Anxious Albatross
Проверенный
Лаборатория инженерии биополимеров ФИЦ Биотехнологии РАН работает с задачами, связанными с природными полисахаридами и их применением в биотехнологии. Как появилась лаборатория? Какие ключевые разработки у нее есть? Об этом и многом другом объединенной редакции порталов Indicator.Ru и InScience.News рассказал Валерий Варламов, руководитель лаборатории.
— Валерий Петрович, когда и как появилась лаборатория инженерии биополимеров ФИЦ Биотехнологии РАН? С какой задачей она создавалась и как со временем менялись ее название, профиль и структура?
— Наш коллектив стоял у истоков Центра «Биоинженерия» РАН. В 1989 году вместе с созданием нового института была организована «Лаборатория инженерии ферментов» (Фото 1). На первый взгляд связь нашей лаборатории с ферментами может показаться неочевидной, однако основным направлением Центра тогда уже являлась генетическая инженерия растений. Одной из актуальных задач было получение сортов растений, устойчивых к вредителям, в том числе за счет внедрения генов хитиназ — ферментов, разрушающих хитин. В качестве альтернативной стратегии для защиты растений рассматривали обработку полей препаратом, содержащим хитиназы.
Первый состав лаборатории инженерии ферментов, начало 2000-х. Слева направо, верхний ряд: С.А. Лопатин, Н.Ю. Татаринова, В.П. Варламов, Г.Е. Банникова, А.В. Ильина; нижний ряд: М. Анисимова.
Из личного архива Валерия Варламова
Поэтому в первые годы работы лаборатория занималась выделением, очисткой и исследованием ферментов, способных разрушать хитин. В качестве источника ферментов использовали культуральную жидкость Streptomyces kurssanovii. Хитиназы выделяли на сорбентах, разработанных в ИНЭОС РАН. Удалось выделить в чистом виде две хитиназы с молекулярными массами 42 и 26 кДа.
Позднее цикл исследований был посвящен деполимеризации хитозана, включая процессы, происходящие под действием неспецифических ферментов. В 2015 году лаборатория получила современное название — «Лаборатория инженерии биополимеров». Оно гораздо точнее отражает ее нынешний профиль: от исследований гидролиза хитина и хитозана мы перешли к более широкому кругу задач, связанных с природными полисахаридами и их применением в различных областях биотехнологии.
С тех пор центральное место в наших исследованиях занимает хитозан — уникальный природный поликатион. Лаборатория осуществляет полный цикл работ: от получения и характеристики хитозана и его производных до разработки прикладных решений на их основе для медицины, сельского хозяйства и биотехнологии.
— Был ли у лаборатории момент «перелома» — проект, результат или партнерство, после которого стало понятно, что вы вышли на новый уровень? Какие работы вы сами называете визитной карточкой подразделения?
— Одним из ключевых проектов для нашей лаборатории стал выпуск препарата «Агрохит» — биостимулятора роста и индуктора устойчивости растений к заболеваниям. Его основой является низкомолекулярный хитозан, полученный методом ферментативного гидролиза. Этот продукт стал важным подтверждением того, что фундаментальные исследования могут приводить к востребованным прикладным решениям. В 2013 году цикл работ по применению хитина, хитозана и препаратов на их основе был удостоен Премии Правительства РФ в области науки и техники (Фото 2).
Среди значимых направлений можно также выделить участие в федеральной целевой программе «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы». Основная задача нашей части проекта, посвященной разработке технологии получения гипоаллергенных функциональных молочных продуктов, заключалась в удалении β-лактоглобулина из молочной сыворотки с использованием хитозана.
Интересное и новое применение для препаратов хитозана было найдено в 2021 году совместно с группой генетической инженерии грибов ФИЦ Биотехнологии РАН и сотрудниками Государственной Третьяковской Галереи. Хитозан и его производные проявили себя как перспективные антисептики для темперной живописи. В 2024 году нашими сотрудниками была получена благодарность от Александровской епархии за проведение мероприятий, связанных с успешной обработкой подобранными антисептиками Храма Светлого Христова Воскресения Покровского района Владимирской области, подвергнувшегося биопоражению.
Если говорить о научной визитной карточке лаборатории, то это, безусловно, работы по химической модификации хитозана, включая применение методов клик-химии, а также исследования полисахаридных наночастиц. Результаты этих исследований опубликованы в ведущих международных журналах, таких как Carbohydrate Polymers и International Journal of Biological Macromolecules издательства Elsevier.
