«Работы нашего научного коллектива известны во всем мире»

Результатами работы кафедры биофизики Института фундаментальной биологии и биотехнологии Сибирского федерального университета 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».

Источник: Краевой фонд науки