Научная статья на тему 'Новейшие биотехнологии - в решении медико-социальных проблем северных регионов России'

Новейшие биотехнологии - в решении медико-социальных проблем северных регионов России Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
64
12
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Кершенгольц Б. М., Журавская А. Н., Филиппова Г. В., Аньшакова В. В., Шеин А. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Новейшие биотехнологии - в решении медико-социальных проблем северных регионов России»

Б. М. Кершенгольц, доктор биологических наук; А. Н. Журавская,

доктор биологических наук; Г. В. Филиппова, кандидат биологических наук; В. В. Аньшакова, кандидат педагогических наук; А. А. Шеин, кандидат биологических наук; Е. С. Хлебный, кандидат биологических наук; М. М. Шашурин, кандидат биологических наук.

В настоящее время актуальными проблемами северных регионов России, особенно ее азиатской части, являются:

? очень низкая плотность населения в сельской местности, основная часть которого ? коренные этносы;

? ухудшающееся здоровье населения по причинам алкоголизации, роста инфекционных заболеваний (туберкулез, гепатит), нарушения иммунореактивности токсической этиологии и др.;

? низкая рентабельность основных направлений сельскохозяйственного производства (оленеводство, коневодство) и, как следствие, дефицит рабочих мест в сельских районах, низкий уровень оплаты труда;

? ухудшение экологической обстановки, связанное с развитием горнодобывающей промышленности и транспортировкой углеводородного сырья (нефть, уголь, газ).

В решении этого комплекса проблем могут помочь новейшие биотехнологические разработки, обеспечивающие производство продуктов с заданными свойствами (лечебное и профилактическое, пищевое и техническое направления) из северного природного сырья, особо ценного по своему биохимическому составу.

Установлено, что по мере повышения степени экстремальности условий произрастания растений или обитания животных, например, на Северо-Востоке России, в определенном интервале интенсивности климатических стресс-факторов в живых тканях в 1,8?2,5 раза увеличивается общее содержание и, главное, более чем в 3 раза повышается структурное разнообразие биологически активных веществ (БАВ) регуляторного и защитного действия [1, 2]. Обеспечивая устойчивость к воздействию неблагоприятных условий природной среды вырабатывающих их растений и животных, они способны проявлять свою регуляторную, защитную активность и по отношению к организмам других видов, включая человека [3, 4]. Такие биологически активные вещества выделя-

ются из тканей растений (животных) в виде комплексов, которые практически невозможно получить иным (хи-миосинтетическим, генноинженерным) путем. Поскольку эти БАВ участвуют в регуляции биохимических реакций первичного обмена веществ, механизм которого сходен у различных видов, либо в функционировании систем, защищающих клетки организма от действия экзо- или эндогенных токсинов (в том числе мутагенов), их относят к биологически активным веществам неспецифического действия. Следует отметить, что некоторые БАВ могут образовываться в процессе биотехнологической переработки сырья.

Использование новейших нетрадиционных нано-физико-химических биотехнологий в глубокой переработке не только продукции оленеводства и коневодства (включая эндокринное сырье), но и компонентов их кормовой базы, позволяет:

? существенно повысить рентабельность (соответственно уровень оплаты труда) данных отраслей северного сельского хозяйства и создать новые рабочие места;

? организовать малотоннажное производство конечных продуктов с высокой стоимостью непосредственно вблизи сырьевой базы;

? наладить производство комплексов природных БАВ профилактической и лечебной направленности, например, комплексных антибиотических препаратов из слоевища лишайников, обладающих детоксикационны-ми свойствами и эффективных при лечении лекарственно устойчивых форм туберкулеза и других инфекций, а также выделять комплекс особо ценных а-непредельных жирных кислот антиоксидантного и радиопротекторного действия из мяса якутской лошади;

? решать целый ряд проблем, связанных с необходимостью значительного продления сроков хранения производимых в селах пищевых продуктов (молочных, мяс-

На фото верху ? ягель, являющийся сырьем для получения биодобавок «Ягель» и «Ягель-М».