— Как сложился ваш путь в науку и к биополимерам: чем вас так зацепили природные полисахариды, как вы оказались в Центре «Биоинженерия» и дошли до позиции заведующего лабораторией?
— Я окончил МИТХТ имени М.В. Ломоносова в 1972 году, защищался на кафедре химии и технологии биологически активных соединений, медицинской и органической химии имени Н.А. Преображенского (Фото 3). Затем продолжил научную работу в ИНЭОС РАН, в лаборатории биополимеров под руководством С.В. Рогожина.
В.П. Варламов, МИТХТ имени М.В. Ломоносова, студенческие годы.
Из личного архива Валерия Варламова
Моя кандидатская диссертация (1976 г.) была посвящена иммобилизованным нуклеазам актиномицетов. В то время одной из важных задач биотехнологии было удаление нуклеиновых кислот при выделении белков из микробиологического сырья. Мы исследовали возможность превращения нуклеиновых кислот в 5’-нуклеотиды — вещества, усиливающие вкус и аромат пищевых продуктов. Основной задачей стала оптимизация гидролиза РНК с использованием иммобилизованных экзонуклеаз.
Позднее в лаборатории С.В. Рогожина была сформирована отдельная научная группа под моим руководством. В тот период страна стремительно менялась, закрывались старые научные программы, и необходимо было искать новые направления развития.
Большую роль в моей дальнейшей научной судьбе сыграл Константин Георгиевич Скрябин — талантливый и энергичный ученый-биотехнолог. Именно он предложил нашей группе присоединиться к новому научному центру, ориентированному на современные биотехнологии.
Моя докторская диссертация (1994 г.) была посвящена хроматографическому выделению ферментов-гидролаз и их применению в биотехнологических процессах. В рамках этих исследований удалось получить водорастворимый хитозан и разработать методы ферментативного получения индивидуальных олигомеров N-ацетилглюкозамина высокой степени чистоты. С этого времени мой научный интерес оказался неразрывно связан с полимерами глюкозамина и N-ацетилглюкозамина.
— Для неспециалиста «биополимеры» звучат очень абстрактно. Если объяснить простыми словами, с какими именно молекулами и задачами вы работаете: это хитин‑хитозан, альгинаты, что-то еще — и зачем вообще инженеру разбираться в их тонкой химии?
— Биополимеры — это фундаментальная основа живой природы. Если говорить упрощенно, практически все ключевые процессы жизни реализуются через полимерные молекулы. Знаменитая цитата Фридриха Энгельса звучит следующим образом: «Жизнь есть способ существования белковых тел…». Однако в этом утверждении довольно грубо упускаются из вида другие природные макромолекулы. Наследственная информация хранится в ДНК, затем передается через РНК и реализуется в белках, а многие структурные и защитные функции выполняют полисахариды. Поэтому роль биополимеров в живых системах трудно переоценить.
Мы работаем прежде всего с хитином и хитозаном — природными полисахаридами, которые обладают уникальными свойствами: биосовместимостью, биоразлагаемостью, способностью связывать белки и ионы металлов.
Но для того чтобы материал действительно работал в конкретной области, будь то медицина, сельское хозяйство или биотехнология, необходимо очень тонко управлять его химической структурой. Именно поэтому инженерия биополимеров требует глубокого понимания химии макромолекул.
*— Расскажите про один–два проекта, где вам удалось «скроить» биополимер под конкретную задачу: например, создать материал для медицины, защитное покрытие или носитель для биологически активных веществ. Что в этих историях вам самим кажется самым интересным?
— Одним из наиболее интересных направлений для нас стала химическая модификация хитозана для создания гемостатических материалов. В результате продолжительного исследования-скрининга различных производных хитозана удалось обнаружить соединения с двумя заместителями, которые на донорской крови сокращали время образования сгустка в десятки раз — значительно сильнее, чем исходный хитозан. Эти результаты открывают серьезные перспективы для создания новых эффективных средств остановки кровотечений.
Мы синтезировали кватернизированные производные хитозана, которые могут являться более безопасной альтернативой существующему препарату сульфату протамина. Соединения эффективно нейтрализовали антикоагулянтную активность нефракционированного или низкомолекулярного гепарина.
Нами также получены гидрофобные производные хитозана, которые идеально подходят для капсулирования растительных полифенолов, БАВ и могут защищать эти вещества от агрессивной среды желудка, пролонгировать их действие при пероральном введении.
