Живые и мёртвые

Протестируем всё

— Сейчас сотрудники Лаборатории биолюминесцентных биотехнологий активно занимаются научными исследованиями в новой области, называемой «молекулярный краудинг». По сути — это воспроизведение работы ферментов внутри живой клетки, что может привести к созданию искусственной клетки. А начиналось всё с решения прикладной задачи — создания стабильного реагента для методики ферментативного биотестирования (биолюминометра и реагентов к нему), — говорит доктор биологических наук, профессор, заведующая кафедрой биофизики и Лаборатории биолюминесцентных биотехнологий ИФБиБТ СФУ Валентина КРАТАСЮК.

В повседневной жизни, глядя на результаты проверок тех или иных продуктов и непродовольственных товаров различными контрольно-надзорными органами, мы редко задумываемся над тем, как выявляется их вредность или безвредность для человека. По большому счёту существуют два основных типа анализов: химический и биологический. Химический показывает количество в пробе того или иного вещества, в том числе вредного. Но для его проведения надо точно знать, какое вещество мы ищем. Помните, как несколько лет назад в Красноярском крае немало людей отравилось помидорами? Государственные лаборатории тогда делали анализ только на наличие семи пестицидов и инсектицидов, а в том же Китае, например, выпускают более тысячи таких веществ. Поэтому никто не знал, что за вещество оказалось причиной отравлений. При этом по всем официально установленным показателям химический анализ говорил, что с овощами всё нормально.

Метод биотестирования отличается тем, что быстро показывает, вреден или нет исследуемый продукт для живого организма, не разбираясь в деталях, какие именно вредные вещества в нём присутствуют, известные исследователям или нет. В известных биотестах используют разные живые организмы, например парамеции, дафнии, водоросли, растения, бактерии, в том числе светящиеся.

Профессор Кратасюк занимается биолюминесцентным анализом с далёкого 1975 года. Тогда, работая со светящимися бактериями, Валентина Александровна быстро поняла, насколько они капризны и не удобны в качестве реагентов для обнаружения вредных веществ. Например, при оценке токсичности коммунальных стоков, содержащих много органических веществ, живые организмы как тест-объекты не погибали даже при наличии вредных веществ, а, наоборот, начинали активно размножаться, поедая органику .

— Так как я по образованию биохимик, мне в голову пришла идея использовать в качестве тест-объектов ферменты, отвечающие за функцию свечения у бактерий. Мы попробовали работать с ферментами, и получилось довольно хорошо. В результате создана платформенная технология ферментативного биотестирования для быстрой и точной оценки токсичности разных сред с использованием ферментов светящихся бактерий — люцифераз. Платформенная технология ферментативного биотестирования лучше бактериальной как раз тем, что в ней применяются не живые организмы, а достаточно простой, удобный в хранении и использовании многокомпонентный иммобилизованный сухой реагент «Энзимолюм» — упрощённое содержание живой клетки. В процессе работ выяснилось, что коммерчески доступные приборы-биолюминометры очень дороги. Поэтому научный коллектив под руководством В.А. Кратасюк создал исследовательский комплекс, в составе которого сухой реагент «Энзимолюм» и самый маленький, самый дешёвый в мире биолюминометр «LumiShot».

— Сейчас мы на базе разработанной нами платформенной технологии создаём комплексный ферментативный биотест, который мы называем ФМО (ферментативная модель организма). Это набор ферментативных биотестов, которые моделируют функции живого организма, — поясняет Валентина Александровна. — Среди этих методов не все биолюминесцентные, например тест с бутирилхолинэстеразой для обнаружения фосфорорганических веществ, к которым относятся пестициды и инсектициды.

Коммерциализация буксует

Первой сферой, где коллеги и ученики Кратасюк стали применять ферментативные биотесты, стала экология — анализ воды, воздуха, почвы. Оказалось, что в сравнении с другими биотестами ферментативный оказался самым быстрым, самым точным и самым недорогим. Были установлены контакты с бельгийской фирмой «MicroBioTests Inc.», которая продаёт биотесты в 48 стран мира. Научный руководитель компании, профессор Университета Гента Гидо Персуне приезжал в Красноярск и признал: он много лет бился над тем, чтобы биотест занимал не более часа, а метод красноярцев даёт результат уже через несколько минут!

