7.12.2020 №49

image

в Институте биоорганической химии НАН Беларуси создан ряд опытно-производственных участков

Кроме крупного производства НПЦ «ХимФармСинтез» в Институте биоорганической химии НАН Беларуси (ИБОХ) создан ряд опытно-производственных участков, которые входят в состав лабораторий. На некоторых из них мы заострим внимание.

«Такие небольшие инновационные производства позволяют в полной мере реализовывать задания госпрограмм: доводить научные разработки до их внедрения. Для лабораторий они открывают еще и новые возможности самостоятельного выпуска конечной продукции, создавая при этом дополнительные условия для повышения зарплаты научным сотрудникам», – подчеркнула директор ИБОХ Светлана Бабицкая.

Гены для биотехнологии

image

В лаборатории белковой инженерии ученые создали отечественную технологию получения искусственных генов и уже приступили к их синтезу для реализации на коммерческой основе. Производство и ассортимент этих довольно дорогих высокотехнологичных продуктов, которые используются в биотехнологии и медицине, в ближайшие годы планируется расширить, создав для этого опытно-производственный участок.

Как рассказал заведующий лабораторией белковой инженерии Алексей Янцевич (на фото), в последние десятилетия прогресс в методологии синтеза сложных молекул ДНК и появление возможности редактирования ДНК in vivo с использованием методологии CRISPR/Cas9 открыли принципиально новые возможности развития молекулярной биологии, биотехнологии и медицины. Возникло новое научное направление – синтетическая биология. Его методы позволяют проектировать и создавать биологические системы с заданными свойствами и функциями, к примеру продуценты ферментов, низкомолекулярных биорегуляторов, биосенсоры.

Данное направление развивают ученые лаборатории. Во время выполнения отдельного проекта научных исследований, финансируемого НАН Беларуси, они разработали отечественную технологию производства синтетических генов, которая позволяет получать ДНК-синтоны протяженностью более 1500 пар оснований. Эта работа стала возможной благодаря существованию научной школы, созданной членом-корреспондентом Сергеем Усановым, и большой поддержке со стороны НАН Беларуси.

Имеющаяся технология позволяет химикам получать белки труднодоступных или патогенных организмов (например, антигены и ферменты опасных вирусов) и даже макромолекулы, не имеющие аналогов в природе.

В ассортименте продуктов лаборатории сейчас – G-блоки и плазмидные векторы со вставками искусственных генов, ряд коммерческих ферментов, которые были получены с использованием технологии синтеза генов. Все они производятся на договорной основе.

«200 нанограмм ДНК-синтона (G-блока) может стоит около 1 тыс. долларов. Одна буква-основание стоит на европейском рынке 0,3–0,5 доллара в зависимости от сложности гена, а средний размер гена в пробирке – 1,5–2 тыс. оснований. Это дорогой и востребованный материал. Синтетические гены у нас сейчас приобретают белорусские компании, заинтересованы и зарубежные, в основном биотехнологической направленности, – рассказал А. Янцевич. – В этом году выполнили более 10 договоров. Мы постоянно улучшаем наши операционные процедуры и методы, ориентируясь на принцип: один ген в день. Но уже видим: существует потребность в масштабировании лабораторной технологии и создании производственного участка. Сейчас есть ограничения – в процессе все еще много ручного труда. Производственный участок позволит повысить эффективность, а следовательно, и рентабельность технологии, мощность производства».

Лаборатория также работает над созданием программируемых безматричных ферментативных методов de novo синтеза ДНК в водных средах по принципам «зеленой химии». Получен уникальный фермент ДНК-нуклеотидилэкзотрансфераза, инженерия которого должна революционизировать синтез искусственных генов во всем мире в ближайшие годы. Сегодня над этой задачей работает несколько крупных научных групп, главным образом в США.

По словам А. Янцевича, особые перспективы имеет синтез одноцепочечной ДНК и РНК. В этом году Нобелевскую премию присудили за разработку CRISPR/Cas9 методологии, позволяющей изменять определенные гены в клетке. Первоначальные методы приводили ко множеству ошибок: изменения происходили во всем геноме, а не только в изменяемом участке. Эту проблему решает одноцепочечная ДНК: ее использование повышает точность редактирования в десятки и тысячи раз.

Сотрудники лаборатории работают над созданием технологии получения библиотек генов. «В следующей пятилетней госпрограмме мы разработаем технологии создания библиотек генов. Ген – ДНК с фиксированной последовательностью, а библиотека генов – это целый массив генов, похожих друг на друга, но в которых заложена определенная изменчивость. Если синтетические гены стоят дорого, то библиотеки генов в десятки раз дороже. Они используются для направленной эволюции ферментов и белков, добавляя им заданные свойства: термостабильность, высокую активность, измененную субстратную специфичность ферментов, аффинность антител. С использованием библиотек генов, например, разрабатывают моноклональные антитела для лечения онкологических заболеваний», – рассказал А. Янцевич.

