материалов. В частности, известно, что причинами от 25 до 40% аварийности на нефтепроводах, связанной с разрывом металлических конструкций, являются процессы биокоррозии, протекающие с участием активных форм кислорода, образующихся при жизнедеятельности нефтяной микрофлоры, сорбирующейся на внутренних поверхностях труб.
Одним из примеров инновационных разработок в рамках данного направления является серия иммуномодуляторных, адаптогеннных, радиопротекторных препаратов на основе биоактивных веществ, выделяемых, прежде всего, из пантов северного оленя, с добавками БАВ из тканей родиолы розовой, рододендрона золотистого, полыни якутской и других растений Якутии («Эпсорин», «Роксирин»), позволяющих улучшать уровень здоровья людей путём повышения адаптивного потенциала организма человека, проведения иммунокоррекции.
1. «Эпсорин» (экстракт из пантов северного оленя) в качестве биофармпрепарата разработан в ИБПК СО РАН в 1990-1995 гг. [7, 8], с 2000 г. зарегистрирован как БАД [9, 10]. Сырьё - панты северного оленя - перерабатываются по оригинальной технологии. В 2007 г. получено санитарноэпидемиологическое заключение Управления Роспотребнадзора по Республике Саха (Якутия), разрешающее производство опытных партий Эпсорина в биоцехе ИБПК СО РАН.
В экстракте пантов северного оленя содержится сбалансированный набор всех 20 свободных аминокислот (аминокислотный анализ выполнен в НПО «Вектор», г. Новосибирск) в 2,2-2,8 раза больше, чем в аналогичных экстрактах пантов пятнистого и благородного оленей (табл. 1).
Химический состав Эпсорина: 50%-я водно-этаноль-ная смесь; сухой остаток (комплекс биологически активных субстанций) - 1,0±0,1%, в том числе: белок - не более 0,6 г/л; фосфолипиды (не менее 15 фракций) - не менее 0,2 г/л; свободные аминокислоты (не менее 19 фракций) -не менее 0,75 г/л; эфиры ненасыщенных жирных кислот
Таблица 1
Аминокислотный состав экстрактов пантов разных видов оленей (в отн.ед)
Свободные аминокислоты Панты пятнистого оленя Панты благородного оленя Панты северного оленя
Глицин не обнаружено не обнаружено 0,821
Аланин 1* 1,047 2,212
Валин 1 0,897 1,981
Лейцин 1 0,884 2,051
Изолейцин 1 0,850 3,520
Серин 1 0,707 2,460
Треонин 1 0,502 3,459
Цистеин не обнаружено не обнаружено 0,259
Метионин 1 0,716 1,403
Аспарагиновая кислота не обнаружено не обнаружено 0,079
Глутаминовая кислота 1 0,824 1,803
Аспарагин 1 0,823 0,809
Глутамин 1 0,821 0,803
Лизин 1 0,632 1,643
Аргинин 1 не обнаружено 1,681
Фенилаланин 1 1,006 2,178
Тирозин 1 0,458 1,390
Триптофан не обнаружено не обнаружено 0,015
Гистидин 1 0,740 1,399
Пролин 1 1,683 4,770
Итого: 16 (16 типов) 12,590 (15 типов) 34,736 (все 20 типов)
(*) аминокислотный состав пантов пятнистого оленя условно принят за 1
(не менее 12 фракций) - не менее 2 г/л; макро- и микроэлементы (не менее 9 компонентов) - не менее 0,8 г/л; Бе, Мп, Mg, Со, 2п, Си, Са, Б, I. Сбалансированный набор витаминов, в том числе: жирорастворимых (не менее 4 компонентов) - не менее 0,40 г/л; включая витамин А - 100 мг/л, витамин Б - 1,0 мг/л, витамин Е - 230 мг/л, витамин К -10 мг/л (состав представляет сбалансированную суточную потребность организма человека в жирорастворимых витаминах при потреблении 6 мл в сутки). Содержание водорастворимых витаминов группы В (не менее 6 компонентов) - не менее 3,3 г/л, в том числе В1 - 0,25 г/л, В2 - 0,25 г/л, В 3 (витамин РР, ниацин) - 2,0 г/л, витамин В5 (пантотеновая кислота) - 0,5 г/л, В6 - 0,25 г/л, В12 - 0,3 мг/л (состав представляет сбалансированную суточную потребность организма человека в водорастворимых витаминах, при потреблении 6 млв сутки). Других групп (не менее 3 компонентов ), в том числе: витамин Н (биотин) - 15 мг/л, фолиевая кислота - 30 мг/л, витамин С - 1,35 г/л (состав представляет сбалансированную суточную потребность организма человека в этих витаминах, кроме витамина С, при потреблении 6 млв сутки). Эфиры двух- и трехосновных органических кислот (янтарная, лимонная, изолимонная, щавелевоуксусная, яблочная) - не менее 0,2 г/л; простагландины (не менее 8 фракций) - не менее 5,0 мг/л - внутриклеточные
регуляторы действия многих гормонов и пептидов, нормализующих реактивность иммунной системы; биологически активные производные холестерина, в том числе глюко-и минералокортикостероиды, половые гормоны - не менее 9 мг/л.
Клинические испытания Эпсорина проводились на основании соответствующих разрешений Фармакологического Комитета РФ:
- в главном военном клиническом госпитале имени H.H. Бурденко (г. Москва);
- в Российском государственном медицинском университете М3 РФ (г. Москва);
- в ВНИИ физической культуры и спорта (г. Москва).