ных, рыбных) для их длительной транспортировки к местам переработки и потребления с использованием природных биоконсервантов (дигидрокверцетин);

? предотвращать ряд экологических катастроф, например, проводя профилактику биокоррозии металлических конструкций и биоразрушений полимерных материалов.

Одним из примеров инновационных биотехнологических разработок медицинской направленности является серия иммуномодуляторных, адаптогеннных, радиопротекторных препаратов на основе биоактивных веществ, выделяемых из пантов северного оленя: «Эпсорин», «Роксирин» (с добавками БАВ из тканей родиолы розовой, рододендрона золотистого, полыни якутской и других растений Якутии).

Биофармпрепарат «Эпсорин» разработан в Институте биологических проблем криолитозоны (ИБПК) СО РАН в 1990?1995 гг. [5, 6] и в 2000 г зарегистрирован как БАД [7]. В 2007 г. получено санитарно-эпидемиологическое заключение Роспотребнадзора РС(Я), разрешающее производство (панты северного оленя перерабатываются по оригинальной технологии) опытных партий «Эпсорина» в биоцехе ИБПК СО РАН.

В экстракте пантов северного оленя содержится сбалансированный набор свободных аминокислот в количестве, в 2,2?2,8 раза превышающем их содержание в аналогичных экстрактах пантов пятнистого и благородного оленей. По химическому составу «Эпсорин» представляет 50%-ую водно-этанольную смесь, содержащую в сухом остатке белок, фосфолипиды (не менее 15 фракций), свободные аминокислоты (не менее 19 фракций), эфиры ненасыщенных жирных кислот (не менее 12 фракций), макро- и микроэлементы Мп, М^, Со, Zn, Сц Ca, ^ I), сбалансированный набор жиро- и водорастворимых витаминов (потребность организма человека при приеме 6 мл в сутки) и другие соединения, в том числе внутриклеточные регуляторы действия многих гормонов и пептидов, нормализующих реактивность иммунной системы.

Результаты клинических испытаний «Эпсорина», проведенных на основании соответствующих разрешений Фармакологического комитета РФ, свидетельствуют о том, что этот препарат является эффективным в качестве средства лечения астенических состояний различного происхождения, неврастении, неврозов, а также в послеоперационном периоде, при гипотонии, слабости сердечной мышцы, обладает иммуномодули-рующим и радиопротекторным действием, повышает физическую и умственную работоспособность [8].

«Эпсорин» рекомендуется использовать в практике спортивной медицины для повышения адаптации к интенсивным физическим нагрузкам, физической работоспособности, для ускорения реабилитации, профилактики перетренированности, при асте-

нических состояниях и как стресс-регулирующее средство. Этот препарат не вызывает побочного действия и аллергических реакций.

Высокая эффективность «Эпсорина» как иммуномо-дулятора установлена при лечении патологий аутоиммунной этиологии: острый вирусный гепатит «В», хронические вирусные гепатиты «В» и «С» в период выраженной активности, хронический обструктивный бронхит, туберкулез легких [9? 11]. Применение этого препарата приводило к улучшению состояния больных в процессе операций и повышению их успешности на 30?60%, ускорению заживления тканей, резкому уменьшению вероятности образования спаек и грубой рубцовой ткани в послеоперационный период [12? 13].

В 1998 году был разработан «Эпсорин в сахарном сиропе», который показал высокую эффективность в спортивной медицине и педиатрии, включая лечение дисбактериозов толстой кишки у детей 5?7 лет (почти в 10 раз увеличилось содержание лактобактерий и нормальных кишечных бактерий; ни у кого из детей не было выявлено кишечных палочек с измененными свойствами и условно-патогенных энтеробактерий) [14]. Прием такого препарата спортсменами (кикбоксерами, футболистами, гимнастами, марафонцами и др.) повышает объем выполняемой работы в тренировочном цикле почти в 2 раза.

