МАГИЧЕСКАЯ ПУЛЯ
ДЛЯ БОЛЕЗНЕЙ
Что такое магическая пуля для болезней? Как устроена современная биотехнология?
Пожалуй, мы догадываемся, что сегодня жизнь без нее невозможна, но вот в какие именно сферы она проникает, мы порой даже не представляем. Ответы на эти вопросы ищут и в России, и во всем мире.
А находят – в наукограде Пущино.

Биотехнология – от греч. bio(s) – жизнь; techne – искусство, мастерство; logos – учение. Это совокупность промышленных методов, в которых используют

живые организмы и биологические процессы для производства различных продуктов.



Биотехнология тесно связана с такими науками, как молекулярная биология, микробиология, ветеринария, генетика, инженерные технологии, биохимия, физиология растений, микробиология, генная инженерия.

1857 г. – французский ученый Л. Пастер (изобрел пастеризацию, создал научные основы вакцинопрофилактики) установил, что микробы играют ключевую роль в процессах брожения
1857 г. – французский ученый Л. Пастер (изобрел пастеризацию, создал научные основы вакцинопрофилактики) установил, что микробы играют ключевую роль в процессах брожения
История не сохранила имен первых биотехнологов. Как наука она начала развиваться в конце XIX века, когда появились первые генетики, микробиологи и вирусологи.

От пищевой промышленности и сельского хозяйства до генотерапии и создания сложных молекул – такой путь прошла мировая биотехнология в XX–XXI веках.

1875 г. – немецкий микробиолог Р. Кох разработал метод получения чистых культур микроорганизмов
1875 г. – немецкий микробиолог Р. Кох разработал метод получения чистых культур микроорганизмов
Революционный 1917 год для биологов знаменателен важным событием – именно тогда был впервые применен термин «биотехнология». Прошло сто лет, и сегодня революционные события в биологии случаются едва ли не ежегодно.
1894 г. – японский ученый И. Такамине создал ферментный препарат, который получил из плесневого гриба, выращенного на влажном рисе
1894 г. – японский ученый И. Такамине создал ферментный препарат, который получил из плесневого гриба, выращенного на влажном рисе
К середине XX века началось производство антибиотиков, появились предприятия, которые с помощью микроорганизмов создавали аминокислоты, витамины и ферменты. А вот фактическим днем рождения науки считают 1972 год, когда была создана первая гибридная ДНК со встроенными чужими генами.
1917 г. – венгерский инженер К. Эреки впервые применил термин «Биотехнология»
1917 г. – венгерский инженер К. Эреки впервые применил термин «Биотехнология»
В СССР развитие биотехнологической отрасли началось в 1966 году. Главмикробиопром курировал производство кормового белка, ферментов, органических кислот, бактериальных удобрений и средств защиты растений. К середине 80-х годов сформировалась мощная структура из девяти отраслевых институтов и производственной инфраструктуры. Пять институтов биоорганической химии (Москва, Новосибирск, Владивосток, Минск, Ташкент), Пущинский научный центр, свыше 40 институтов Академии наук, Академии медицинских наук и Всесоюзной академии сельскохозяйственных наук, а также сеть производств – так биотехнологические позиции усиливала Академия наук.
1923 г. – организовано первое микробиологическое промышленное производство лимонной кислоты (а затем молочной, глюконовой и других)

1948 г. – советский биохимик В. Букин с помощью микроорганизмов получил витамин В12, который не способны синтезировать ни растения, ни животные
1923 г. – организовано первое микробиологическое промышленное производство лимонной кислоты (а затем молочной, глюконовой и других)