Их результаты свидетельствуют о том, что Эпсорин -
эффективное лекарственное средство в отношении астенических состояний различного генеза, при неврастении, неврозах, в постоперационном периоде, при слабости сердечной мышцы, при гипотонии, обладает иммуномодулирующим ирадиопротекторным действиями [11, 12], стимулирующими, придающими силы свойствами, повышает физическую и умственную работоспособность. Его эффект существенно более выражен, чем у Пантокрина, что подтверждено электрофизиологическими (ЭКГ, ЭЭГ) исследованиями и психологическими тестами.
Эпсорин рекомендуется для применения в практике спортивной медицины для повышения адаптации к интенсивным физическим нагрузкам, повышения физической работоспособности, ускорения восстановления, профилактики перетренированности, астенических состояниях и как стресс-регулирующее средство. Эпсорин не вызывал побочного действия и аллергических реакций, повышал работоспособность, в том числе в группе практически здоровых людей».
Показана высокая эффективность Эпсорина как иммуномодулятора при лечении патологий аутоиммунной этиологии: больных острым вирусным гепатитом «В», хроническими вирусными гепатитами «В» и «С» в период выра-женной активности [13-15] и больных хроническим обсгрук-тивным бронхитом [16], при лечении туберкулеза легких [17]. При операционных вмешательствах применение Эпсорина приводило к ускорению заживления тканей, главное - к резкому уменьшению вероятности образования швов и спаек, улучшению состояний больных в процессе операций и в постоперационный период, в итоге - к повышению успешности операций на 30-60% [18-20].
На основе Эпсорина в 1998 г. был разработан «Эпсорин в сахарном сиропе» [21], который показал высокую эффективность в педиатрии и в спортивной медицине, включая лечение дисбактериозов толстой кишки у детей 5-7 лет (почти в 10 раз увеличилось содержание лактобактерий и нормальных эшерихий; ни у кого из детей после применения «Эпсорина в сахарном сиропе» не было выявлено кишечных палочек с измененными свойствами и условно-патогенных энтеробактерий). При приеме «Эпсорина в сахарном сиропе» спортсменами (кикбоксерами, футболистами, гимнастами, марафонцами и др.) в тренировочном цикле объем выполненной работы возрастает почти в 2 раза.
На основе Эпсорина были разработаны составы водок «Сайсары» (ГОСТ 12712-80, РЦ 10-4528-97 (группаН-74). Протокол№ 14 от 26.06.97. Утверждена Департаментом пищевой и перерабатывающей промышленности МСХиП РФ) и серии «Пантофф» (ГОСТ 51355-99, РЦ 10-25707-03 (группа Н-74). Протокол № 7 от 06.03.03. Утверждена Департаментом пищевой и перерабатывающей промышленности и детского питания МСХ РФ), а также профилактического бальзама «СимэЬин Эрчим» [22].
Экономическая эффективность и социальная значимость производства Эпсорина для повышения рентабельности оленеводства определяется следующими показателями. Закупочная стоимость пантов (причём II-III сорта, это сырьё не идёт на экспорт) у оленеводческих хозяйств может быть доведена до 200 SUS/кг (в настоящее время сырьё такого сорта почти не реализуется либо идёт по цене 20-30 $US). Таким образом, дополнительная прибыль оленеводческих хозяйств составляет 4,2-4,7 тыс. рублей/кг пантов.
Из 1 кг пантового сырья по оригинальной технологии, используемой в биоцехе ИБПК СО РАН, производится 9 л Эпсорина, реализуемого по цене 90$Ш/литр. Т.е. даже при
таких высоких закупочных ценах на сырьё и прочих производственных расходах рентабельность данного биотехнологического производства составляет около 200%.
2. Комплексный биопрепарат «Роксирин» содержит биологически активные вещества (БАВ) из пантов северного оленя и шести видов дикорастущих растений и эндокринных органов аборигенных животных Севера: полыни якутской, якутской экоформы родиолы розовой, рододендрона золотистого, солодки уральской, струи кабарги, желчи бурого медведя [23]. Он является аналогом Эпсорина, но отличается от него более разнообразным составом таких биологически и иммунологически активных веществ, как простагландины, интерлейкины, интерфероны и другие регуляторные пептиды, антиоксиданты, полный набор аминокислот, микро- и макроэлементов, фосфолипиды, стеройды и органические кислоты, дезоксиурсохолевая кислота, колхициноподобные вещества, флавогликозиды и другие. Поэтому Роксирин обладает не только биостимулирующей, антистрессовой, тонизирующей, гонадотропно стимулирующей активностью, но и ещё более выраженным иммуномодулирующим, противовоспалительным, антидотным, радиозащитным и противоаллергическим действием, нормализует артериальное давление (Эпсорин имеет противопоказание - артериальную гипертонию), дает хорошие клинические эффекты при лечении астенических состояний различной природы, половых расстройств, синдрома похмелья, заболеваниях желудочнокишечного тракта, вирусных гепатитов, заболеваний органов дыхания и других патологий, связанных с нарушениями функционирования иммунной системы или гормональной регуляции.
