|Оригинал статьи
«Наука в Сибири»
№ 24 от 18.06.2009 г.


Бионанотехнологии в интересах человека

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН провел 10-14 июня конференцию «Химическая биология — фундаментальные проблемы бионанотехнологии».

Л. Юдина, «НВС»
Посвящалась она юбилею ИХБФМ, которому в апреле исполнилось 25 лет. С приветственным словом к участникам конференции, собравшимся в малом зале Дома ученых СО РАН, обратился академик Д. Г. Кнорре. Именно Дмитрий Георгиевич был организатором и первым директором института, отпочковавшимся от Новосибирского института органической химии и именовавшимся поначалу Новосибирским институтом биоорганической химии. На этом посту Д. Г. Кнорре проработал около двух десятков лет, потом передал бразды правления своему ученику В. В. Власову.

Выступающий вспомнил некоторые страницы истории ИХБФМ. Собственно, идея создания института такой направленности оформилась еще задолго до того, как коллектив начал самостоятельную жизнь, и вызревала в верхах — в Академии наук и стенах НИОХ. Д. Г. Кнорре назвал основные этапы становления нового научного учреждения — подготовка кадров, приобретение оборудования, строительство здания. Шло прицельное наращивание потенциала. С большой теплотой говорил ученый о людях, которые внесли значительный вклад в становление института. Остановился на том, как рос и мужал коллектив, завоевывая передовые позиции в науке, с каждый годом укрепляя свой авторитет. Впрочем, весь ход конференции, выступления участников только подтверждали сказанное Д. Г. Кнорре.

Первый пленарный доклад («Нанотехнологическая платформа для анализа нуклеиновых кислот») прочитал академик М. А. Грачев, директор Лимнологического института СО РАН. Михаил Александрович, приехав в свое время из Москвы, начинал научную биографию в НИОХе, затем продолжил в Биоорганике. И хотя уже более двадцати лет работает в Иркутске, каждый раз, когда приезжает в Академгородок, у него, как выразился он сам, «замирает сердце».

— Этот институт для меня родной… Долгое время я тут не был. Но вот пролетели трудные 90-е годы. Как-то я услышал об этом институте — дескать, он готовит кадры только для зарубежья, а сам находится в тяжелом положении… Когда приехал в 2002-м году, то, вопреки свои ожиданиям, увидел полностью отремонтированный корпус, оснащенные приборами лаборатории, много молодежи. То есть прекрасный, полнокровный коллектив, нормально функционирующий. Институт только выиграл от того, что его сотрудники выезжали за рубеж. Сегодня это очень сильный институт, тесно связанный с медициной, чему способствует его клинический отдел.

Эти слова — как вступление к докладу, интересному, содержательному, богато иллюстрированному, акцент в котором, как, впрочем, затем и в других сообщениях, был сделан на ключевое слово «нано».

Собственно, исследования химбиологов с давних пор ведутся в наноизмерениях. Именно «наноманипуляции» помогают решать множество задач, в том числе, ориентированных на медицину. Но, поскольку наступила «эра нано», нанобиотехнология официально и прочно вошла в научную тематику. Нынешняя конференция — первая в традиционном цикле форумов ИХБФМ в рамках направления «химическая биология».

— Поскольку мы, перейдя 25-летний рубеж и вступив в пору зрелости, переосмысливаем некоторые результаты, обращаемся к новым горизонтам, то решили рассмотреть одно из приоритетных на сегодня направлений — бионанотехнологии, — говорит председатель оргкомитета, заместитель директора Института химической биологии и фундаментальной медицины Д. В. Пышный. — Прежде всего с позиций, что это может дать человеку и человечеству. ИХБФМ всегда ориентируется на такую постановку вопроса.

В первую очередь речь идет о технологиях «био». Они должны привести биологов к однозначному пониманию того, как управлять биомолекулами и какой результат в итоге можно получить. У института богатый опыт работы с биомолекулами — характеризация, исследование биохимических свойств и прочее. И вся совокупность знаний — в таком переосмысленном варианте, в технологическом плане показывает, какие новые полезные свойства биомолекул могут появиться. Становится понятным, как задать требуемое, изменить структурные характеристики для конкретного класса соединений.

Иными словами, технологическая задача сформулирована четко: мы должны заставить биомолекулы работать на нас. Для чего, спросите вы. В том числе, чтобы создавать новые типы лекарственных препаратов и форм. Это то, чем ИХБФМ занимается многие годы — изучением всевозможных нанокомплексов нуклеиновых кислот. Существует проблема доставки чужеродного нуклеотидного материала в клетки пациента, в определенные ткани, обеспечение в каждом случае специфичности.

Существуют специальные машины — молекулярные, клеточные, которые предотвращают проникновение нуклеиновых кислот в клетки. Но так и должно быть — эти машины обязаны работать без сбоя, чтобы можно было защититься от чужеродной, потенциально опасной генетической информации. Вот мы и вынуждены создавать своеобразные комплексы, которые внешне уже не выглядят как нуклеиновые кислоты, хотя по сути ими являются. Только так можно произвести направленную коррекцию генетических сбоев.

Создаваемые комплексы, потенциально проникнув через клеточную стенку, должны содействовать тому, чтобы нуклеиновые кислоты проявили свою «биологическую сущность» — сработало ген-направленное биологически активное вещество.

Другое важное направление, которое обсуждается на конференции — разработка молекулярных зондов, призванных анализировать определенные фрагменты в составе нуклеиновых кислот. Сейчас данный молекулярный инструмент широко используется для ДНК-диагностики. Огромное число тестов, проводимых в клиниках, направлено на анализ состояния ДНК.