Ученые рассматривают синтез генов, библио­тек генов, реагентов для редактирования геномов не только как коммерческое направление, но и как прочный фундамент для развития биотехнологии и синтетической биологии в Республике Беларусь.

Молекулярный подход

image

Антитела для клеточной терапии, диагностические наборы для выделения ДНК и выявления фактов браконьерства создаются на базе лаборатории молекулярной диагностики и биотехнологии ИБОХ.

Как рассказал заведующий лабораторией Геннадий Сергеев (на фото), для выпуска продукции при лаборатории создан производственный участок. Одно из важных направлений – получение рекомбинантных антител. В результате усовершенствования технологии ученые получили Fab-фрагменты антител к кортизолу, анти-CD19 химерные антигенные рецепторы для клеточной терапии острого лимфобластного лейкоза, а в будущем проекте планируют создать клеточный продукт для лечения нейробластомы.

«Рекомбинантные антитела для клеточной терапии онкозаболеваний передаются в рамках выполнения проекта в РНПЦ детской онкологии, гематологии и иммунологии онкологам, где проводятся дальнейшие исследования. На договорной основе мы также поставляем различные рекомбинантные белки зарубежным партнерам. Это позволяет налаживать международное сотрудничество, в т.ч. в виде последующих совместных научных проектов», – рассказал Г. Сергеев.

В лаборатории также созданы диагностические системы для различных целей. Одна из разработок – технология для диагностики и оценки нарушений метаболизма лекарственных средств, которая применяется для персонализированных подходов к фармакотерапии в психиатрии. Данная технология позволяет производить наборы, в состав которых входят ферментные препараты ряда рекомбинантных цитохромов Р450 и реагенты для ПЦР-диагностики полиморфизмов генов. Это направление сотрудники лаборатории развивают совместно с РНПЦ психического здоровья.

Ученые также планируют внедрить в производство новые диагностические системы для определения предрасположенности к развитию эндокринных и сердечно-сосудистых заболеваний.

Сейчас наиболее востребован набор реактивов для выделения общей ДНК из образцов цельной крови и слюны с использованием неорганического сорбента ДНК-ВК. Он был зарегистрирован в 2016 году. В 2020 году РНПЦ эпидемиологии и микробиологии стал использовать этот набор для выделения нуклеиновых кислот, чтобы в комплексе с собственной технологией определения вируса COVID-19 проводить ПЦР-тест на выявление коронавирусной инфекции. В 2020 году было реализовано наборов для выполнения более 100 000 анализов.

В 2019 году завершился совместный проект с НПЦ госкомитета судебных экспертиз. В результате разработаны пять диагностических наборов для криминалистических лабораторий, предназначенные для видовой идентификации образцов ДНК лося, кабана, оленя, косули, коровы, козы, овцы, а также генетической дифференциации особей косули, лося, оленя, кабана. Все это будет полезно при расследовании случаев незаконной охоты. В 2020 году началась коммерциализация разработки.

Выполнение заданий госпрограмм подразумевает обязательное освоение вновь созданной продукции. Поэтому для реализации актуальных диагностикумов лаборатория постоянно работает с организациями Минздрава, криминалистическими организациями, рядом зарубежных научных институтов и коммерческих фирм.

Г. Сергеев поделился и планами лаборатории на ближайшие пять лет: «В перспективе на нашей базе планируется расширить спектр выпускаемой продукции в области производства молекулярно-диагностических наборов и расходных материалов для in vitro диагностики. Кроме этого, в контроле качества выпускаемой продукции и проведении диагностики важная роль будет отведена развитию Центра анализа и оценки качества иммунобиологических и ферментных препаратов, применяемых в производстве диагностических наборов, химико-биологическом синтезе, медицине, ветеринарии и пищевой промышленности».

ПРОДОСКРИН на страже здоровья

image

Сотрудники лаборатории химии белковых гормонов ИБОХ производят иммунохимические реагенты для контроля биобезопасности продукции сельского хозяйства и пищевой промышленности, которые позволяют определять наличие в них антибиотиков и микротоксинов в продовольствии и кормах.

Производственно-технологический участок иммунохимических реагентов действует в составе лаборатории с 2015 года. «Главная его задача – полное освоение новых технологий и научно-технической продукции, разработанных лабораторией по заданиям госпрограмм, а также внедрение в производственную практику отдельных результатов прикладных исследований. До открытия собственного небольшого производства мы сталкивалась с проблемой внедрения наших разработок, и, соответственно, возврата средств. Теперь эта проблема решена, у лаборатории появился дополнительный источник финансирования за счет реализации изготовленной продукции, что сказалось и на заработной плате научных сотрудников», – рассказал заведующий лабораторией химии белковых гормонов Олег Свиридов.

По его словам, с 2016 года было выпущено более 9700 шт. иммуноферментных наборов 11 наименований под товарным знаком ИБОХ ПРОДОСКРИН® и другой иммунохимической продукции на общую сумму 1328 тыс. рублей.