Наиболее интересным в таких проектах мне кажется возможность буквально «настраивать» свойства природного полимера под конкретную задачу — от взаимодействия с клетками крови до связывания определенных белков или молекул.
ЧАСТЬ 2. «Лучший способ заинтересовать новое поколение — показывать реальные задачи и реальные результаты»
Лаборатория инженерии биополимеров ФИЦ Биотехнологии РАН работает с широким спектром фундаментальных и прикладных научных тем — от материалов для медицины до экологических технологий. Среди ее разработок, например, многочисленные препараты на основе хитозана для защиты от патогенов. Валерий Варламов, руководитель лаборатории, рассказал объединенной редакции порталов Indicator.Ru и InScience.News о балансе между фундаментальными исследованиями и запросами индустрии, будущем лаборатории и отрасли, а также привлечении в отрасль молодежи.
— Лаборатория инженерии биополимеров работает на стыке фундаментальной химии и очень прикладных задач — от медицинских материалов до «зеленых» технологий. Как вы внутри команды держите баланс между долгими базовыми исследованиями и запросами индустрии «нужно вчера и под конкретный продукт»? — Хитозан — крайне интересный объект именно потому, что фундаментальные исследования в этой области имеют относительно короткий путь до практического применения. В определенном смысле баланс между базовой наукой и прикладными задачами уже заложен в самой природе наших исследований.
Практически каждое направление имеет очевидный прикладной потенциал. Например, гидролизаты хитозана могут использоваться как стимуляторы роста растений и биофунгициды в сельском хозяйстве. Производные хитозана перспективны для создания гемостатических и ранозаживляющих материалов. А способность хитозана связывать ионы металлов открывает возможности для применения в системах водоочистки.
Поэтому для нас фундаментальная химия хитозана — это не отвлеченная теория, а инструмент для создания реальных технологий.
— Если заглянуть на 10–15 лет вперед, какой вы видите лабораторию: с какими направлениями, какими партнерами и каким вкладом в биотехнологии хотелось бы ассоциироваться? — Приоритетным направлением для лаборатории остается медицинское применение хитозана. Сегодня мы работаем сразу по нескольким направлениям: от систем доставки биологически активных веществ до разработки гемостатических материалов. Однако именно последнее направление представляется нам наиболее близким к реальному внедрению.
Важно трезво оценивать перспективы трансфера технологий. Медицинские изделия на основе хитозана, например гемостатические материалы, находятся значительно ближе к практическому применению, чем полноценные лекарственные препараты. Они требуют менее длительной клинической и регуляторной валидации при сохранении высокой эффективности в своей целевой задаче — остановке кровотечений.
Кроме того, перспективным и реализуемым направлением для хитозана также остается сельское хозяйство. Например, гидролизат хитозана может быть эффективным препаратом, сочетающим в себе и экологический биофунгицид, и стимулятор роста растений.
Через 10–15 лет хотелось бы видеть лабораторию одним из ведущих центров по разработке функциональных полисахаридных материалов как для медицины, так и для сельского хозяйства.
— Насколько глубоко лаборатория включена в экологическую повестку — от сорбентов тяжелых металлов до биоразлагаемых материалов? Есть ли разработки, которые в перспективе могли бы заменить традиционные пластики или помочь в борьбе с техногенными загрязнениями? — Безусловно, экологическая тематика сегодня крайне важна, однако мы стараемся подходить к ней рационально и не подменять серьезные исследования модными, но малообоснованными проектами. Например, с экономической точки зрения использование хитозана для производства условных «экологичных упаковочных материалов» представляется сомнительным. Это слишком ценный и функциональный материал для столь простых задач.
При этом у лаборатории есть разработки, потенциально способные снижать экологическую нагрузку,прежде всего в сельском хозяйстве. Примером может служить выделение биоактивных соединений из отходов виноградарства и использование их совместно с гидролизатом хитозана для последующей обработки виноградников от фитопатогенов. Хитозан и его производные могут уменьшать потребность в химических фунгицидах и повышать устойчивость растений к патогенам благодаря своим антимикробным и противогрибковым свойствам. А использование побочных продуктов виноградарства, которые обычно просто утилизируются, потенциально приведет к уменьшению экологического следа виноградной индустрии.