На основе «Эпсорина» была разработана рецептура нескольких видов водки с пониженной токсичностью: «Сайсары», серия «Пантофф», а также профилактического бальзама «Симехин Эрчим» [15].

Комплексный биопрепарат «Роксирин» содержит биологически активные вещества, извлеченные из пантов северного оленя и дикорастущих растений и эндокринных органов аборигенных животных Севера: полыни якутской, рододендрона золотистого, якутской экофор-мы родиолы розовой, солодки уральской, струи кабарги, желчи бурого медведя [16]. Он является аналогом «Эпсорина», но отличается от него значительным разнообразием состава биологически и иммунологически активных

«[ПЧ

'■"И тгигли-

Рис. 1. Оборудование для использования одной из наиболее перспективных нано-физико-химических биотехнологий получения препарат ов из природного сырья ? механохимической.

Рис. 2. Строение комплексов лишайниковых в-олиго-аминосахаридов со связанными ими т оксичными карбонильными соединениями в виде оснований Шиффа (зеленый цвет) и катионами тяжелых металлов (красный цвет).

веществ, поэтому обладает не только биостимулиру-ющей, антистрессовой, тонизирующей активностью, но и более выраженным иммуномодулирующим, противовоспалительным, обезвреживающим попавших в организм ядов, радиозащитным и противоаллергическим действием, нормализует артериальное давление, дает хорошие клинические эффекты при лечении астенических состояний различной природы, половых расстройств, синдрома похмелья, заболеваниях желудочно-кишечного тракта, вирусных гепатитов, заболеваний органов дыхания и других патологий, связанных с нарушениями функционирования иммунной системы или гормональной регуляции. «Роксирин», отличающийся более разнообразным комплексом БАВ, показывает высокую профилактическую эффективность в отношении стрессовых ситуаций.

Результаты клинических исследований показывают, что по ряду симптомов (например, головная боль, понижение аппетита, повышенная утомляемость, раздражительность) уровень получаемого организмом стресса при профилактическом применении БАВ, особенно «Роксирина», снижается в 3?8 раз.

Кроме этих препаратов, большой интерес могут представлять БАВ, содержащиеся в тканях северных лишайников и отходах лесозаготовки и лесопереработ-ки лиственницы. Для их получения применяют две наиболее современные нано-физико-химические биотехнологии обработки сырья ? сверхкритическая экстракция или механохимическая переработка [17, 18] (рис. 1).

Биоактивная детоксикационная добавка «Ягель» получается из слоевищ лишайников рода 01эсИпа. Активными веществами в ней являются лишайниковые амино-р-олигосахариды (рис. 2), образующиеся в процессе обработки слоевищ лишайников диоксидом углерода в сверхкритическом состоянии ^ = 32°С, давление 75 атмосфер), а также антиоксидантные вещества и природные антибиотики [19]. По детокси-кационному эффекту БАД «Ягель» не имеет аналогов благодаря оригинальной технологии производства (рис. 3).

Действие биодобавки основано на способности лишайниковых амино-р-олигосахаридов прочно связы-

вать 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, токсические альдегиды и кетоны, канцерогены, шлаки и выводить их из организма человека.

При приеме препарата «Ягель» больными сахарным диабетом II типа достоверно формируется антиоксидантный эффект, улучшается проницаемость клеточных мембран для глюкозы крови, благодаря этому снижается практически до нормы (на 40?80%) уровень глюкозы в крови. Кроме того, амино-р-олигосахариды способны снижать уровень атерогенного р-холестерина в крови. В Гематологическом научном центре РАМН (г. Москва) установлена также антитромбиновая активность препарата «Ягель».

Рис. 3. Установка СО2-экстракции для получения биопрепарата «Ягель» (за работ ой ? к.б.н, научный сотрудник Инстит ута биологических проблем криолит озоны СО РАН М.М. Шашурин).

