CC BY
14
Научно-технологические кластеры
Инженерная энзимология -элементное звено кластера
- Лаборатория прикладной энзимологии ИБОХ HAH Беларуси - один из возможных структурных элементов Ведущего центра по изучению химических основ жизни. Ее работа связана с исследованием сопряженности межфазного катализа липолитических реакций, жизненно необходимых для пищеварения, продолжения рода и иммунного ответа, с системами биохимической защиты при некоторых патологических состояниях организма, обусловленных нарушениями активности фосфолипаз, установленных при развитии рака груди, легких, прямой кишки, желудка, крови, а также атеросклероза, гипертонии, эпилепсии, шизофрении, болезней Альцгеймера, Паркинсона и других социально опасных заболеваний.
Исследователями накоплен значительный опыт работы в инженерной энзимологии - перспективном научно-техническом направлении, которое объединяет фундаментальные и прикладные научные изыскания в области конструирования и использования органических катализаторов (энзимов) с заданными свойствами на основе ферментов и мультиферментных систем, выделенных из клеток. На счету лаборатории около полутора десятков белорусских и евразийских патентов. Результаты многолетней работы обобщены в двух монографиях и ряде глав книг, в том числе изданной в Амстердаме, более чем в 250 научных трудах.
В качестве точек роста видится дальнейшее проведение исследований в недостаточно развитой в Беларуси области медицинской энзимологии -энзимодиагностике, энзимотерапии с использованием комплекса полученных в лаборатории практических наработок. Так, на основе изучения стабильности липосом, сформированных из широкого спектра фосфолипидов в различных сочетаниях, к ферментной деградации, даны рекомендации по составу, обеспечивающему наибольшую их устойчивость в организме как потенциальных переносчиков лекарственных средств, в том числе конъюгатов фосфолипидов с противоопухолевыми нуклеозидами. Найдены неизвестные ранее ингибиторы и активаторы липолитических ферментов яда змей и панкреаса, которые могут рассматриваться как потенциальные противоядия и антипанкреатические средства, и предложено их использование в перспективе в энзимотерапии.
Научный потенциал лаборатории направлен на получение знаний мирового уровня. К примеру, 100%-ную специфичность при диагностике острого
панкреатита показали клинические испытания набора реагентов «ФЛА2-ФОА» для определения в сыворотке крови активности панкреатической фосфолипазы А2, выпущенного совместно с опытным производством ИБОХ на основе не имеющей аналогов в мире разработанной в лаборатории методологии с использованием супрамолекулярного комплекса гемоглобина с жирными кислотами как индикатора фосфолиполиза, защищенной двумя патентами. На очереди тест-системы для определения биобезопасности пестицидов, общей антиок-сидантной способности биологических жидкостей и биоцидной активности.
Кластер исследований биосистем человека
В Национальной академии наук Беларуси на базе Института физиологии создан Центр моделирования биологических систем человека. Проводимые в нем изыскания затронут вопросы выявления, предотвращения и коррекции патологий сердечно-сосудистой, эндокринной систем, проблемы канцерогенеза, нарушений деятельности мозга, безопасности питания и др. Рассказать о работе Центра мы попросили директора Института физиологии НАН Беларуси члена-корреспондента Иосифа ЗАЛУЦКОГО.
- Иосиф Викторович, какие задачи стоят перед созданным Центром?
- Организм человека - чудесное, совершенное творение природы, состоящее из миллионов отдельных клеток. Физическое здоровье - это нормальное
функционирование всех систем и органов. Болезнь, в свою очередь,- совокупность сложных патологических процессов, реакций. Это качественно новое состояние организма, возникающее под влиянием экзогенных патогенных факторов или в связи с нарушением генетического программирования, характеризующееся недостаточностью процессов
Тема номера
саморегуляции на уровне клетки, с нарушением интегративных функций органов и систем, недостаточностью приспособительных реакций, преобладанием реакций повреждения и декомпенсации, ограничением трудовой и социально-полезной деятельности. Исходом болезни может быть выздоровление, а может быть инвалидизация или смерть.