— Какие методы и технологии сейчас определяют лицо лаборатории: химическая модификация полисахаридов, 3D‑печать, наноструктурирование, моделирование свойств материалов? Без какого оборудования вы уже не представляете себе работу с биополимерами? — Ключевое направление лаборатории — это гидролиз и химическая модификация хитозана. В России подобными исследованиями занимается относительно небольшое число коллективов. Для нас хитозан — это не просто коммерческий реактив «из банки», а сложная макромолекула с большим количеством параметров: молекулярной массой, степенью деацетилирования, распределением функциональных групп и другими характеристиками. Именно варьирование этих параметров позволяет создавать материалы с заданными свойствами для конкретных областей применения. Поэтому современная работа с биополимерами невозможна без серьезной аналитической базы: методов спектроскопии, хроматографии, динамического светорассеяния для исследований молекулярной массы и структуры полимеров.
— И о людях: много ли молодых исследователей и студентов сегодня приходят именно в «полисахаридную» тематику? Чем вы обычно их привлекаете и как, на ваш взгляд, можно сделать эту область заметнее и понятнее для следующего поколения химиков и биотехнологов? — Одно из главных достоинств лаборатории — это атмосфера. У нас сложился дружный и сплоченный коллектив, в котором комфортно работать как опытным сотрудникам, так и студентам или аспирантам. Мы стараемся сохранять внутри лаборатории принципы научной демократии: важные решения обсуждаются совместно, а молодые сотрудники чувствуют себя полноценными участниками научного процесса.
Нам очень повезло с нынешним коллективом молодых ученых, где каждый из сотрудников способен к самостоятельному ведению своей темы — от кооперации с другими коллективами, до поиска финансирования и потенциальных инвесторов. Где снимать спектры наших соединений? Где взять реактивы для синтеза? Где проводить биологические исследования? В решении подобных вопросов огромную роль играют личные связи и знакомства моих молодых сотрудников, за что я им безмерно благодарен. Неформальные отношения между людьми — это именно то, что держит науку на плаву в наше непростое время. Конечно, сегодня привлекать новых молодых людей в науку очень сложно. Многие приходят без четкого понимания, чем именно хотят заниматься, а условия финансирования российской науки далеко не всегда способствуют энтузиазму с их стороны. Тем не менее интерес к биополимерам сохраняется. И мне кажется, что лучший способ заинтересовать новое поколение — показывать реальные задачи и реальные результаты: когда химия природных полимеров приводит к созданию медицинских материалов, биотехнологий и технологий будущего.
Продолжить чтение...
— Валерий Петрович, когда и как появилась лаборатория инженерии биополимеров ФИЦ Биотехнологии РАН? С какой задачей она создавалась и как со временем менялись ее название, профиль и структура?
— Наш коллектив стоял у истоков Центра «Биоинженерия» РАН. В 1989 году вместе с созданием нового института была организована «Лаборатория инженерии ферментов» (Фото 1). На первый взгляд связь нашей лаборатории с ферментами может показаться неочевидной, однако основным направлением Центра тогда уже являлась генетическая инженерия растений. Одной из актуальных задач было получение сортов растений, устойчивых к вредителям, в том числе за счет внедрения генов хитиназ — ферментов, разрушающих хитин. В качестве альтернативной стратегии для защиты растений рассматривали обработку полей препаратом, содержащим хитиназы.
Первый состав лаборатории инженерии ферментов, начало 2000-х. Слева направо, верхний ряд: С.А. Лопатин, Н.Ю. Татаринова, В.П. Варламов, Г.Е. Банникова, А.В. Ильина; нижний ряд: М. Анисимова.
Из личного архива Валерия Варламова
Поэтому в первые годы работы лаборатория занималась выделением, очисткой и исследованием ферментов, способных разрушать хитин. В качестве источника ферментов использовали культуральную жидкость Streptomyces kurssanovii. Хитиназы выделяли на сорбентах, разработанных в ИНЭОС РАН. Удалось выделить в чистом виде две хитиназы с молекулярными массами 42 и 26 кДа.
Позднее цикл исследований был посвящен деполимеризации хитозана, включая процессы, происходящие под действием неспецифических ферментов. В 2015 году лаборатория получила современное название — «Лаборатория инженерии биополимеров». Оно гораздо точнее отражает ее нынешний профиль: от исследований гидролиза хитина и хитозана мы перешли к более широкому кругу задач, связанных с природными полисахаридами и их применением в различных областях биотехнологии.