Учёные СФУ надеялись, что бельгийцы помогут вывести наработанные методики и прибор на мировой рынок, но представители фирмы вдруг стали ставить неподъёмные задачи. К примеру, обычно ошибка биотестирования (в том числе с использованием методик этой самой фирмы) составляет около 20%, красноярская же разработка имела ошибку меньше чем в известных методах. Тем не менее, бельгийцы заявили, что пойдут на сотрудничество лишь после того, как метод учёных СФУ достигнет погрешности в 5%. По словам Валентины Александровны, идёт работа над улучшением точности метода, получен грант от Красноярского научного фонда и РФФИ.

— В общем, вывести на европейский рынок с помощью бельгийцев наши биотесты пока не получилось. Хотя непосредственно с самим профессором Персуне мы продолжаем научное сотрудничество, — констатирует профессор Кратасюк. — С другой стороны, такое общение было для нас очень полезным, потому что представители компании указали нам на ряд моментов, важных для вывода нашего продукта на европейский рынок, серийного производства и применения, на которые мы как учёные просто не обращали внимания. Это то, что нужно каждому малому инновационному предприятию — работа именно с заказчиком, который знает запросы рынка. Сейчас мы активно работаем с компанией из Марселя (Франция), которая также заинтересовалась нашими методами и оборудованием.

В самой же России движением в сторону практического применения новых методов и лабораторного комплекса для ферментативного биолюминесцентного тестирования занимается НПО «Прикладные биосистемы».

— В 2006 году нас пригласили в США для участия в большом инвестиционном форуме по инновационным разработкам, — вспоминает Валентина Александровна. — Реакция инвесторов на наши технологии была очень положительной, и нам пришлось создать научно-производственное предприятие «Прикладные биосистемы», учредителем которого является СФУ. Эта инновационная компания взяла на себя работы по коммерциализации наших технологий, и мы теперь точно понимаем, что наша платформенная технология очень перспективна, применима в самых разных сферах человеческой деятельности, и потенциально рынок для неё огромный.

Для расширения сфер применения разработанного метода тестирования учёные-биологи выяснили, что «токсичные» вещества есть в слюне и в крови; значит, биотесты могут работать и в медицине для диагностики и даже предсказания состояния больного, что даёт сигнал врачу изменить неудачную тактику лечения. И такое, по словам Валентины Александровны, случилось в одной из больниц, где испытывали биолюминесцентный метод и в результате уменьшили смертность в отделении реанимации.

Методами ферментативного биолюминесцентного тестирования можно решать задачи в разных сферах: биологии, ЖКХ, пищевом производстве, сельском хозяйстве, медицине. Например, недавно на кафедру биофизики обратились офтальмологи: «Как лучше подбирать промывные жидкости для контактных линз? И сколько времени эти линзы можно носить?». Исследование промывных жидкостей позволило выбрать наиболее безвредные и эффективные, определить оптимальные режимы использования линз. Сейчас развитием медицинского направления в биотестировании занимается доктор биологических наук, профессор кафедры биофизики СФУ Оксана КОЛЕНЧУКОВА.

Пока же констатируем — поле применения метода ферментативного биолюминесцентного тестирования очень широкое, но на пути его широкого применения многое ещё предстоит сделать.

— Наши инновационные методы необходимо сертифицировать и аттестовать, то есть признать их достоверными и безопасными, а также получить официальные разрешения применять в той или иной сфере. Для этого нужны финансовые вложения в несколько миллионов, — сетует директор ООО НПО «Прикладные биосистемы» Альберт ОЮН. — Например, мы говорим: «Ваша вода грязная». А нам отвечают: «Ваша методика аккредитована в Росстандарте? Нет? Тогда мы вас даже слушать не будем, что бы вы там ни мерили. Мы работаем только по утверждённым методикам».

