Морской биопроспектинг: что и зачем искать?

Фото с сайта https://dzen.ru/a/XQtzvnC_KgCwMY9u

Поиск биологических источников биоактивных молекул, которые могут использоваться в медицине, пищевой промышленности, энергетике с конца 90-х годов приобрел черты отдельного направления исследований – биопроспектинга. В статье сделан обзор результатов, полученных в рамках морского биопроспектинга. Авторы провели периодизацию направления, представили факторы развития, а также перечислили проблемы, возникающие в процессе исследований в рамках этого направления. Отдельно дали оценку перспектив формирования и развития исследований по биопроспектингу в России.

Человек всегда занимался поиском полезных для себя свойств в окружающей живой природе. Наверняка вы слышали о бионике – науке, подсматривающей у природы инженерные решения. Биологически активные вещества давно используются человеком в медицине. Однако отдельным направлением исследований разведка и поиск биологических активных молекул стали относительно недавно – в конце 90-х годов прошлого века. Оформились его цели и задачи: помимо поиска биомолекул для применения в медицине, косметологии, пищевой промышленности, энергетике, сейчас ведутся поиски малоисследованных структур, процессов и механизмов функционирования биологических систем. В статье российские ученые анализируют результаты исследований этого направления и выделяют несколько исторических этапов биопроспектинга, напрямую связывая их с развитием биоинженерии. Авторы статьи выделяют три этапа развития биопроспектинга: 1. формирование фармацевтической отрасли (1928–1971 гг.) – начало периода авторы видят в открытии пенициллина. 2. Успехи геномики в период 1972–2004 гг., начало которого знаменует расшифровка гена белка оболочки РНК-вируса и последующее развитие методов полимеразной цепной реакции. 3. Начало третьему этапу положил результат прочтения генома человека, опубликованный в журнале «Science» в 2003 г.

Вполне сформированным можно считать разделение биопроспектинга на наземный и морской. Авторы отмечают, что «слабо изученные морские экосистемы рассматриваются как колоссальный источник лекарственных молекул с более высокой, чем на суше, степенью химического разнообразия». К настоящему моменту вышло несколько фундаментальных обзоров достижений морского биопроспектинга, что свидетельствует о бурном развитии этого научного направления. Разнообразие результатов исследований зависит от нескольких параметров поисков: различаются цели поиска, объекты и методы (рис. 1). На данный момент основной целью морского биопроспектинга остается поиск новых биомолекул для фармацевтики и косметологии. Успехов на этом поприще достаточно для организации международных конференций (например, симпозиум “Морская биотехнология: основы и приложения” (“Marine Biotechnology: Basics and Applications”), прошедший в 2003 г. в Испании) и специализированных научных журналов как, например, «Marine Drugs». В статье приводятся примеры недавних открытий: алкалоиды губок, обладающие противомикробным действием, а также вызывающие апоптоз в опухолевых клетках. Противораковыми свойствами также обладают определенные стероидные соединения баренцевоморского вида иглокожих Cucumaria frondosa. Перспективными видятся исследования антибактериальных и антивирусных свойств гемолифмы донных беспозвоночных. Исследования кальцифицированного скелета членистоногих могут быть полезны для тканевой инженерии.

Рис. 1. Уровни и объекты морского биопроспектинга. (Иллюстрация из обсуждаемой статьи)

Промышленный биопроспектинг ведется в нескольких направлениях – это поиск микроорганизмов, способных участвовать в биоремедиации пластика и других антропогенных загрязнений, открытие новых биомолекул для пищевой промышленности (желирующие агенты, эмульсии, пищевые красители, стабилизаторы и пр.).

Бурное развитие биопроспектинга авторы связывают с появлением и удешевлением методов поиска, к которым относятся методы молекулярной биологии и биохимии, метагеномного анализа, биоинформатики, биоинженерии. Обнаружение биоактивных молекул происходит в несколько этапов: помимо сбора образцов и собственно установления химической формулы и структуры веществ, необходимыми этапами являются фармакологический скрининг на предмет потенциальной активности, процедура подтверждения активности соединения и разработка и коммерциализация продукта, включая патентование, испытания, продажи и маркетинг. Весь процесс высокотехнологичен и недешев и поэтому не под силу отдельным лабораториям. Биопроспектинг становится государственным делом. Общемировые масштабы, которые в последние годы приобретает морской биопроспектинг, требуют регулирования не только в экономической, но и в социальной и правовой сферах деятельности.

В России биопроспектинг находится на начальных стадиях формирования. Очевидна необходимость межотраслевого подхода для организации всех этапов биопроспектинга. Пока не существует госпрограммы, направленной на формирование и развитие этого направления в РФ. Однако примеры, на основе которых можно конструировать государственный подход к реализации проектов биопроспектинга, уже имеются не только за рубежом, но и в нашей стране. Так, например, комплексный подход к исследованиям морских организмов демонстрирует Институт биологии южных морей им. О.А. Ковалевского РАН, «где созданы и одновременно функционируют лаборатория биоразнообразия и функциональной геномики, отдел биотехнологий и фиторесурсов, отдел аквакультуры и морской фармакологии. Фактически, структура биопоисковых направлений ИнБЮМ соответствует примерам аналогичных зарубежных морских лабораторий. » Другим примером является Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова – исследовательский центр, полностью специализирующийся на морском биопроспектинге. Авторы статьи отмечают, что «во всех крупных приморских городах России созданы и функционируют научные коллективы университетской, академической и рыбохозяйственной наук, вовлеченных в разной степени в изыскания, связанные с морским биопроспектингом.» Таким образом, перспективы развития морского биопроспектинга в нашей стране вполне обнадеживающие.