Адаптогенный эффект Роксирина подтвержден следующими результатами. В пяти группах людей из числа местного населения, сравнимых в этно-половозрастном отношениях (18-50 лет), численностью по 35 человек в каждой, в течение 3-4 месяцев регистрировалась заболеваемость по семи нозологическим формам (простудные заболевания в осенне-зимний период, заболевания сердечно-сосудистой, центральной нервной и дыхательной систем, аллергические, желудочно-кишечного тракта, инфекционные), а также прочая заболеваемость (табл.2). Первая группа -контрольная (без применения биоантистрессовых препаратов). Лица второй группы при повышении интенсивности действия стресс-факторов различной природы принимали в профилактических целях по стандартной схеме «Пантокрин», третьей - экстракт корней и корневищ родиолы розовой, четвертой - «Эпсорин», пятой - «Роксирин». Полученные результаты (табл. 2) показывают высокую профилактическую эффективность данных биопрепаратов в отношении заболеваний стресса, особенно «Роксирина», отличающегося более разнообразным комплексом БАВ. При использовании последнего общая заболеваемость снизилась почти в 3 раза. В ряде случаев (у 25 человек с нарушениями углеводного и липидного обменов адаптивного характера) проанализированы такие параметры
Профилактическое и адаитогеиное действие комплексов БАВ по некоторым клиническим и биохимическим характеристикам (р < 0,05*).
Клинические и биохимические характерне тики Контроль «Пантокрин» (из пантов благородного оленя) Экстракт корней и корневищ родиолы розовой «Эпсорин» «Роксирин»
1 2 3 4 5 6
Заболеваемость в испытуемых группах местного населения различными классами патологий, % (*)
Простудные (в осенне-зимний период) 28+2 18+2 22+3 15+2 7+1
С ер дечно-сосу диетой системы 8+1 8+1 8+1 6+1 4+1
Центральной нервной системы 9+1 6+1 9+1 5+1 3+1
Аллергические 7+1 7+1 7+1 6+1 4+1
Дыхательной системы 14+2 9+1 14+1 7+1 4+1
Желудочно-кишечного тракта 9+1 6+1 9+1 5+1 3+1
Инфекционные 8+1 6+1 8+1 4+1 2+1
Прочие 12+2 10+1 12+1 7+1 5+1
Общая заболеваемость 95+6 70+5 71+5 55+4 32+3
Некоторые биохимические показатели сыворотки крови лиц местного населения с нарушениями углеводного и липидного обменов(**)
-глюкоза, ммоль/л 8.1+0.3 7.5+0.3 7.4+0.3 6.2+0.2 5.6+0.2
-бета-липопротеиды, г/л 5.2+0.2 4.3+0.2 4.1+0.2 3.5+0.1 2.7+0.1
-холестерин, ммоль/л 7.8+0.2 6.8+0.2 6.5+0.2 5.5+0.1 4.9+0.2
Характер и встречаемость жалоб в процессе 1-го осенне-зимнего сезона адаптации к климатическим условиям г. Якутска у приезжих, % (*)
Головная боль 35+3 22+2 25+3 18+2 11+2
Г оловокружение 25+2 18+2 17+2 13+1 8+1
Одышка 55+5 35+5 30+3 20+2 12+1
Сердцебиение 38+4 28+3 25+3 19+2 9+1
Понижение аппетита 37+4 25+3 24+3 11+1 5+1
Повышенная утомляемость 75+7 55+5 48+5 25+2 12+1
Сонливость 45+4 38+4 30+3 19+2 8+1
Раздражительность 63+6 45+4 38+4 24+2 9+1
Слабость 58+6 38+4 35+3 21+2 9+1
Ослабленное внимание 66+6 43+4 41+4 19+2 8+1
Плохое настроение 53+5 35+3 3?+3 ?3+? 7+1
(*) В каждой группе - по 35 человек в возрасте 18-50 лет, прием препарата - по стандартным профилактическим схемам в течение 3-4 месяцев
(**) В каждой группе - по 25 человек в возрасте 35-50 лет с некоторыми нарушениями углеводного и липидного обменов адаптивного характера
ВЕСТНИК ЯГУ, 2008, том 5, № 2
крови, как содержание глюкозы, Ъ-липопротеидов, холестерина, активности g-глyтaмилтpaнcфepaзы, аспартатами-но-трансферазы, аланинаминотрансферазы, уровень которых увеличивается при формировании неспецифической адаптивной реакции (НАР) «стресс» в организме. Использование данных комплексов природных БАВ приводило к их нормализации (табл. 2).
Одни из основных причин стресса организма приезжего населения - процесс их адаптации и экстремальные климатические условия, особенно в осенне-зимний период. Формирование НАР «стресс» или предстрессовых реакций характеризуется рядом симптомов: головной болью, головокружением, одышкой, сердцебиением, понижением аппетита, повышенной утомляемостью, сонливостью, раздражительностью, слабостью, ослабленным вниманием, плохим настроением. В пяти группах людей, впервые приехавших в Якутию (по 35 человек) и проходивших ста-
дию адаптации к климатическим условиям г. Якутска в течение первого осенне-зимнего сезона, была проведена адаптогенная профилактика указанными комплексами природных БАВ с оценкой частоты встречаемости вышеназванных симптомов синдрома «напряжения дезадаптации». Результаты, приведенные в табл. 2, показывают, что по ряду симптомов уровень получаемого стресса орга-низма при профилактическом применении БАВ, особенно «Роксирина», снижается от 3 до 8 и более раз.