— Когда созданное нами малое инновационное предприятие столкнулось с этими проблемами, мы решили пойти иным путём — внедрять наши методики в виде экологического практикума для школ, — продолжает профессор Кратасюк. — Лабораторный комплекс для школьников (для экологического и биологического мониторинга) как коммерческий продукт не требует таких жёстких аккредитаций.

Школьники-первопроходцы

Лабораторный комплекс для школ — это реальный инновационный продукт, созданный на мировом уровне научных исследований и разработок в сфере ферментативного биолюминесцентного тестирования. Покупатель получает полную мини-лабораторию с прибором, учебным пособием и реагентами для работы на один год.

— Школьников к нам на кафедру биофизики в университет приходит много: один загрязнение снега измеряет, другой карту загрязнения водоёма строит, — улыбается Валентина Александровна. — Мы сформировали группу учителей, которые готовы постоянно использовать наши разработки. В гимназии «Универс» уже лет 5 биолюминесцентная лаборатория работает, в школе №152 так же используется наш комплекс «Энзимолюм». В Сургутском госуниверситете создана лаборатория, в которой есть пять наших приборов, лаборатории «Энзимолюм» есть в Железногорске, Челябинске, Ярославле, Воронеже, Москве, Санкт-Петербурге, Мурманске, в Амурской области. Так что продажи идут, но они буквально штучные.

Проблема в том, что заинтересованной стороной и потенциальными пользователями этих лабораторных комплексов являются учителя, школьники и их родители, но распорядителями средств являются руководители образовательных учреждений и чиновники отрасли, которые гораздо более важными считают другие траты. Чаще всего лаборатории и приборы «LumiShot» приобретают на деньги спонсоров.

Но откуда школьники и учителя красноярских и тем более иногородних школ узнают о разработанных в СФУ приборах?

— Мы рассылаем информацию, у нас есть научные и просветительские публикации, — говорит профессор Кратасюк. — В самом нашем институте действует Лаборатория биолюминесцентных технологий, основателем которой был лауреат Нобелевской премии профессор Осаму ШИМОМУРА, Почётный профессор СФУ, получивший грант правительства России на создание этой лаборатории. На средства, подаренные профессором в СФУ, создан Фонд Осаму Шимомура для поощрения специальными стипендиями школьников, студентов и молодых учёных за исследования в области биолюминесценции.

В «школьном» варианте научные разработки по биотестированию и компактные лабораторные комплексы успешно работают. Сам прибор «LumiShot» можно подключать к любому компьютеру, ноутбуку или планшету. В электронном пособии для школьного практикума помимо собственно описания прибора есть описание лабораторных работ, а также подробная инструкция по использованию метода для проведения собственных исследований школьниками. И дети, получив в руки инструмент для научных исследований, очень активно им пользуются. Например, одна из школьниц гимназии «Универс» была озабочена тем, что в новом сквере между улицами Копылова и Красной Армии, по которым постоянно идёт масса машин с вредными выхлопами, гуляют мамочки с маленькими детьми. Ей дали возможность провести собственное исследование, и она всю зиму собирала в определённых точках сквера снег, топила его, проверяла и построила карту загрязнённых участков.

Как-то раз позвонила учительница из Богучан: один из её учеников хотел доказать одноклассникам, что вейп тоже вреден, как и обычное курение. Приехали в СФУ, за три часа провели исследование и доказали верность гипотезы.

— А недавно школьница Вера ТУРТАПКИНА (на фото внизу)получила грант как юный изобретатель, — продолжает Валентина Александровна. — Анализируя слюну нашим прибором, она определила, как организм ученика реагирует на стрессы, на физическую и умственную нагрузку в период экзаменов; причём оказалось, что у мальчиков и девочек — по-разному.

— Идеи для исследований школьники придумывают иногда очень оригинальные, — подчёркивает Альберт Оюн. — Например, решили взять на анализ пробы в песочницах детских садов Красноярска, несмотря на заверения воспитателей: «У нас сертификат, что этот песок чистый». А школьники выяснили, что песок, в котором играют маленькие дети, совсем не чистый, хотя на него есть сертификат.

