Новости
7 ноября 2016, 14:41

Биолюминесценция: от идеи до коммерциализации

Коллектив кафедры биофизики Института фундаментальной биологии и биотехнологии Сибирского федерального университета – неоднократный победитель конкурсов Краевого фонда науки.

За последние двадцать лет поддержку Краевого фонда науки получило множество проектов, выполненных под руководством доктора биологических наук, профессора, заведующей кафедры биофизики Валентины Кратасюк. Результатами работы кафедры стали: школьный практикум по биологии, люминометр – прибор, измеряющий интенсивность свечения бактерий, экспрессный анализ для мониторинга загрязнения почвы Красноярского края и другие проекты.

В основе каждого проекта – использование биолюминесцентных технологий.

—  Валентина Александровна, расскажите подробнее о феномене биолюминесценции? Как продвигаются исследования биолюминесцентных систем в Красноярске?

— Биолюминесценция — способность некоторых живых организмов светиться благодаря наличию особого фермента — люциферазы. Сегодня известно более 800 видов светящихся живых существ. К примеру, это рыбы, ракообразные, моллюски, бактерии, черви, грибы и другие виды.

Именно в Красноярске сложилась одна из самых мощных в мире научных школ по изучению механизма свечения живых организмов под руководством академика Иосифа Гительзона. При его непосредственном участии вместе с учениками в Институте биофизики СО РАН были проведены первые исследования морских светящихся микроорганизмов, а также разработаны аппаратура и методы визуализации «живого свечения».

В Сибирском федеральном университете в рамках данного направления работает Лаборатория биолюминесцентных биотехнологий, созданная при нашей кафедре под руководством профессора Осаму Шимомура – нобелевского лауреата, одного из ведущих мировых ученых в области биолюминесценции.

Отмечу, что сегодня не так много научных команд, которые исследуют механизмы «живого свечения», создают новые биолюминесцентные методы и технологии.  Ведущее сообщество «биолюминесценщиков» насчитывает порядка 300 человек. Именно они «снабжают» остальных ученых эффективными методами визуализации биологических процессов для полезного применения в разных сферах жизнедеятельности человека.

Результаты работы нашего научного коллектива известны во всем мире. Новые знания, полученные в ходе фундаментальных исследований, являются основой для прикладной науки, а также для коммерциализации и внедрения разработок в реальный сектор экономики региона.

—  В рамках какого научного направления Вы работаете?

Экспериментальное моделирование ферментативных процессов в гиалоплазме клетки. Это фундаментальное направление исследований. А в прикладной области – это научное направление, направленное на создание нового поколения биолюминесцентных биосенсоров, которые применяются  для экологического мониторинга, контроля стресса в биологических объектах, эндотоксикоза в организме человека, качества пищевых продуктов, качества среды в замкнутых экосистемах и других применений.

Все эти исследования связаны с развитием нового направления биолюминесцентного анализа – ферментативного биотестирования, автором которого я и являюсь.  Для этих целей разработана новая технология получения дозированного иммобилизованного многокомпонентного реагента «Энзимолюм», по сути являющегося моделью клетки светящихся бактерий, по интенсивности свечения которого мы можем определить степень загрязнения объекта.

—  Где применяется данная биолюминесцентная технология в реальной жизни? Где можно увидеть ее реализацию на практике?

— Данный метод имеет широкое поле применения: для мониторинга окружающей среды, оценки состояния организма человека, выявления некачественных или загрязненных, например, пестицидами, продуктов, а также для разработки эффективных образовательных программ.

Первое из них – обнаружение токсичных и опасных веществ в объектах окружающей среды. Мы можем провести анализ природных водных экосистем, промышленных стоков и сделать оценку качества воды.

Второе – это определение загрязнения и качества почвы. Так, поддержка Краевого фонда науки позволила показать применимость нашей «платформенной» технологии для выявления загрязнения почвы и определения ее пригодности для выращивания овощных культур.  В этом смысле региональный фонд дал «стартап» большому проекту, уже поддержанному грантом Российского научного фонда, в рамках которого мы должны создать научные основы и сам экспрессный метод для оценки качества почвы.

Третье направление – это медицина.  Есть такое понятие «эндотоксикоз», когда в организме человека накапливаются различные «токсины», оценивая количество которых можно дать оценку степени тяжести состояния больного. Методика позволяет заблаговременно обнаружить у пациента ухудшение состояния, врач может оперативно изменить тактику лечения, и тем самым спасти пациента. Этот метод был успешно применен в лечебной практике одной их клиник г. Челябинска. Согласно статистике, благодаря этому методу смертность пациентов отделения реанимации снизилась на 24%.