Введение БАД «Ягель» в водочные изделия в соотношении 1:100 в целях детоксикации и профилактики алкогольных патологий позволяет: в 2?3 раза снизить токсическое действие алкоголя при полном сохранении эйфорического эффекта; более чем в 20 раз уменьшить постинтоксикационный эффект; в 5-6 раз понизить скорость формирования наркоманической алкогольной зависимости [19]. Этот препарат способен связывать вещества целого рядя гетероциклических ароматических и серосодержащих соединений, в том числе кишечные токсины.

В 2008 г. получено регистрационное удостоверение Роспотребнадзора РФ, разрешающее производство препарата «Ягель» и его применение на территории России.

Комплекс природных антибиотиков «Ягель-М» производится также из слоевищ лишайников рода Cladina, но по механохимической технологии, разработанной совместно с Институтом химии твердого тела и механохимии СО РАН (г. Новосибирск) [20]. Механохими-ческая активация биосырья заключается в измельчении слоевищ лишайников вместе с добавляемой щелочью в барабане планетарной центробежной мельницы-активатора в течение 2?3 минут; последующей экстрак-

Рис. 4. Общая формула усниновых кислот , проявляющих цит остатические и антибиотические свойства.

мышей 50%-ая летальность наблюдалась в группе, прошедшей стандартную противотуберкулезную терапию, и 100%-ая ? в группе без терапевтического вмешательства. В третьей группе животных, принимавших препарат «Ягель-М», летальность нулевая. Кроме того, животные за время эксперимента (2,5 месяца) прибавили в весе на 20%.

Препарат дигидрокверцетина (ДКВ) (суперанти-оксиданта) получается из отходов переработки лиственницы по технологии механохимической экстракции [21].

Современные исследования показали, что здоровье человека зависит от ряда факторов: среды обитания, качества питания, состояния иммунной и антиоксидант-ной систем, а также систем детоксикации и репарации (восстановления). Препарат дигидрокверцетина (рис. 5) признан важнейшим Р-витамином, который обеспечивает жизнедеятельность организма человека и отвечает за сопротивляемость различным патологиям и вирусным заболеваниям. Он 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.

Например, его антирадикальная активность проявляется уже при концентрациях 3,3 ± ± 0,3 мкмоль/л при полном отсутствии мутагенной активности для человека. Препарат может использоваться в качестве капилляроукрепля-ющего, капилляропротекторного, гемореологи-ческого средства, для комплексного лечения авитаминоза, ишемической болезни сердца, атеросклероза и т.д.

ДКВ применяется в пищевой промышленности в качестве природного консерванта для продления сроков хранения и повышения защитной антиокислительной, антиплесневой, противодрожжевой активности. Например, использование этого препарата в производстве растительного масла, морепродуктов, рыбных и кондитерских изделий продлевает срок их годности минимум в 2?3 раза и при этом придает

ции биологически активных веществ водно-спиртовой смесью, перешедших в результате механохимической реакции в растворимое состояние, и доведением рН до физиологических значений.

Высокая антибиотическая активность препаратов «Ягель» и «Ягель-М», основными действующими компонентами которых являются производные усниновых кислот (рис. 4), показана на коллекции штаммов микобакте-рий Якутского НИИ туберкулеза, обладающих значительной лекарственной устойчивостью, в том числе к полусинтетическим и синтетическим антибиотикам, применяющимся во фтизиатрии.

Испытания, проведенные на лабораторных животных, инфицированных микобакте-риями (туберкулезом), показали очень высокую эффективность препарата. Из трех групп

о.

НзС

я1о-

СН

о

о

СН

Рис. 5. Структ урная формула дигидрокверцетина.

продуктам ярко выраженные оздоровительные свойства.