Прекрасно и то, что в ходе проведения биотестов школьники получают весьма полезные навыки и знания проведения исследований, независимо от того, будет ли их жизнь связана с биологией.

— Работа с нашими приборами, собственные исследования — это важно для профориентации. Ребёнок начинает понимать, что такое наука, научный метод, — убеждённо говорит профессор Кратасюк. — Мой собственный внук теперь проводит исследования практически без помощи старших, причём интересы у него вовсе не в биологии, а в инженерии, в конструировании. Но методы научной работы и исследований он освоил у нас. На самом деле заниматься наукой могут далеко не все, ведь для этого ты должен постоянно сомневаться в своих знаниях. Приходят во время приёмной кампании абитуриенты и говорят: «Хотим заниматься медициной!». А я им отвечаю: «Давайте разберёмся, что же на самом деле вы хотите. Лечить? Тогда вам дорога в медицинский университет. А вот если вы хотите разрабатывать новые лекарства, создавать новую диагностику, тогда это к нам».

Есть и проблемы

Кроме широкого распространения метода ферментативного биолюминесцентного тестирования есть ещё одна серьёзная проблема — производство прибора «LumiShot». Штучные его экземпляры сейчас успешно собирают три аспиранта. Разумеется, какую-то часть деталей заказывают на стороне, но окончательную сборку и проверку проводят именно в НПП «Прикладные биосистемы». Однако развить производство до промышленных масштабов пока не получается.

— В Красноярске, Новосибирске и других близлежащих сибирских городах нет подходящих площадок, которые могут заняться мелкосерийным производством такой высокотехнологичной продукции, — говорит директор НПП «Прикладные биосистемы» Альберт Оюн. — Разместить заказ где-нибудь в Китае тоже не получится, там объём производства должен быть от 100 приборов, а лучше — от 1000. Десять штук никто делать не будет. А для заказа 100 или 1000 экземпляров необходима соответствующая сумма. И другой момент — защита «know how»; если мы отдадим производство в Китай, неизвестно, как дальше всё пойдёт.

Сейчас работа по совершенствованию и развитию ферментативного биолюминесцентного тестирования на кафедре биофизики СФУ и в НПП «Прикладные биосистемы» идёт при поддержке научными грантами: учёные пишут проект, получают на его реализацию деньги, выполняют работу, готовят итоговые публикации.

Есть в нашей стране и гранты на организацию производства инновационной продукции, например, в Сколково и в Фонде Бортника. Но там условия подходят для действующих предприятий с немалыми собственными оборотными средствами. Например, программа производства образовательных школьных лабораторий идеально вписывалась в условия Фонда Бортника, кроме одного требования — софинансирования собственными средствами в размере 50%. Университет как учредитель НПП «Прикладные биосистемы» гарантировал это софинансирование, но предприятию отказали на основании того, что вложенные средства должны быть заработаны самой фирмой. Ни спонсорская помощь, ни поддержка учредителя в расчёт не идут.

— Вот так пока обстоят у нас дела с коммерческим продуктом. Над научной же составляющей продолжаем работать, — резюмирует Валентина Александровна. — В том числе работаем с Красноярским центром стандартизации и метрологии, руководство которого активно поддерживает и помогает продвигать наши разработки. Например, совместно мы проводили исследование качества фруктов и овощей по гранту Красноярского научного фонда и РФФИ. С ними же начали разрабатывать биотест на загрязнение воздуха Красноярска. Пока чистоту воздуха определяют исключительно химическим анализом, в результате часто показатели в норме, а дышать в городе нечем. Мы же определяем вредность и опасность интегрально, не говорим, сколько чего в воздухе, а выясняем, насколько в сумме это опасно или нет для человека.

А ещё, по словам Валентины Александровны, её исследования пользуются живейшим спросом у дачников. Обычным людям ведь нужны не бумажки-сертификаты, а авторитетное мнение, подтверждённое лабораторными исследованиями, о том, каково состояние почвы на их участке, какая вода в скважине, какие удобрения и химикаты можно применять, чтобы не навредить собственному здоровью.

Андрей КУЗНЕЦОВ