1948 г. – советский биохимик В. Букин с помощью микроорганизмов получил витамин В12, который не способны синтезировать ни растения, ни животные
В развитии активно участвовала Академия наук во главе с вице-президентом Ю.А. Овчинниковым и целой плеядой крупных ученых и организаторов науки, среди которых были Г.М. Франк, Г.К. Скрябин, А.А. Баев и А.С. Спирин – организаторы Пущинского научного центра и его институтов.
1972 г. – американский биохимик П. Берг разработал технологию клонирования ДНК
1972 г. – американский биохимик П. Берг разработал технологию клонирования ДНК
«Два зрелища меня неизменно восхищают и волнуют – танец маленьких лебедей и делящиеся хромосомы», —
Г.М. Франк
Организаторы Пущинского научного центра и его институтов
Создание новых штаммов полезных микроорганизмов, биологических лекарственных препаратов, изменение генома, выведение растений с заданными свойствами, создание новых продуктов питания и животных кормов (с производством, разумеется), разработка препаратов для защиты растений от болезней и вредителей, а также методов для защиты окружающей среды – нет, это не только направления развития биотехнологии, это еще и те направления, которые развивает сегодня подмосковный наукоград Пущино.
Как Шерлок Холмс помог
в поиске лекарств от рака

Не стоит искать ответ у Конан Дойла. Все дело в том, что именно Шерлок Холмс и его увлечение химией пробудили интерес к этой науке у Андрея Улитина, биотехнолога, научного сотрудника Института биологического приборостроения и директора Центра ранней разработки.

Потом были поиск литературы по химии и встреча с ней, с монументальной и прекрасной книгой Ю.А. Овчинникова
«Биоорганическая химия
Несмотря на юный возраст, наш герой не просто помогал с реактивами, а участвовал в синтезе модифицированных нуклеозидов. Успехи на олимпиаде по химии, поступление на химфак МГУ – казалось, всё предопределено. Но на третьем курсе его заинтересовали более сложные молекулы.
Придумать и синтезировать эффективное лекарство для борьбы с опухолями – такую цель по окончании МГУ поставил для себя Андрей Улитин. Вместе с коллегами он создал технологическую платформу по разработке моноклональных антител.

Еще один антительный препарат воздействует на рецепторы PD1, представленные на поверхности цитотоксических Т-клеток. С их помощью клетки и организм в целом воспринимают действие раздражителей. Есть специальные рецепторы, которые запрещают клеткам иммунной системы атаковать собственные соседние клетки. Они узнают своих и не борются с ними.



Точно такие же рецепторы развивают и раковые клетки. Они маскируются и не дают сработать механизму «свой-чужой». Препарат работает как выключатель для этих рецепторов. Собственные клетки иммунной системы человека опознают опухоль и начинают с ней бороться.




За разработку и внедрение в клиническую практику комплекса лекарственных препаратов на основе моноклональных антител для лечения онкологических и аутоиммунных заболеваний в 2020 году Андрею Улитину и его коллегам была присуждена Государственная премия.
BOYZ
She has been nominated for an Academy Award, two Grammy Awards, and the Mercury Prize
Моноклональные антитела – это класс биологических лекарственных препаратов, относящихся к области пассивных вакцин. Ученые обнаруживают некое антитело определенной структуры, состава, которое специфично против заданной молекулярной мишени, например, рецептора на поверхности раковой клетки. Это магическая пуля, которая полностью совместима с организмом человека, поэтому в силу своей структуры и свойств не имеет каких-то побочных явлений, как химия, которая должна еще каким-то естественным и неестественным образом выводиться из организма. Так как это белковая молекула, она способна разрушаться по естественным механизмам.
Основная часть антитела, «рука» антитела, которая «хватается» за чужеродную молекулу. Та самая магическая пуля, несущая активные вещества для доставки, например, в опухоль.
Вирус Денге, «атакованный» моноклональными антителами. Лихорадка Денге относится к числу особо опасных заболеваний.
Молекула COVID-19, основной белок вируса, который отвечает за проникновение в клетку (нижняя часть изображения), в комплексе с антителами, которые его нейтрализуют (верхняя часть).
Что такое аутоиммунные заболевания?
Аутоиммунные заболевания – самые трудно поддающиеся лечению. Вызваны сбоями в работе иммунитета. Болезни развиваются, когда система распознавания «своих» и «чужих» дает сбой и начинает вырабатывать антитела против «своих». Собственная иммунная система атакует здоровые клетки организма.