Системное профилактическое введение ДКВ в продукты питания, включая напитки, в пределах минимальных доз (1?10 мкг на каждый килограмм веса тела в сутки) в течение года позволяет продлить жизнь человека на 20?25 лет. Исключительно важные свойства ДКВ показывают, что его необходимо вводить в рацион питания населения или профессиональных групп людей, которые подвергаются высоким дозам электромагнитного излучения, радиации, вирусного воздействия или переносят физические перегрузки, чтобы повысить в десятки и сотни раз физиологическую устойчивость по предельным нагрузкам и срокам.

В технических отраслях промышленности препарат дигидрокверцетина используется при производстве моторных и реактивных топлив, воднодисперсных технических продуктов, для увеличения сроков хранения технических масел, лаков, красок и т. п. Современные исследования показали также, что этот препарат может являться ингибитором биокоррозии металлических конструкций, включая нефтепроводы, а также ингибитором процессов биодеструкции полимерных материалов и конструкций.

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 этого препарата на российском и мировом рынках лимитировано, и цена держится на уровне 700?1000 доларов США за килограмм в зависимости от степени его очистки.

С середины 1990-ых годов в России (г. Иркутск) профессором В.А. Бабкиным налажено производство ДКВ из альтернативного сырья - корней, опилок, щепы и комлевой части (отходов лесозаготовок и лесопереработки) лиственницы Даурской [22]. Однако такая технология остается энергозатратной и экологически небезопасной, т.к. включает стадию отгонки водонерастворимого дигидрокверцетина водяным паром с последующим выделением ДКВ из низкотемпературного предгидролизата лиственницы полиамидным сорбентом.

В ИБПК СО РАН и Якутском госуниверситете разработана механохимическая технология получения дигидрокверцетина из отходов лесозаготовки и лесоперера-ботки лиственницы, включающая всего две энергомалозатратные и экологически чистые стадии: образование в механохимической реакции из водонерастворимого ДКВ его водорастворимой формы и осаждение дигидрокверцетина из низкотемпературного водного раствора путем простого подкисления.

В настоящее время использование данного технологически простого, экологически чистого и экономически выгодного способа делает высокорентабельным использование механохимического ДКВ не только в фармацевтике, но и в пищевой промышленности, а также в технических целях.

Лит ерат ура

1. Голдовский А.М. Закон множественности пред-ст авителей отдельных групп веществ в растительном организме // Успехи современной биологии. ? 1941. ? Т.14, вып. 1. ? С. 140?46.

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 экст ремальности погодных условий // Наука и образование. ? 2002. ? № 1. ? С. 45?49.

3. Гриневич М.А., Брехман И.И., Ким Бен Кю. Исследование сложных рецептов восточной медицины и их компонентов с помощью ЭВМ. Сообщ. 5: Наиболее част о используемые лекарственные растения т ради-ционной медицины Японии и Кореи // Растительные ресурсы. ? Т. 13, вып. 2. ? 1977. ? С. 261?267.

4. Кершенгольц Б.М., Ремигайло П.А., Шеин А.А., Кершенгольц Е.Б. Природные биологически активные вещества из тканей растений и животных Якутии: особенности состава, новые технологии, достижения и перспективы использования в медицине //Дальневос-т очный медицинский журнал. Приложение № 1. ? 2004. ? С. 25?29.

5. А. С. РФ № 1822785 от 12.10.92 (приоритет от 03.08.1990). Способ получения экстракта из пантов оленя / Б.М. Кершенгольц, А.К. Ахременко, В.В. Рогожин.

6. Кершенгольц Б.М, Ахременко А.К. Временная Фармакопейная ст атья «Эпсорин» // ВФС РФ № 422467-95. -1995.

7. «Свидетельство о государственной регистрации» Роспот ребнадзора РФ №77.99.23.3.У.462.1.08 от 28.01.2008.