Предметом исследований, проводимых в центре моделирования, будет больной человек, а методом - патофизиологический эксперимент, позволяющий воспроизвести на животных модели болезни человека и патологических процессов. Это дает возможность определить исходный уровень показателей, количественную оценку изменения по сравнению с исходным фоном (а в клинике врач не имеет этого); изучить причины заболеваний, поскольку есть жесткая связь между действующим причинным фактором и развивающейся патологией; исследовать механизмы начальных, самых ранних фаз развития болезни, скрытых от клинического наблюдения (а ведь именно они являются пусковыми механизмами); выявить патогенез -самые глубинные механизмы патологии; научно обосновать новые методы лечения.
То есть, суммируя сказанное, мы будем моделировать патологический процесс и искать пути его прекращения или предупреждения, исследовать эффективность препаратов и различных методов лечения. Целью работы Центра по сути является поиск способов обращать патофизиологические процессы в физиологические.
- Какие заболевания привлекают самое пристальное внимание и вызывают наибольшую тревогу?
- В начале XX в. основной причиной летальных исходов были инфекционные болезни, тогда как в начале XXI в.- заболевания, имеющие неинфекционную природу. Современные исследования показывают, что сегодня на первый план выходят неинфекционные хронические недуги. Они не передаются от человека к человеку, имеют длительную продолжительность и, как правило, медленно прогрессируют. Четырьмя основными их типами являются сердечно-сосудистые болезни (такие как инфаркт и инсульт), онкологические заболевания, хронические респираторные болезни (в частности хроническая обструктивная болезнь легких и астма), а также сахарный диабет (СД). На эти 4 группы приходится примерно 82% всех случаев смерти
от неинфекционных заболеваний. Именно по этой причине моделирование их в эксперименте будет для нашего Центра первоочередным.
- В Беларуси есть неплохие наработки в данной сфере. Рассказать обо всем в кратком интервью не получится, но можно хотя бы частично
обозначить «фундамент», на котором будет выстраиваться дальнейшая деятельность?
- В нашем институте традиционно реализуются научно-исследовательские проекты, посвященные тематике патологии сердца и сосудов. Апробированы и отработаны три модели сердечной недостаточности и две модели гиперлипидемии, которая является предшественницей атеросклероза. В перспективе - апробация моделей инфаркта миокарда и атеросклероза. Кроме того, применяется модель кардиомиопатии, что позволяет изучать механизмы ее развития на ультраструктурном и молекулярном уровнях. С применением последней разработан алгоритм прижизненной диагностики разных видов кардиомиопатий.
Серьезной причиной для развития тяжелых патологий также являются заболевания эндокринных органов. Соответственно, в институте проводятся активные исследования и в этом направлении. К примеру, созданы схемы гормональной терапии тироксином пациентов, прооперированных по поводу рака щитовидной железы, получающих радиойодтерапию и имеющих избыточную массу тела. Разработаны критерии раннего выявления предикторов патологии сердечно-сосудистой системы у людей с заболеваниями щитовидной железы, получающих супрессивную терапию тироксином. По результатам этой работы разработаны и внедрены в клинику методические рекомендации. Планируется продолжать эти исследования в рамках Центра.
Одна из главных причин инвалидизации и смертности - сахарный диабет - будет активно изучаться с применением анимальных моделей. Уже отработаны модели СД как 1-го типа (аутоиммунного, причиной которого является потеря инсулинпродуцирующих клеток поджелудочной железы), так и 2-го типа (где основная проблема -резистентность к инсулину). Предлагаются модели как для доклинического исследования эффективности лекарственных средств, так и для фундаментальных изысканий по поиску субстанций, оказывающих протекторное действие на поджелудочную железу.
Изучению метаболического синдрома, который сопровождается нарушением функций многих органов, тканей и клеток, в нашем институте посвящен проект «Характеристика ключевых структурных и биохимических изменений при сочетании различных кластеров метаболического синдрома». В Центре в 2016-2020 гг. планируется продолжение этой тематики в виде задания ГПНИ «Морфофункциональные основы развития метаболического синдрома и сахарного диабета».