Эти заболевания могут быть как локализованными на одном органе или ткани, так и системными – поражать разные части тела. В настоящий момент насчитывается более 80 аутоиммунных заболеваний (в их числе рассеянный склероз, псориаз, ревматоидный артрит), ими страдают 5% населения.
В отличие от сектора вакцин, который сформировался в Советском Союзе и поддерживался в России, успехи в области терапевтических моноклональных антител отмечаются только в последние годы. Тем не менее, сегодня это наиболее востребованные лекарства против онкологии и аутоиммунных заболеваний. И именно с этой перспективной отраслью связана сегодняшняя работа нашего героя.

Кроме моноклональных антител, лаборатория, в которой работает Андрей Улитин, занимается еще одной перспективной областью – доставкой лекарственных препаратов.

Это отдельная область как в биологии, так и биотехнологии, потому что мало создать лекарства, его нужно доставить в то место, где оно безопасно и эффективно будет работать. Вот над этим, именно в области наночастиц, способных доставлять такие лекарственные агенты, я сегодня и веду проект на площадке лаборатории новых методов биологии. Сейчас вакцины на основе м-РНК «одеты» в липидные оболочки. А область моих интересов – это все-таки белковые оболочки. Будучи в таких вот белковых пузырьках, которые в свою очередь способны взаимодействовать только с раковыми клетками, они будут доставлены только в них».
Андрей Улитин

Сейчас Улитин совмещает в себе, казалось, невозможное единство – успешного исследователя и не менее успешного директора, который стоит на ступени, ведущей к промышленному производству лекарств. Хотя, как признается сам, предпочитает отвечать в большей степени за научно-техническую разработку, чем за администрирование. Кстати, и рассказывая о своих авторитетах в науке, он упоминает в первую очередь тех, кто «развили свой бизнес, при этом не потеряв академического вкуса, совместили академические разработки

и прикладную область».



Основная деятельность нового центра будет сконцентрирована на разработке вакцин от коронавируса и гриппа, а также от вируса, вызывающего опоясывающий лишай (Herpes Zoster). Здесь же с нуля начнут создавать моноклональные антитела – инновационные препараты для профилактики и терапии инфекционных

и онкологических заболеваний.

Биологические изыскания
и промышленное производство

В Институте биологического приборостроения РАН биотехнология предстает в разных ипостасях – от приборов для культивирования микроорганизмов до методик усиления фармакологических свойств белков.


Институт нацелен на обеспечение научных коллективов современным научным оборудованием. На основе идей ученых создается оборудование, дающее новое качество биологических исследований. Идет определенный творческий процесс в плотном контакте между научным сотрудником, инженером, конструктором и программистом. Синтез науки и производства дает высокие результаты. Комплекс оборудования для клеточной микрохирургии институт и разработчики под руководством Бориса Николаевича Вепринцева получили Государственную премию СССР. Такую же премию получила разработка сканирующего микроколориметра под руководством Петра Леонидовича Привалова.


Спектр исследований института широк. Разработка телемедицинской системы сопровождения беременных женщин, позволяющая наблюдать за сердцем малыша на любых расстояниях, создание калориметров для наблюдения тепловых эффектов, которые невозможно уловить напрямую другими методами. Но именно биотехнологические разработки ИБП РАН сейчас наиболее востребованы инвесторами.

Все краски биотехнологии
Т

Биология в Пущине начиналась всего с одного института. Когда-то на этажах Института биофизики начинали свою работу все научные учреждения города. Сегодня Пущино – это девять научно-исследовательских институтов биологического профиля. Шесть учреждений объединены в Федеральный исследовательских центр. Здесь сосредоточено 30% научного потенциала страны в области физико-химической биологии.
Красная биотехнология — здравоохранение, медицина, диагностика
В Институте биофизики Пущина был разработан универсальный искусственный кровезаменитель, который часто называют голубой кровью. Его частицы настолько мелки, что позволяют проходить через самые маленькие капилляры и доставлять кислород во все ткани организма. Испытания показали низкую токсичность и хорошую выживаемость при травмах, ожогах и других экстренных случаях.

Еще одна разработка поможет вылечить разрыв связок и сухожилий. Лекарств, заставляющих их восстанавливаться, пока нет. Нет и синтетической замены для таких тканей. Когда исследователи экспериментировали с полимерными материалами, которые применяются для выращивания искусственных тканей, они выяснили, как ускорить процесс восстановления и вернуть пациенту подвижность. А затем испытали на крысах полноценную замену для сухожилий из полимеров и композитных материалов, не вызывающих ни воспалений, ни раздражения.
Желтая биотехнология – пищевая
Отдел биотехнологии Института биологического приборостроения разработал технологию и оборудование для получения из древесины лиственницы биологически активных веществ, обладающих мощными антиоксидантными свойствами и способными заменить синтетические консерванты.