8. Алексеева С.Н. Влияние адаптогенов на иммунную и кроветворную системы в условиях радиационного и цит остатического воздействия // Авт ореф. дис. ... канд. мед. наук. ? Новосибирск. Изд-во СО РАМН, 1996. ? 16 с.

9. Мельцер И.М., Алексеева М.Н., Кершенгольц Б.М. Способ лечения вирусных гепатитов с помощью инди-видуализируемыхдоз эпсорина. Мет одич. реком. Утв. МЗ РС(Я) 25.10.97. ? Якут ск: Изд-во ЯГУ, 1997. ? 16 с.

10. Сорова О.Н., Кершенгольц Б.М, Петрова П.Г., Васильев Е.Е. Применение Эпсорина в лечении больных хроническими обструктивными бронхитами (ХОБ) // Intern.J. on Immunorehabiliyation. ? 1997. ? № 4. ? P. 9.

11. Корнилов А.А., Миронов А.А., 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). ? Якут ск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 1993. ? С. 94?96.

12. Pinelis I.S., VexlerN.D., Kershengoltz B.M. Epsorin Application in a Complex of Treatment of Maxillo-facialArea 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.

13. Ширко О.И. Прогнозирование и оптимизация процесса регенерации тканей после хирургических вмешат ельст в в челюст но-лицевой област и // Авт ореф. дисс.... канд. мед. наук. ?Якут ск, 2006. ?23с.

14. Патент РФ №2099067. Способ получения лекарственного средства (Эпсорин в сахарном сиропе)1998 /А.К. Ахременко, В.Ф. Кузьмина, Р.Н. Николаева.

15. Патент РФ №2021342 от 28.10.92. Композиция ингредиент ов для т онизирующего бальзама «Симехин Эрчим» /Б.М. Кершенгольц, А.Н. Журавская, Л.К. Чере-нова, Б.И. Иванов и др.

16. Патент РФ №2112524 от 10.06.98 (приоритет от 06.03.96). Композиция ингредиент ов для лекарственного средства / Б.М. Кершенгольц, А.Н. Журав-ская, Б.И. Иванов и др.

17. Пичугин А.А., Тарасов В.В. Суперкритическая экст ракция и перспективы создания новых бесст очных процессов // Успехи химии. ? 1991. ? Т. 60, вып. 11. -С. 2412?2421.

18. Королёв К.Г., Ломовский О.И., Рожанская О.А., Васильев В.Г. Механохимическое получение водорастворимых форм тритерпеновых кислот //Химия природных соединений. -2003. ? № 4. - С. 295?300.

19. Пат ент РФ №2318407, приорит ет от 10.01.2006, зарегистрировано 10.01.2008. Способ получения водки, обладающей пониженным т оксическим и наркот ическим эффект ом / Б.М. Кершенгольц, А.Н. Журавская, П.А. Ремигайло, Г.В. Филиппова, А.А. Шеин, М.М. Шашурин, Е.Б. Кершенгольц.

20. Заявка № 2007133339/15(036417) на патент РФ, приоритет от 05.09.2007. Способ получения препарата ЯГЕЛЬ-М для профилактики и лечения т убер-кулеза/Б.М. Кершенгольц, Г.В. Филиппова, М.М. Шашурин, А.Н. Журавская, О.И. Ломовский, Н.Г. Павлов, А.А. Шеин.

21. Заявка № 2007142814/15(048883) на патент РФ, приоритет от 19.11.2007. Способ получения дигидрокверцетина из отходов лесозагот овки и лесо-переработ ки лист венницы / Б.М. Кершенгольц, М.М. Шашурин, Е.С. Хлебный, А.А. Шеин, А.Н. Журавская, О.И. Ломовский, М.А. Жуков.

22. Бабкин В.А., Остроумова Л.А., Дьячкова С.Г. и др. Безотходная комплексная переработка биомассы лиственниц сибирской и даурской //Химия в интересах уст ойчивог о развития. -1997. - Т. 5, № 1. - С. 1057115.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.