С тех пор центральное место в наших исследованиях занимает хитозан — уникальный природный поликатион. Лаборатория осуществляет полный цикл работ: от получения и характеристики хитозана и его производных до разработки прикладных решений на их основе для медицины, сельского хозяйства и биотехнологии.
— Был ли у лаборатории момент «перелома» — проект, результат или партнерство, после которого стало понятно, что вы вышли на новый уровень? Какие работы вы сами называете визитной карточкой подразделения?
— Одним из ключевых проектов для нашей лаборатории стал выпуск препарата «Агрохит» — биостимулятора роста и индуктора устойчивости растений к заболеваниям. Его основой является низкомолекулярный хитозан, полученный методом ферментативного гидролиза. Этот продукт стал важным подтверждением того, что фундаментальные исследования могут приводить к востребованным прикладным решениям. В 2013 году цикл работ по применению хитина, хитозана и препаратов на их основе был удостоен Премии Правительства РФ в области науки и техники (Фото 2).
Среди значимых направлений можно также выделить участие в федеральной целевой программе «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы». Основная задача нашей части проекта, посвященной разработке технологии получения гипоаллергенных функциональных молочных продуктов, заключалась в удалении β-лактоглобулина из молочной сыворотки с использованием хитозана.
Интересное и новое применение для препаратов хитозана было найдено в 2021 году совместно с группой генетической инженерии грибов ФИЦ Биотехнологии РАН и сотрудниками Государственной Третьяковской Галереи. Хитозан и его производные проявили себя как перспективные антисептики для темперной живописи. В 2024 году нашими сотрудниками была получена благодарность от Александровской епархии за проведение мероприятий, связанных с успешной обработкой подобранными антисептиками Храма Светлого Христова Воскресения Покровского района Владимирской области, подвергнувшегося биопоражению.
Если говорить о научной визитной карточке лаборатории, то это, безусловно, работы по химической модификации хитозана, включая применение методов клик-химии, а также исследования полисахаридных наночастиц. Результаты этих исследований опубликованы в ведущих международных журналах, таких как Carbohydrate Polymers и International Journal of Biological Macromolecules издательства Elsevier.
— Как сложился ваш путь в науку и к биополимерам: чем вас так зацепили природные полисахариды, как вы оказались в Центре «Биоинженерия» и дошли до позиции заведующего лабораторией?
— Я окончил МИТХТ имени М.В. Ломоносова в 1972 году, защищался на кафедре химии и технологии биологически активных соединений, медицинской и органической химии имени Н.А. Преображенского (Фото 3). Затем продолжил научную работу в ИНЭОС РАН, в лаборатории биополимеров под руководством С.В. Рогожина.
В.П. Варламов, МИТХТ имени М.В. Ломоносова, студенческие годы.
Из личного архива Валерия Варламова
Моя кандидатская диссертация (1976 г.) была посвящена иммобилизованным нуклеазам актиномицетов. В то время одной из важных задач биотехнологии было удаление нуклеиновых кислот при выделении белков из микробиологического сырья. Мы исследовали возможность превращения нуклеиновых кислот в 5’-нуклеотиды — вещества, усиливающие вкус и аромат пищевых продуктов. Основной задачей стала оптимизация гидролиза РНК с использованием иммобилизованных экзонуклеаз.
Позднее в лаборатории С.В. Рогожина была сформирована отдельная научная группа под моим руководством. В тот период страна стремительно менялась, закрывались старые научные программы, и необходимо было искать новые направления развития.
Большую роль в моей дальнейшей научной судьбе сыграл Константин Георгиевич Скрябин — талантливый и энергичный ученый-биотехнолог. Именно он предложил нашей группе присоединиться к новому научному центру, ориентированному на современные биотехнологии.
Моя докторская диссертация (1994 г.) была посвящена хроматографическому выделению ферментов-гидролаз и их применению в биотехнологических процессах. В рамках этих исследований удалось получить водорастворимый хитозан и разработать методы ферментативного получения индивидуальных олигомеров N-ацетилглюкозамина высокой степени чистоты. С этого времени мой научный интерес оказался неразрывно связан с полимерами глюкозамина и N-ацетилглюкозамина.
— Для неспециалиста «биополимеры» звучат очень абстрактно. Если объяснить простыми словами, с какими именно молекулами и задачами вы работаете: это хитин‑хитозан, альгинаты, что-то еще — и зачем вообще инженеру разбираться в их тонкой химии?