Под этим товарным знаком изготавливаются наборы реагентов для иммуноферментного анализа микотоксинов: ИФА-АФЛАТОКСИН, ИФА-ЗЕАРАЛЕНОН, ИФА-ТОКСИН Т-2, ИФА-ФУМОНИЗИН, ИФА-ОХРАТОКСИН А, ИФА-ДЕЗОКСИНИВАЛЕОН.

«Микотоксины в кормах вызывают заболевания и снижение продуктивности животных. Для человека они опасны тем, что могут поражать жизненно важные системы организма. Правила и нормы, принятые в странах – участниках Таможенного союза ЕАЭС, обязуют производителей и поставщиков сельскохозяйственной продукции отслеживать содержание в ней микотоксинов», – отметил ученый.

Выпускаются на производственном участке лаборатории также тест-системы ПРОДОСКРИН® для лабораторного скрининга образцов продовольственного сырья и готовой продукции животного происхождения на содержание антибиотиков. Это тест-системы на хлорамфеникол, стрептомицин, тетрациклин и бацитрацин, которые, по отзывам специалистов и пользователей, имеют самые высокие технико-аналитические параметры, метрологические характеристики и потребительские свойства.

Они востребованы на рынках Таможенного союза, поскольку нашим государством и зарубежными странами введены нормы обязательного контроля пищевых продуктов на содержание остаточных количеств антибиотиков. Ведь их наличие вызывает серьезные расстройства здоровья человека и способствует широкому распространению патогенных бактерий, устойчивых к лекарствам.

В планах – расширить ассортимент и объем производства. В настоящее время готовится к опытно-промышленному выпуску иммуноферментный набор ПРОДОСКРИН® рчЛФ для количественного определения рекомбинантного лактоферрина человека в молоке трансгенных коз-продуцентов и выделенных из молока белковых фракциях, а также в перспективе в пищевых добавках и фармацевтических препаратах.

На фото: научный сотрудник лаборатории химии белковых гормонов Ирина Горбачева

Брассиностероиды в сельском хозяйстве

image

В лаборатории химии стероидов нашли применение брассиностероидам. На их основе разрабатываются и выпускаются препараты для сельского хозяйства.

Как рассказал заместитель заведующего лабораторией Владимир Жабинский, начало практическому использованию брассиностероидов положила регистрация в 1992 г первого в мире агропрепарата «Эпин», действующим началом которого стал природный фитогормон эпибрассинолид. Помимо повышения урожайности применение Эпина позволяет смягчить воздействие на растения различных стрессовых факторов: низких температур, болезней, засоленности почв, использования пестицидов. Сегодня разрешение на его использование получено на десятках сельскохозяйственных культур.

Исключительно низкие нормы расхода позволяют ученым даже в лабораторных условиях выпускать препарат для масштабного (десятки тысяч гектаров) применения. Он востребован в Беларуси, России, поставлялся в Южную Африку, проводится регистрация в Молдове и полевые испытания во Франции и Чехии. В настоящее время ведется активная работа по увеличению объема производства препарата.

Работы по расширению практического использования брассиностероидов продолжаются как в направлении разработки новых агропрепаратов (на основе гомобрассинолида зарегистри- рован «Эпин плюс»), так и в направлении их применения за пределами растительного царства. Было отмечено, что соединения на основе брассиностероидов оказывают защитный эффект не только на растения, но также и на рыб и пчел. В результате был разработан препарат «Апибрассин» для повышения неспецифической резистентности пчел и стимуляции репродуктивной функции пчеломаток. Еще один препарат – «Бравидефен» – показал свою эффективность в лечении вирусных заболеваний у кур.

На фото: младший научный сотрудник лаборатории химии стероидов Алексей Маторин

Четыре вида гемосорбентов

В лаборатории прикладной биохимии ИБОХ разрабатываются и производятся гемосорбенты – изделия медицинского назначения, которые позволяют очищать кровь от нежелательных метаболитов.

По словам научного сотрудника Евгения Ермолы, гемосорбенты представляют собой массообменный модуль однократного применения, заполненный сорбентом. Сорбент – это полимер с биоспецифическим лигандом, который позволяет избирательно извлекать из крови компоненты (цитокины, IgE, липопротеины низкой и очень низкой плотности, активные формы протеиназ или их комплексы с ингибиторами), вызывающие острые реакции при различных заболеваниях.

Участок по выпуску гемосорбентов в ИБОХ создан в 2013 г. Сегодня производится четыре вида сорбентов: «ЛПС-Гемо», «Гемо-Протеазосорб», «Анти-IgE-Гемо» и последняя разработка – «Антилипопротеид». В 2020 году было произведено и реализовано 3500 единиц массообменных модулей. Ведется сотрудничество с НП ОДО «Фармавит», которое занимается вопросами стерилизации, упаковки, контролем качества и реализацией продукции в учреждения здравоохранения Беларуси и России. В лаборатории на данный момент осуществляется разработка ряда новых перспективных гемосорбентов, предназначенных для удаления системных цитокинов, иммуноглобулинов класса G при ряде аутоиммунных заболеваний.

Материалы подготовила Валентина ЛЕСНОВА.

Фото автора, «Навука»