Применяется в пищевой промышленности в качестве природного консерванта, который в разы увеличивает срок годности продуктов (например, молока), а также в качестве биологически активной пищевой и кормовой добавки.
Синяя – аквакультура, прибрежная
и морская биотехнология
В Пущинском Институте физико-химических и биологических проблем почвоведения существует альгологическая коллекция ACSSI. Она насчитывает 400 экземпляров водорослей и цианобактерий, в том числе новых для науки видов. Это объект для изучения, в том числе и генетического. К примеру, при цветении водоема ученые смогут понять, насколько оно опасно и будут ли производить токсины развивающиеся цианобактерии.

А молодые ученые из лаборатории прикладной энзимологии Пущинского научного центра биологических исследований предложили использовать печень камчатского краба для нужд косметологии. В перспективе это позволит проводить инъекции гиалуроновой кислоты безопасно и без побочных эффектов.
Зеленая биотехнология – генная инженерия для сельского хозяйства, биоремедиация (очистка)
Над биотехнологией растений в филиале Института биоорганической химии работают несколько подразделений, в их числе станция искусственного климата «Биотрон». Здесь ученые занимаются приложением различных генно-инженерных методов для получения конкретных продуктов. Это могут быть сельскохозяйственные культуры, устойчивые к гербицидам, с ускоренным зацветанием, улучшенным вкусом и так далее.

Ученые из Института фундаментальных проблем биологии создали полимер, который вбирает в себя опасные загрязнители окружающей среды. С их помощью можно очистить территории от тяжелых металлов и не только.

Сотрудники Института физико-химических и биологических проблем почвоведения, а также Института биохимии и физиологии микроорганизмов занимаются биоочисткой нефтезагрязненных почв путем внесения сорбентов и биопрепаратов, работают над выведением бактерий, «поедающих» нефтепродукты.

А еще ученые из Пущина получили с помощью бактерий новый безопасный для природы материал. Это пластик, который разрушается, попав в окружающую среду.
Белая биотехнология – индустрия, основанная на генной инженерии
Генетической трансформацией и культивированием in vitro лесных древесных растений занимаются ученые Филиала Института биоорганической химии (ФИБХ РАН). Они впервые в России получили трансгенные растения осины и березы с повышенным содержанием целлюлозы, устойчивостью к гербицидам, повышенной продуктивностью.

Посадочным материалом элитных генотипов (селекционных форм) лесных пород, полученных методом клонального микроразмножения, было заложено более 300 га лесных плантаций в различных российских регионах. Это первый и пока единственный в России пример создания клонированного леса.

Черная биотехнология – биооружие, защита сельхозкультур
В ФИБХ РАН разрабатывают метод увеличения устойчивости к фитопатогенам, которые вызывают болезни растений. К примеру, нашли путь, который позволяет бороться с бактерией, поражающей картофель при хранении, – перенесли в растение ген устойчивости.

Еще в наукограде развивается масштабное производство препарата, который позволяет как защитить сельскохозяйственные растения от токсического воздействия пестицидов, жары, засухи, загрязнения почв и других стрессов, так и повысить урожайность.
Золотая биотехнология – биоинформатика, нанобиотехнология
Ученые из Пущина выяснили, что молекула ДНК не просто хранит генетическую информацию, но и проводит электрический ток! Сотрудники Института математических проблем биологии не только создают модели переноса зарядов, но и работают над электронным нанобиочипом. Его применение в разы увеличит скорость диагностики, к примеру, туберкулеза, в том числе на ранних стадиях. На нанобиочипе фрагменты ДНК болезней станут «искать» себе пару, чтобы стать двойной спиралью, а уже ее выявят с помощью тока. Так можно будет за несколько секунд определить множество болезней.
Серая биотехнология – технологии классической ферментации и биопроцессов
Сотрудники Института белка вместе с коллегами из Института биохимии и физиологии микроорганизмов работают над эффективной технологией выращивания микробов, которые способны развиваться на природном газе. Это нужно для получения кормового белка для скота – гаприна. Гаприн – аналог костной рыбной муки, которая в современном мире становится все дороже.