Вместе с тем наибольший интерес для решения постав -ленных задач могут представлять биопрепараты, получаемые из тканей северных лишайников и отходов лесозаготовки и лесопереработки лиственницы посредством двух наиболее современных нано-физико-химических биотехнологий обработки биосырья: диоксидом углерода в состоянии сверхкритической жидкости [24] (рис. 1 и 2) или механохимической переработки [25] (рис. 3).
- 57° +31,3° t (°С)
Рис. 1. Фазовая диаграмма диоксида углерода Рис. 2. Установка для экстракции углекислым газом
в сверхкритическом состоянии
Рис. 3. Оборудование для одной из наиболее перспективных нано-физико-химических биотехнологий -
механохимической биотехнологии
3. Биоактивная детоксикационная добавка «Ягель» [26], сырьём для получения которого являются слоевища лишайников рода С1айота, производится по технологии экстракции углекислым газом в сверхкритическом состоя-
нии (1=32°С, давление 75 атмосфер). Активным веществом являются лишайниковые амино-р-олигосахариды (рис. 4), образующиеся в процессе экстракции, и ряд групп антиоксидантов.
С
нон-
о,
-О
он
о
сн
он
о
он
N
N
СН- СНз
СН3-С-СН3
Рис. 4. Строение комплексов лишайниковых Ь-олигоаминосахаридов со связанными ими токсичными карбонильными соединениями (в виде оснований Шиффа, показано жирным шрифтом) и катионами тяжелых металлов
(показано жирным шрифтом)
БАД «Ягель» обладает широким детоксикационным действием в отношении алкогольных экзо- и эндотоксинов (карбонильных соединений). Введение биодобавки «Ягель» в водочные изделия в отношении 1:100 в целях детоксикации и профилактики алкогольных патологий позволяет снизить в 2ч3 раза токсическое действие алкоголя при полном сохранении эйфорического эффекта; более чем в 20 раз уменьшить постинтоксикационный эффект, в 5,6 раз уменьшить скорость формирования наркоманической алкогольной зависимости [26].
Лишайниковые амино-р-олигосахариды способны прочно связывать и другие экзогенные и эндогенные токсины во внутренних средах организма человека, в том числе эндотоксины малой и средней молекулярной массы, образующиеся при токсикозах беременности, воспалительных процессах любой этиологии, обострениях аллергических состояний и др., а также катионы тяжелых металлов, радионуклидов, снимая тем самым соответствующие токсические состояния.
При приёме препарата «Ягель» больными сахарным диабетом II типа достоверно формируется антиоксидант-ный эффект, улучшается проницаемость клеточных мемб -ран для глюкозы крови, благодаря этому снижается практически до нормы (на 40-80%) уровень глюкозы в крови.
Кроме того, амино-р-олигосахариды способны снимать холестерин со стенок сосудов, снижать уровень атероген-ного р-холестерина в крови.
Этот препарат способен связывать вещества запаха (весьма перспективно при применении в парфюмерной и косметической промышленности), целый ряд гетероцик-
лических ароматических и серосодержащих соединений, в том числе кишечные токсины (перспективно в целях создания препаратов для дезинтоксикации при пищевых отравлениях). Антитромбиновая активность препарата «Ягель» установлена в Гематологическом научном центре РАМН (г. Москва).
В 2008 г. получено регистрационное удостоверение Роспотребнадзора РФ 2008 года, разрешающее его производство и применение на территории России.
4. Комплекс природных антибиотиков «Ягель-М». Сырьё - слоевища лишайников рода С1айота, производится по механохимической технологии (совместно с Институтом химии твёрдого тела и механохимии СО РАН,
г. Новосибирск) [27]. Механохимическая активация биосырья заключается в: измельчении слоевищ лишайников вместе со щелочью (в оптимальных соотношениях) в барабане планетарной центробежной мельницы-активатора в течение 2-3 минут, последующей экстракции БАВ, перешедших в результате механохимической реакции в растворимое состояние, водно-спиртовой смесью и в последующем доведением pH до физиологических значений.
Антибиотическая активность исследовалась по отношению к восьми штаммам микрофлоры, в том числе условно-патогенной и патогенной (табл. 3).
Видно, что антимикробная активность обоих механо-химических 45% водно-спиртовых экстрактов очень высокая, практически по всем исследованным штаммам микроорганизмов и является следствием высокого содержания в них БАВ антибиотического действия, по-видимому, производных усниновых (рис. 5) и других лишайниковых кислот.