Несмотря на достигнутые успехи в этой области, существуют и проблемы, связанные с необходимостью улучшения конструкций олигонуклеотидных зондов, повышением качества и надежности ответа молекулярного инструмента. Соответственно, ведем постоянную работу по их совершенствованию.

Это очень своеобразная нанотехнологическая задача. Мы понимаем суть объекта, его химическую природу, силы, которые он прикладывает для взаимодействия с нуклеиновой кислотой, анализируемой мишенью. Пытаемся на основании сочетания либо разных химических модификаций, либо специфических условий образования комплексов найти составляющие, такую структуру зонда, которая бы обеспечила максимально точный ответ с минимальными затратами. Оптимальное решение этой истинно нанобиотехнологической задачи сулит оптимистичные выходы.

Особое внимание сегодня нацелено на использование разных конъюгатов биомолекул, с металлическими нанончастицами, наночастицами полупроводниковых материалов — то есть соединений, которые в природе совершенно не встречаются. Им была посвящена на конференции немалая часть выступлений. В этих конструкциях содержится определенный потенциал в плане решения диагностических задач, создания лекарственных форм. Скажем, неорганические нанообъекты, металлические частицы обладают рядом ценных свойств и под воздействием могут разогреваться, что и используется в некоторых ситуациях. Биомолекулы способны выступить как «почтальон» — взяли, прикрепили адрес, отправили — пришла, включили лампочку — биологическая мишень повержена!

Во всем мире большое число исследователей занимается этими фундаментальными проблемами. Мы на конференции разбирались в основах образования гибридных конструкций, самоорганизации биомолекул. Здесь и наноразмерные агрегаты, и биополимеры — ДНК, белки и ассоциаты на их основе.

Когда молекула в своей структуре уже несет некий потенциал, позволяющий задать порядок сборки супрамолекулярной структуры, когда не одна, а две, десятки, сотни мономерных единиц сливаются в единое целое, определенным образом упорядоченное, возникают интереснейшие проблемы, и их огромное количество.

Основную часть участников конференции составляют сотрудники институтов Сибирского отделения, также приехали исследователи из европейской части страны. Представлено много оригинальных результатов, есть о чем поспорить. Еще раз подчеркну — мы рассматриваем на своих заседаниях принципы создания гибридных материалов, принципы самоорганизации. Доложено о данных по изучению биологических процессов, связанных с системами защиты генетического материала от повреждений, синтеза белковых молекул в клетке с точки зрения нанотехнологий.

В общем, вырисовывается картина, как работают настоящие биологические машины, молекулярные механизмы, представляющие собой те самые природой отобранные супрамолекулярные ансамбли, которые созданы для выполнения конкретных целей. На эти биологические объекты следует смотреть как на творение высокой технологии. И почерпнуть этот бесценный опыт молекулярного отбора, познать его и воплотить в элементах разрабатываемых нами нанобиотехнологий.

Один из дней конференции был посвящен результатам применения молекулярных гибридных конструкций, наномолекулярных зондов в медицинской диагностике, использования их как перспективных препаратов, заметно улучшенных по сравнению с существующими. Сообщений на эту тему особенно много.

День рассматривали разные физические проблемы для использования в биоаналитических целях. Огромное число физиков во всем мире ищут возможность приложения своих сил в области биологии. Институт химической биологии и фундаментальной медицины давно и успешно сотрудничает с физиками Сибирского отделения.

Мы с истинным удовольствием дали возможность институтам физического профиля СО РАН показать их ресурсы и потенциал в области анализа биологических структур и создания биосовместимых устройств. Прекрасные доклады сделали представители Института физики полупроводников СО РАН. Многочисленная делегация во главе с заместителем директора Александром Васильевичем Латышевым из этой дружественной нам организации убедительно доказала, что потенциал взаимовыгодного сотрудничества с биохимиками колоссален. Были представлены доклады и каталитиками, и даже теплофизиками. Таким образом, научная «ревизия» точек соприкосновения проведена. То, что мы увидели, впечатляет. Ждем отдачи.

Очень интересный доклад привез профессор Матиас Шприлз из Германии. Он занимается биочипами совместимыми с электротехническими устройствами. Надеемся на сотрудничество в этой области.

На конференции присутствовали представители фирм — мировых лидеров в разработке наукоемкого оборудования для аналитических целей. Мы предоставили площадку, чтобы они могли показать современное оборудование, разработки, которые доводятся до практики и позволяют семимильными шагами двигаться вперед в исследовании биологических молекул и их наноансамблей.

Мы искренне благодарны всем участникам. Считаю нашу конференцию истинно междисциплинарной — в духе традиций Сибирского отделения, — заключил Дмитрий Владимирович.

Конференция в плотном режиме работала пять дней. Действовали секции: бионаносенсоры и диагностика наноструктур, где рассматривались основы биосенсорных устройств, физические методы анализа бионаноструктур; бионаномашины, бионаноустройства и бионанокатализ; принципы самоорганизации бионаноструктур и получения гибридных бионаноматериалов; нанообъекты в биотехнологии и медицине.

Яркие, содержательные выступления служили поводом к развитию темы, развертыванию научных споров. С неослабевающим интересом воспринимались выступления сотрудников ИХБФМ, недавно отметившего юбилей. Вывод при этом был очевиден — ИХБФМ превратился в институт, активно работающий в направлении организации науки, ведущий исследования на высоком уровне и добивающийся уникальных результатов.

Фото В. Новикова