Для выращивания микробов используют недорогой, но взрывоопасный метан. Разработанный коллективом инженеров, программистов и микробиологов уникальный аппарат позволяет подавать необходимое количества газа и гарантировать отсутствие взрывоопасных концентраций.

ОТ ТАЙН ВСЕЛЕННОЙ К
ТАЙНАМ КЛЕТКИ
Т

Город биологов начался с радиоастрономии. 11 апреля 1956 года Распоряжением Совета министров СССР была создана радиоастрономическая обсерватория. Эта дата и считается днем основания наукограда.
Пущинскую радиоастрономическую обсерваторию можно назвать лидером по числу гостей и посетителей. Три телескопа, разные по виду, масштабу и назначению, привлекают специалистов и любителей астрономии. Для тех, кто стремится узнать тайны Вселенной, сотрудники обсерватории организуют экскурсии и два больших события: День открытых дверей и фестиваль «Пущинские Персеиды», который собирает гостей даже из-за рубежа.

В научном мире организация известна научными открытиями и достижениями. В 2011 году телескоп «Радиоастрон» отправился в космос и передал на Землю, на стоящую в Пущине антенну, много ценной информации.


Город-алфавит

Есть у Пущина одна интересная особенность. Несмотря на то, что все улицы города имеют свои названия, жители практически не употребляют их. Микрорайоны А, Б, В, Г и Д – вот, что используют горожане для назначения встреч и что значится в их паспортах.

Город киносъемок
Главная достопримечательность Пущина – усадьба конца XVIII века с каскадным парком – самое киногеничное место города. Именно здесь Никита Михалков снимал фильм «Неоконченная пьеса для механического пианино».
Первая картина, в которой запечатлели усадьбу, – «Хромой барин» 1928 года. В Пущине создавали и другие фильмы, например, кадры к «Чародеям», «Родне», «Обломову». В 2019 году в Пущинской радиоастрономической обсерватории снимали часть постапокалиптического фильма «Аванпост».

Город-памятник

Весь город построен в едином стиле – советский модернизм. Простота, но не безыскусность, четкость линий, но не монументальность, отражение содержания работы институтов в лаконичных формах. В крупных городах здания, относящиеся к этому стилю, сохранились поодиночке, в Пущине же – почти законченный ансамбль. Доверчиво смотрящие на окружающий мир глаза-окна, барельефы на фасадах институтов… Представители Общества охраны памятников модернизма считают, что Пущино следует включать в список Всемирного наследия ЮНЕСКО.
Город ученых и художников
Наука пока не дала объяснению тому, что в Пущине так много талантливых художников и фотохудожников, но факт остается фактом. Водопад, старая пристань, склон с весенними анемонами, карстовая пещера, головокружительный спуск к Оке, луг, пьянящий запахами трав, – все это вдохновляет. Увидев это необыкновенное место, Никита Михалков сказал, что только здесь будет снимать образ России.

Город, где на научные идеи и их воплощение вдохновляет сама природа, город, с любовью «выращенный» биологами, город, где в небольшом пространстве сосредоточено все необходимое для работы и жизни…
Left
Right
Эта среда для меня комфортна. Как для человека, который любит эту тишину, пространство, в котором совмещены одновременно и области научных интересов, и неких, пусть ограниченных, ресурсов в области удовлетворения этих научных интересов. И все-таки жизни. Идеально, когда все это совмещается. Жить хочется, и не через 25 лет, а именно сейчас. Пущино для меня – идеальное место...
Андрей Улитин
При создании данного проекта использовались иллюстрации и видеоматериалы: Владимир Первенцев/РИА Новости, Деулин/РИА Новости, Александр Гращенков/РИА Новости, Всеволод Тарасевич/РИА Новости, Фред Гринберг/РИА Новости, Андрей Михайлин, Сергей Воронин, Wikipedia.
ПРИ ПОДДЕРЖКЕ
Made on
Tilda