Таблица 3
Антибиотические свойства 45%-ных водно-спиртовых экстрактов (pH 7,4) комплекса лишайниковых БАВ, полученных механохимической технологией
(разбавление 1:50) по отношению к восьми стандартным штаммам микроорганизмов
Вариант выделен11я^^ комплекса БАВ ^^'"'Штаммы микрофлоры Enteroba cter cloacae Staphylococu S aureus L- E.coli Klebsiell а рпеито mia Proteus vulgaris Гемоли- тическая E.coli L+м/б+Е.с oli (E.coli М-17) Salmone lla Enteridi S
Водно-спиртовый экстракт лишайника, предварит. обработанного механохимически, 2 минуты ++++ ++++ ++++ ++++ ++ ++++ ++++ ++++
Водно-спиртовый экстракт лишайника, предварит. обработанного механохимически, 3 минуты ++++ ++++ ++++ ++++ ++ ++++ ++++ ++++
Примеч анпе Очень хорошая чувстви- тель- ность Очень хорошая чувствительность Очень хоро- шая чувст- витель- ность Очень хорошая чувстви- тель- ность Умеренная чувствительность Очень хорошая чувствительность Очень хорошая чувствительность Очень хорошая чувст- витель- ность
Условные обозна «++++» микроб J чения( [изиро: зона л ¡ан noj виса о ностьь т 0,5 д )(полн ) 1,0 с» ая зон 0: 1 npoci етлени я):
«++» - микроб Л1 [зировг н част 1ЧНО (I [аполо шну)
f+
f+
f+
i\j
Б.М. Кершенголъц, А.Н. Журавская, Г.В. Филиппова, В.В. Анъшакова, A.A. Шейн, Е.С. Хлебный, М.М. Шашурин. ИННОВАЦИОННЫЕ НАНОБИОТЕХНОЛОГИИ В РЕШЕНИИ АКТУАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ СЕВЕРНЫХ РЕГИОНОВ РОССИИ
Рис. 5. Общая формула усниновых кислот, проявляющих цитостатические, антибиотические свойства
Для сравнения исследовалась антибиотическая активность отваров ягеля, которая практически отсутствовала, а также 45%-ной водно-спиртовой смеси и водно-спиртового экстракта просто механически измельченного ягеля. Последние обладали антибиотической активностью в пределах 10% от соответствующей активности «Механохимического ягеля».
Эти результаты явились основанием для организации испытаний антибиотических свойств фракции «Механохи-мический ягель» на коллекции штаммов микобактерий Якутского НИИ туберкулеза, в том числе штаммов, обладающих лекарственной устойчивостью к полусинтетическим и синтетическим антибиотикам, применяющимся во фтизиатрии. Испытания, проведенные на лабораторных животных, инфицированных микобактериями (туберкулезом), показали очень высокую эффективность: при 100% летальности в контрольной группе и 50% летальности в группе мышей, принимающих стандартную противотуберкулезную терапию, в группе животных, принимающих препарат «Механохими-ческий ягель», летальность равна 0, более того, животные за время эксперимента (2,5 месяца) прибавили в весе на 20%.
В модельных экспериментах с культурами клеток показано, что антибиотическая активность «Механохимического ягеля» обусловлена его высокой ингибирующей способностью по отношению к процессам трансляции и репарации ДНК.
5. Препарат дигидрокверцетта (суперантиоксиданта), получаемый из отходов переработки лиственницы по технологии механохимической экстракции [28].
Современные исследования показали, что физическое здоровье человека зависит от ряда факторов: среды обитания, качества питания, состояния иммунной и антиокси-дантной систем, а также систем детоксикации и репарации. При этом препарат дигидрокверцетина (ДКВ) признан важнейшим Р-витамином, который обеспечивает жизнедеятельность организма человека и отвечает за сопротивляемость живых организмов к различным патологиям и вирусным заболеваниям. ДКВ относится к классу восстановленных флавоноидов и является представителем группы флаванон-3-олов. По химической структуре ДКВ является полифенолом (рис. 6).
Рис. 6. Структурная формула дигидрокверцетина
Его антирадикальная активность проявляется уже при концентрациях 3,3±0,3 мкмоль/л при полном отсутствии мутагенной активности для человека. ДКВ используется в качестве капилляроукрепляющего, капилляропротекгорно-го, гемореологического средства. В фармакологии рекомендуется для комплексного лечения авитаминоза, ишемической болезнисердца, атеросклероза. Оказывает положительное влияние на функциональное состояние печени, способствует восстановлению дренажной функции бронхов и биомеханики дыхания, улучшает работу сердца. Может входить в состав фитоконцентратов, предназначенных для профилактики и лечения сахарного диабета, заболеваний печени и желчного пузыря, желуцочно-кишечного тракта, предстательной железы, почек и мочевого пузыря, а также сердечно-сосудистых заболеваний. Имеет широкий спектр действия: регулирует метаболические процессы и может применяться в комплексной терапии различных заболеваний, оказывает положительное влияние на функциональное состояние практически всех внутренних органов человека. Используется для профилактики и лечения опухолевых заболеваний, при поражении СПИДом, аутоиммунных заболеваниях, хронических воспалительных процессах вирусной и бактерииальной природы и при приобретенных патологиях.
В пищевой промышленности ДКВ применяется в качестве природного консерванта для продления сроков хранения и повышения защитной антиокислительной, антиплес-невой, противодрожжевой активности. Например, использование ДКВ в производстве растительного масла, морепродуктов, в рыбных и кондитерских изделиях продлевает срок их годности минимум в 2-3 раза и при этом придает продуктам ярко выраженные оздоровительные свойства. ДКВ используется в винодельческой промышленности для искусственного старения коньяков и вин, для улучшения вкусовых качеств и качества спиртных напитков, для препятствия возникновения похмельного синдрома, для повышения защитной, антиокислительной, антиплесневой, противодрожжевой активности.
Системное профилактическое введение ДКВ в продукты питания, включая напитки, в пределах минимальных доз 1ч10 мкг/кг веса тела,сутки в течение года позволяет продлить жизнь человека на 20-25 лет. Ввиду исключительно важных свойств ДКВ его необходимо вводить в рацион питания населения тех регионов или профессиональных групп людей, которые подвергаются высоким дозам электромагнитного излучения, радиации, вирусного воздействия или физическим перегрузкам с целью повышения в десятки и сотни раз физиологической устойчивости по предельным нагрузкам и срокам.