Следующее новое для нас направление – биотестирование овощей и фруктов. Эти работы начались с попытки применить разработанную платформенную технологию биотестирования для определения качества орехов (прогоркония) и для оценки безопасности пищевых добавок и наноматериалов. Однако до использования методики еще далеко. Прежде нужно разработать фундаментальные научные основы новой методологии для комплексной экспрессной оценки качества и безопасности продуктов питания с использованием эталонных образцов сельскохозяйственной продукции, что мы и собираемся сделать в рамках проекта, поддержанного РФФИ.

Кроме того, биолюминесценция – хороший образовательный инструмент. Ученые научились использовать «свечение» для визуализации многих биологических процессов. В помощь преподавателям университетов и школ успешно реализован лабораторный практикум «Энзимолюм: Жизнь рассказывает о себе светом», написаны учебные пособия, в доступной и интересной форме обучающие студентов и школьников простым экспериментам.  Благодаря Краевому фонду науки была опубликована и распространена в школы книга-детская энциклопедия, популярно рассказывающая детям 7-10 лет о светящихся организмах.

Разработан «Школьный биолюминесцентный практикум», предназначенный для проведения лабораторных работ и демонстрационных экспериментов, учебных исследовательских проектов в соответствии со школьными программами, основанными на последних достижениях естественных наук в области биолюминесценции. Лабораторный комплекс был успешно реализован в рамках программы «Одаренные дети Красноярья», а также в очном модуле интенсивной школы «Экспедиция к успеху».

—  Какие возможности Вы получили благодаря поддержке Краевого фонда науки?

— Краевой фонд науки – это настоящий «стартап» для ученого. Благодаря поддержке фонда мы апробировали новые идеи по созданию приборов – биолюминометров, биолюминесцентных технологий тогда, когда никто и не предполагал, что метод получит столь эффективное и широкое применение. На средства фонда мы начали разработку многокомпонентного иммобилизованного реагента, лабораторного комплекса «Энзимолюм» и многих других проектов.

Более того, фонд интересен для ученого и тем, что позволяет искать пути решения актуальных социально-экономических проблем для Красноярского края. Ученые разрабатывают конкретные технологии для развития научно-технологического комплекса региона и очень часто это делается по прямому заказу предприятий края.

Активными участниками конкурсов фонда является и наша талантливая молодежь, среди победителей студенты и аспиранты кафедры. Победителями признаны работы молодых ученых СФУ по разработке практикума «Жизнь рассказывает о себе светом», метода контроля состояния организма спортсменов по содержанию лактата в слюне, разработке ферментного реагента для определения остаточных количеств пестицидов в объектах окружающей среды и другие проекты. Для молодого исследователя поддержка фонда позволяет впервые воплотить свои идеи на практике и получить оценку экспертов.

—  Каковы Ваши планы на будущее? 

— На очереди – воплощение новых идей применения метода. Например, биосенсор для выявления онкологических заболеваний, создание и испытание макета экспрессной биолюминесцентной тест-системы для оценки безопасности продуктов питания и другие проекты.

Валентина Кратасюк  – автор технологии Bioluminescent Enzyme System Technology (BEST™), доктор биологических наук (биофизика), профессор, заведующая кафедрой биофизики СФУ, ведущий научный сотрудник Института биофизики СО РАН, имеет звание «Почетный работник высшего профессионального образования» и почётный профессор Университета Флориды (США), имеет многолетний опыт руководства российскими и международными проектами, сотрудничает с университетами США, Великобритании, Германии, Нидерландов, автор 23 патентов и РИД, более чем 300 публикаций, директор по науке ООО «НПП «Прикладные биосистемы».

comments powered by HyperComments












Евтушенко в моей жизни был всегда… Евтушенко в моей жизни был всегда…
http://monavista.ru/images/uploads/79b47d882a3689060ae4d57283ec8bbe.jpg
Письмо с моей фермы Письмо с моей фермы
http://monavista.ru/images/uploads/92eb5c9944f25688043feb2b9b01e0f2.jpg
Почему в России выросли продажи дорогих смартфонов Почему в России выросли продажи дорогих смартфонов
http://monavista.ru/images/uploads/08009197b894c4557dc9c7177e803f77.jpg