— Биополимеры — это фундаментальная основа живой природы. Если говорить упрощенно, практически все ключевые процессы жизни реализуются через полимерные молекулы. Знаменитая цитата Фридриха Энгельса звучит следующим образом: «Жизнь есть способ существования белковых тел…». Однако в этом утверждении довольно грубо упускаются из вида другие природные макромолекулы. Наследственная информация хранится в ДНК, затем передается через РНК и реализуется в белках, а многие структурные и защитные функции выполняют полисахариды. Поэтому роль биополимеров в живых системах трудно переоценить.
Мы работаем прежде всего с хитином и хитозаном — природными полисахаридами, которые обладают уникальными свойствами: биосовместимостью, биоразлагаемостью, способностью связывать белки и ионы металлов.
Но для того чтобы материал действительно работал в конкретной области, будь то медицина, сельское хозяйство или биотехнология, необходимо очень тонко управлять его химической структурой. Именно поэтому инженерия биополимеров требует глубокого понимания химии макромолекул.
*— Расскажите про один–два проекта, где вам удалось «скроить» биополимер под конкретную задачу: например, создать материал для медицины, защитное покрытие или носитель для биологически активных веществ. Что в этих историях вам самим кажется самым интересным?
— Одним из наиболее интересных направлений для нас стала химическая модификация хитозана для создания гемостатических материалов. В результате продолжительного исследования-скрининга различных производных хитозана удалось обнаружить соединения с двумя заместителями, которые на донорской крови сокращали время образования сгустка в десятки раз — значительно сильнее, чем исходный хитозан. Эти результаты открывают серьезные перспективы для создания новых эффективных средств остановки кровотечений.
Мы синтезировали кватернизированные производные хитозана, которые могут являться более безопасной альтернативой существующему препарату сульфату протамина. Соединения эффективно нейтрализовали антикоагулянтную активность нефракционированного или низкомолекулярного гепарина.
Нами также получены гидрофобные производные хитозана, которые идеально подходят для капсулирования растительных полифенолов, БАВ и могут защищать эти вещества от агрессивной среды желудка, пролонгировать их действие при пероральном введении.
Наиболее интересным в таких проектах мне кажется возможность буквально «настраивать» свойства природного полимера под конкретную задачу — от взаимодействия с клетками крови до связывания определенных белков или молекул.
ЧАСТЬ 2. «Лучший способ заинтересовать новое поколение — показывать реальные задачи и реальные результаты»
Лаборатория инженерии биополимеров ФИЦ Биотехнологии РАН работает с широким спектром фундаментальных и прикладных научных тем — от материалов для медицины до экологических технологий. Среди ее разработок, например, многочисленные препараты на основе хитозана для защиты от патогенов. Валерий Варламов, руководитель лаборатории, рассказал объединенной редакции порталов Indicator.Ru и InScience.News о балансе между фундаментальными исследованиями и запросами индустрии, будущем лаборатории и отрасли, а также привлечении в отрасль молодежи.
— Лаборатория инженерии биополимеров работает на стыке фундаментальной химии и очень прикладных задач — от медицинских материалов до «зеленых» технологий. Как вы внутри команды держите баланс между долгими базовыми исследованиями и запросами индустрии «нужно вчера и под конкретный продукт»? — Хитозан — крайне интересный объект именно потому, что фундаментальные исследования в этой области имеют относительно короткий путь до практического применения. В определенном смысле баланс между базовой наукой и прикладными задачами уже заложен в самой природе наших исследований.
Практически каждое направление имеет очевидный прикладной потенциал. Например, гидролизаты хитозана могут использоваться как стимуляторы роста растений и биофунгициды в сельском хозяйстве. Производные хитозана перспективны для создания гемостатических и ранозаживляющих материалов. А способность хитозана связывать ионы металлов открывает возможности для применения в системах водоочистки.
Поэтому для нас фундаментальная химия хитозана — это не отвлеченная теория, а инструмент для создания реальных технологий.
— Если заглянуть на 10–15 лет вперед, какой вы видите лабораторию: с какими направлениями, какими партнерами и каким вкладом в биотехнологии хотелось бы ассоциироваться? — Приоритетным направлением для лаборатории остается медицинское применение хитозана. Сегодня мы работаем сразу по нескольким направлениям: от систем доставки биологически активных веществ до разработки гемостатических материалов. Однако именно последнее направление представляется нам наиболее близким к реальному внедрению.