Использование ДКВ при производстве косметических и парфюмерных изделий в различных кремах, мазях, аэрозолях помогает увеличить защитные свойства кожи от воздействия излучения, радиации, микробов, вирусов. Благодаря возможности ДКВ влиять на синтез коллагена (эластина) сокращается количество морщин, и кожа долго сохраняет свежесть, упругость, молодость. Наличие ДКВ в составе
зубных паст, эликсиров, глазных капель, духов, одеколонов при их использовании способствует нормализации общеобменных процессов через кожу, слизистые оболочки, В ЛИМ -фатической и кровеносной системах и оказывает на организм человека омолаживающий эффект. ДКВ, введенный в состав косметических и парфюмерных изделий, особенно необходим в экологически загрязненных районах.
В технических отраслях промышленности ДКВ используется при производстве:
• моторных и реактивных топлив;
• органических красок и лаков;
• водно-дисперсных технических продуктов;
• фильтров микробной и бактериальной очистки воздуха;
• для сохранности антикварных изделий и музейных ценностей, книг, ценных бумаг, кожи, мехов и тканей;
• для увеличения сроков хранения технических масел, топлив, лаков, красок.
Он является ингибитором биокоррозии металлических конструкций, включая нефтепроводы, а также ингибитором процессов биодеструкции полимерных материалов и конструкций.
Вместе с тем широкому внедрению ДКВ препятствовала его высокая рыночная стоимость вследствие ограниченности сырьевой базы (виноград, эвкалипт, японская сакура, лепестки розы и др.) и сложной, экологически небезупречной технологии получения. Поэтому количество ДКВ на российском и мировом рынках лимитировано и цена достаточно высока - держится на уровне 700-1000 $и8/кг в зависимости от степени очистки ДКВ.
С середины 1990-х годов в России профессором В.А. Бабкиным в г. Иркутске налажено производство дигидрокверцетина из альтернативного сырья - корней, опилок, щепы и комлевой части (отходов лесозаготовок и лесопереработки) лиственницы даурской [29]. Однако технология остаётся энергозатратной и экологически не вполне безопасной, т.к. включает стадию отгонки водонерастворимого ДКВ водным паром, с последующим выделением ДКВ из низкотемпературного предгидролизата лиственницы полиамидным сорбентом.
Нами разработана механохимическая технология ДКВ из отходов лесозаготовки и лесопереработки лиственницы, включающая всего две энергомалозатратные и экологически чистые стадии: образование в механохимической реакции из водонерастворимого ДКВ его водорастворимой пен-тафенолятной формы и осаждение ДКВ из низкотемпературного водного раствора путём простого подкисления [28].
В настоящее время использование данной технологически простой, экологически чистой и экономически рентабельной технологии получения ДКВ из отходов древесины лиственницы позволяет получать 24ч42 г ДКВ/1 кг сырья с чистотой по ДКВ (по антиоксидантной активности) около 90%.
6. Метод лечения патологических аддиктивных состояний с помощью рефлексотерапевтической технологии ЭМАТ.
Совместно с сотрудником Института повышения квалификации ФУ «Медбиоэкстрем» при М3 РФ (г. Москва),
д.м.н., профессором Т.В. Чернобровкинойик.т.н. В.В. Не-братом (Новосибирский технологический университет) на основе ранее созданной нейрофизиологической модели процессов формирования патологических аддиктивных состояний [30-32] разработана рефлексотерапевтическая, биофизическая технология модификации и управления процессами самоорганизации в этих биосистемах - лечения болезней зависимости: алкогольных зависимостей, наркоманий, игровых зависимостей, а также посттравма -тических стрессовых расстройств, фобий и неврозов [33-34]. Технология ЭМАТ (электроника, медицина, акупунктура, технология) имеет регистрационное удостоверение Федеральной службы по надзору в сфере здравоохранения и социального развития (№ ФС 02012005/2695-06 от 31 марта 2006 г.; нормативный документ ТУ 9444-00181448739-2005). Приборы серии «ЭМАТ-эспресс-01» (рис. 7) относятся к классу приборов, не имеющих аналогов в мировой практике (патент РФ № 2070025; Европейский патент: ЕР№ 0759288).
Рис. 7. Прибор серии «ЭМАТ-экспресс-01»
За 2 года с помощью сделанной по специальному заказу в г. Новосибирске биофизической технологии ЭМАТ на базе ЯРНД М3 РС (Я) пролечено более 300 пациентов. Средняя эффективность при сроке ремиссии более 1,5 лет составила около 90% при полном отсутствии у пациентов зависимости (тяги к аддикту). У прошедших лечение в связи с алкоголизмом спустя 2,0-2,5 месяца после сеанса восстанавливается способность к эпизодическому употреблению алкоголя без срыва ремиссии.
При лечении посттравматических стрессовых расстройств (ПТСР) эффективность составила около 95%. Эффект лечения заключается в том, что исчезает гипертрофированная ответная реакция на информационное воздействие (воспоминание, напоминание и т.д.) об исходном стресс-факторе, вызвавшем данный патологический психофизиологический синдром. Поведение перестаёт быть асоциальным. В течение последующих 2-3 месяцев восстанавливается и соматическое здоровье. За один сеанс полностью излечиваются не только ПТСР военной этиологии, но и ПТСР, характерные для мирной жизни, включая бытовые.