Большой удельный вес среди причин смертности имеют онкологические заболевания. Эта тема-
Научно-технологические кластеры
тика также интересна и исследуется в нашем институте. В этой связи Центр моделирования также предлагает ряд моделей, как на клеточных культурах, так и на животных. Помимо этого разработаны методики визуализации клеток in vitro, а также лимфоузлов и сосудистой сети опухоли in vivo с использованием флуоресцентных полупроводниковых наночастиц. И этот список имеющихся наработок можно долго продолжать. В завершение хочу отметить, что помимо перечисленного Центр моделирования биологических систем человека дополнительно предлагает ряд других моделей для исследований как фундаментального, так и прикладного характера. Сделано уже многое, предстоит сделать еще больше.
Объединить усилия на земле
Центр моделирования систем земледелия и селекции растений формируется на базе Научно-практического центра по земледелию НАН Беларуси. Генеральный директор этого НПЦ член-корреспондент Федор ПРИВАЛОВ рассказывает о планах работы новой структуры.
- Важнейшая функция национальной науки - обеспечение инновационного пути развития соответствующих отраслей народного хозяйства. В случае земледелия и растениеводства этот путь включает выращивание на полях республики нетрадиционных культур, к примеру кукурузы на зерно, сои, бахчевых, новых видов трав и т.д., а также создание новых, более урожайных, качественных сортов. В связи с концентрацией и специализацией производства сельскохозяйственной продукции в условиях наблюдаемого потепления климата и внедрением инновационных разработок в области механизации, минеральных удобрений, средств защиты посевов, физиологически активных веществ необходимо постоянное совершенствование технологий возделывания и систем использования земли. Соответственно, основными направлениями исследований отечественных ученых являются селекция новых сортов и комплексное решение вопросов экономически эффективного производства растениеводческой продукции при соблюдении требований охраны окружающей среды. Проведение изысканий по этим тематикам
сосредоточено в разных научно-исследовательских учреждениях. Объединение усилий в рамках кластера позволит избежать дублирования тематики, поставить на научную проработку наиболее актуальные для сельского хозяйства темы и эффективнее решать поставленные задачи.
- И именно для этого создан кластерообра-зующий Центр моделирования систем земледелия и селекции растений? Какие задачи стоят перед ним?
- Это разработка комплексных, экономически и биологически обоснованных систем использования земли на основе принципов экологизации
и ресурсо-, энергосбережения, обеспечивающих стабильную продуктивность пашни, снижение энергозатрат и себестоимости продукции, расширенное воспроизводство плодородия почвы; создание новых конкурентоспособных сортов и гибридов зерновых, зернобобовых, крупяных, технических и кормовых культур с улучшенными качествами, обладающих стойкостью к полеганию, болезням и вредителям, морозо- и зимостойкостью, сочетающих высокую отзывчивость на плодородие почвы и устойчивость к лимитирующим факторам среды. Для обеспечения селекционного процесса новыми источниками хозяйственно-полезных признаков и свойств создан Белорусский генетический банк, который признан национальным достоянием Республики Беларусь. К тому же будут разрабатываться высокоэффективные, ресурсосберегающие технологии комплексного применения макро- и микроудобрений для новых сортов и сельскохозяйственных культур, обеспечивающих формирование высокой урожайности и качества растениеводческой продукции на уровне требуемых стандартов; новые формы комплексных удобрений, сбалансированных по соотношению питательных веществ, с учетом биологических особенностей растений и состояния плодородия почв; будут также создаваться алгоритмы применения средств защиты растений от вредителей, болезней, полегания и др.
- Федор Иванович, какие организации, структуры, персоналии планируется привлечь к работе и на какой основе? Какие предполагаются механизмы сотрудничества заинтересованных сторон?
- В Республиканском центре моделирования систем земледелия и селекции растений (кластере) объединены исследования 7 научно-исследовательских учреждений Академии наук - Научно-практического центра по земледелию, Института почвоведения и агрохимии, Института защиты растений, Института мелиорации, Института льна, Опытной научной станции по сахарной свекле, Полесского института растениеводства -