Важно трезво оценивать перспективы трансфера технологий. Медицинские изделия на основе хитозана, например гемостатические материалы, находятся значительно ближе к практическому применению, чем полноценные лекарственные препараты. Они требуют менее длительной клинической и регуляторной валидации при сохранении высокой эффективности в своей целевой задаче — остановке кровотечений.
Кроме того, перспективным и реализуемым направлением для хитозана также остается сельское хозяйство. Например, гидролизат хитозана может быть эффективным препаратом, сочетающим в себе и экологический биофунгицид, и стимулятор роста растений.
Через 10–15 лет хотелось бы видеть лабораторию одним из ведущих центров по разработке функциональных полисахаридных материалов как для медицины, так и для сельского хозяйства.
— Насколько глубоко лаборатория включена в экологическую повестку — от сорбентов тяжелых металлов до биоразлагаемых материалов? Есть ли разработки, которые в перспективе могли бы заменить традиционные пластики или помочь в борьбе с техногенными загрязнениями? — Безусловно, экологическая тематика сегодня крайне важна, однако мы стараемся подходить к ней рационально и не подменять серьезные исследования модными, но малообоснованными проектами. Например, с экономической точки зрения использование хитозана для производства условных «экологичных упаковочных материалов» представляется сомнительным. Это слишком ценный и функциональный материал для столь простых задач.
При этом у лаборатории есть разработки, потенциально способные снижать экологическую нагрузку,прежде всего в сельском хозяйстве. Примером может служить выделение биоактивных соединений из отходов виноградарства и использование их совместно с гидролизатом хитозана для последующей обработки виноградников от фитопатогенов. Хитозан и его производные могут уменьшать потребность в химических фунгицидах и повышать устойчивость растений к патогенам благодаря своим антимикробным и противогрибковым свойствам. А использование побочных продуктов виноградарства, которые обычно просто утилизируются, потенциально приведет к уменьшению экологического следа виноградной индустрии.
— Какие методы и технологии сейчас определяют лицо лаборатории: химическая модификация полисахаридов, 3D‑печать, наноструктурирование, моделирование свойств материалов? Без какого оборудования вы уже не представляете себе работу с биополимерами? — Ключевое направление лаборатории — это гидролиз и химическая модификация хитозана. В России подобными исследованиями занимается относительно небольшое число коллективов. Для нас хитозан — это не просто коммерческий реактив «из банки», а сложная макромолекула с большим количеством параметров: молекулярной массой, степенью деацетилирования, распределением функциональных групп и другими характеристиками. Именно варьирование этих параметров позволяет создавать материалы с заданными свойствами для конкретных областей применения. Поэтому современная работа с биополимерами невозможна без серьезной аналитической базы: методов спектроскопии, хроматографии, динамического светорассеяния для исследований молекулярной массы и структуры полимеров.
— И о людях: много ли молодых исследователей и студентов сегодня приходят именно в «полисахаридную» тематику? Чем вы обычно их привлекаете и как, на ваш взгляд, можно сделать эту область заметнее и понятнее для следующего поколения химиков и биотехнологов? — Одно из главных достоинств лаборатории — это атмосфера. У нас сложился дружный и сплоченный коллектив, в котором комфортно работать как опытным сотрудникам, так и студентам или аспирантам. Мы стараемся сохранять внутри лаборатории принципы научной демократии: важные решения обсуждаются совместно, а молодые сотрудники чувствуют себя полноценными участниками научного процесса.
Нам очень повезло с нынешним коллективом молодых ученых, где каждый из сотрудников способен к самостоятельному ведению своей темы — от кооперации с другими коллективами, до поиска финансирования и потенциальных инвесторов. Где снимать спектры наших соединений? Где взять реактивы для синтеза? Где проводить биологические исследования? В решении подобных вопросов огромную роль играют личные связи и знакомства моих молодых сотрудников, за что я им безмерно благодарен. Неформальные отношения между людьми — это именно то, что держит науку на плаву в наше непростое время. Конечно, сегодня привлекать новых молодых людей в науку очень сложно. Многие приходят без четкого понимания, чем именно хотят заниматься, а условия финансирования российской науки далеко не всегда способствуют энтузиазму с их стороны. Тем не менее интерес к биополимерам сохраняется. И мне кажется, что лучший способ заинтересовать новое поколение — показывать реальные задачи и реальные результаты: когда химия природных полимеров приводит к созданию медицинских материалов, биотехнологий и технологий будущего.
Продолжить чтение...