Эти примеры мы привели для того, чтобы продемонстрировать обширнейшие перспективы новых инновационных нанобиотехнологий в решении актуальных проблем северных регионов России.
В заключении следует отметить, что одним из основных условий инновационного внедрения предлагаемых биотехнологических путей решения основных социальноэкономических, медико-биологических и экологических проблем, лимитирующих развитие северных регионов России, является подготовка кадров-биотехнологов. Для решения этой задачи Якутский государственный университет с 2007-2008 уч.года начал реализацию подпроекта 2.4. «Комплексная инновационная система подготовки дипломированных специалистов в области современных биотехнологий» в рамках Инновационного проекта «Научно-образовательный технологический центр инновационного развития Северо-Востока России».
Литература
1. Голдовский А.М. Закон множественности представителей отдельных групп веществ в растительном организме // Успехи современной биологии. 1941. Т. 14. Вып. 1. С. 140-146.
2. Кершенгольц Б.М., Филиппова Г.В., Иванова И.К., Журавская А.Н., Каширцев В.А. Изменения качественного и количественного состава эфирных масел полыней Якутии в зависимости от экстремальности погодных условий // Наука и образование. № 1. 2002. С. 45-49.
3. Кершенгольц Б.М. Неспецифические биохимические механизмы адаптации организмов к экстремальным условиям среды // Наука и образование. Якутск: Нзд-во ЯНЦ СО РАН, 1996. № 3. С. 130-138.
4. Брехман И.И., Дардымое И.В. К механизму повышения резистентности организма под влиянием препаратов женьшеня и элеутерококка // Синтез белка и резистентность клеток. Л., 1971. С. 32-88.
5. ГриневичМ.А., Брехман И.И., Ким Бен Кю. Исследование сложных рецептов восточной медицины и их компонентов с помощью ЭВМ. Сообщ. 5: Наиболее часто используемые лекарственные растения традиционной медицины Японии и Кореи // Растительные ресурсы. Т. 13. Вып. 2. 1977. С. 261-267.
6. Кершенгольц Б.М., Ремигайло П.А., Шейн A.A., Кершенгольц Е.Б. Природные биологически активные вещества из тканей растений и животных Якутии: особенности состава, новые технологии, достижения и перспективы использования в медицине // Дальневосточный медицинский журнал. Приложение № 1. 2004. С. 25-29.
7. Кершенгольц Б.М., Ахременко А.К., Рогожин В.В. Способ получения экстракта из пантов оленя // Авт. свидет. РФ № 1822785 от 12.10.92 (приоритет от 03.08.1990).
8. Кершенгольц Б.М., Ахременко А.К. Временная Фармакопейная статья «Эпсорин» // ВФС РФ № 42-2467-95. 1995.
9. Кершенгольц Б.М., Ремигайло П.А. Способ изготовления экстракта для биологически активной добавки // Патент РФ № 2310344 от 20.11.2007 (приоритет от 09.12.2005)
10. «Свидетельство о государственной регистрации» Роспотребнадзора РФ № 77.99.23.3.У.462.1.08 от 28.01.2008.
11. Алексеева С.Н. Влияние адаптогенов на иммунную и кроветворную системы в условиях радиационного и цитостатичес-кого воздействия: Автореф. дисс... канд. мед. наук. Новосибирск: Изд-во СО РАМН, 1996. 16 с.
12. Аржакова Л.И. Влияние адаптогенов на функциональную активность клеток иммунной и кроветворной систем при холодовом воздействии: Автореф. дисс... канд. мед. наук. Новосибирск: Изд-во СО РАМН, 1996. 18 с.
13. Алексеева М.Н., Кершенгольц Б.М. Применение экстракта пантов северного оленя при лечении больных вирусными гепатитами Д и С // 1-й междунар. конгресс по интегративной медицине «Синтез медицины Восток-Запад и современных технологий - путь в XXI век». Кипр, 1997. С. 112-113, 229-230.
14. Мельцер И.М., Алексеева М.Н., Кершенгольц Б.М. Способ лечения вирусных гепатитов с помощью индивидуализируемых доз эпсорина: Методич. реком. Утв. М3 PC (Я) 25.10.97. Якутск: Изд-во ЯГУ, 1997. 16 с.
15. Мельцер И.М., Алексеева М.Н., Кершенгольц Б.М. Изменения активности гепатоспецифичных ферментов, неспецифической адаптивной реакции организма, иммунологических и клинических показателей при лечении вирусных гепатитов биофарма-цевтическим препаратом // Дальневосточный медицинский журнал. № 3. 1999. С. 51-56
16. СороваО.Н., Кершенгольц Б.М., Петрова П.Г., ВасильевЕ.Е. Применение Эпсорина в лечении больных хроническими обструк-тивными бронхитами (ХОБ) // Intern.J. on Immunorehabiliyation. 1997. № .4. P. 9.
17. Корнилов A.A., Миронов A. A., Павлова В.Г., Яковлева Л.П., Золотарева Н.Д., Кершенгольц Б.М. Клинические испытания препарата из пантов северного оленя «Эпсорин» во фтизиатрии // Актуальные вопросы здоровья населения Республики Саха (Якутия). Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 1993. С. 94-96.
18. Pinelis I.S., Vexler N.D., Kershengoltz B.M Epsorin Application in a Complex of Treatment of Maxillo-facial Area with Purulent Inflammatory Processes // Abstract of the 9-th International Symposium of the Japan-Russia Medical Exchange. Japan. Kanazava 4-5.9. 2001. V. 1. P. 60.
19. Векслер Н.Д. Иммунокоррекция в комплексе лечения больных с абсцессами и флегмонами челюстно-лицевой области: Автореф. дисс... канд. мед. наук. Иркутск, 2002, 25 с.
20. Ширко О.И. Прогнозирование и оптимизация процесса регенерации тканей после хирургических вмешательств в челюстно-лицевой области: Автореф. дисс... канд. мед. наук. Якутск,
2006. 23 с.
21. Ахременко А.К., Кузьмина В.Ф., Николаева Р.Н. Способ получения лекарственного средства (Эпсорин в сахарном сиропе) // Патент РФ № 2099067. 1998.
22. Кершенгольц Б.М., Журавская А.Н., Черенова Л.К., Иванов Б.И и др. Композиция ингредиентов для тонизирующего бальзама «СимэЬин Эрчим» // Патент РФ № 2021342 от 28.10.92.
23. Кершенгольц Б.М., Журавская А.И., Иванов Б.И. и др. Композиция ингредиентов для лекарственного средства // Патент РФ № 2112524 от 10.06.98 (приоритет от 06.03.96).
24. Пичугин А.А., Тарасов В.В. Суперкритическая экстрак-
ция и перспективы создания новых бессточных процессов // Успехи химии. Т.60. Вып. 11. 1991. С. 2412-2421.
25. Королёв К..Г., Ломовский О.И., Рожанская O.A., Васильев В.Г. Механохимическое получение водорастворимых форм тритерпеновых кислот // Химия природных соединений. № 4. 2003. С. 295-300.
26. Кершенгольц Б.М., Журавская А.Н., Ремигайло П.А., Филиппова Г.В., Шейн A.A., Шашурин М.М., Кершенгольц Е.Б. Способ получения водки, обладающей пониженным токсическим и наркотическим эффектом // Патент РФ № 2318407, приоритет от 10.01.2006, зарегистрировано 10.01.2008.
27. Кершенгольц Б.М., Филиппова Г.В., Шашурин ММ., Журавская А.Н., Ломовский О.И., Павлов Н.Г., Шейн A.A. Способ получения препарата Ягель-М для профилактики и лечения туберкулеза // Заявка № 2007133339/15(036417) на патент РФ, приоритет от 05.09.2007.
28. Кершенгольц Б.М., Шашурин М.М., Хлебный Е.С., Шейн A.A., ЖуравскаяА.Н., Ломовский О.П., ЖуковМ.А. Способ получения дигидрокверцетина из отходов лесозаготовки и лесопереработки лиственницы // Заявка № 2007142814/15(048883) на патент РФ, приоритетот 19.11.2007.
29. Бабкин В.А., Остроумова Л.А., Дьячкова С.Г. и др. Безотходная комплексная переработка биомассы лиственниц сибирской и даурской // Химия в интересах устойчивого развития. 1997. Т. 5. № 1. С. 105-115.
30. Чернобровкина Т.В., Кершенгольц Б.М., Небрат В.В., Катышевцева П.А. Синергетика и электрорефлексотерапевти-ческая технология ЭМАТ в лечении патологических аддиктив-ных состояний // Психическое здоровье, 2006. № 6. С.44-47
31. Чернобровкина Т.В., Кершенгольц Б.М. Теоретические и практические вопросы здоровья человека, аддиктивных расстройств и заболеваний с позиций синергетики // Психическое здоровье. 2006. № 7. С.3-41.
32. Чернобровкина Т.В., Кершенгольц Б.М., Артемчук А.Ф. Синергетическая медицина: теоретические и прикладные аспекты в аддиктологии (издание 2-е, дополненное). Харьков: Изд-во «Плеяда», 2007. 240 с.
33. Небрат В.В. Приборно-программный комплекс для биоритмологической электропунктуры: Автореф. дисс... канд. техн. наук. Новосибирск, 2007. 23 с.
34. Кершенгольц Б.М., Чернобровкина Т.В., Катышевцева П.А., Небрат В.В., Колосова О.Н., Кершенгольц Е.Б. Применение рефлексотерапевтической технологии ЭМАТ в лечении аддиктивных расстройств и заболеваний: Методические рекомендации. Утв. М3 РС(Я) 18.05.2007. Якутск: Изд-во «Master»,
2007. 56 с.
B.M. Kershengolts, A.N. Zhuravskaya, G. V Filippova, VV An’shakova, A.A. Shein, E.S. Khlebny, M.M. Shashurin
Innovational nano-biotechnologies in decision of problems in northern regions of Russia
The authors determine main socio-economic, medical-biological and environmental problems that limit development of northern regions of Russia. The article suggests a solution based on using of innovation physical-chemical nano-biotechnologies in the field of processing of natural northern biological raw-material (mechanical-chemical, processing with carbon dioxide under condition of hypercritical liquid) and biophysical neuro-physiological technologies.
Key-words: rational management of biological resources of the North, population of health, environmental safety, nano-biotechnologies, mechanical-chemical processes, reactions in hypercritical carbon dioxide, natural biologically active substances, unossified antlers and lichenous specimen, EMAT-technologies.
——
