Сейчас в Волгограде идут совместные исследования российских учёных и сирийского университета Аль-Саваш, которые изучают свойства антиоксидантов, полученных из растений Волгоградской области и Сирии.
Подсказки природы
Ольга Поплавская, «АиФ» - Нижнее Поволжье»: Почему вы заинтересовались бионикой?
- Какие разработки в этой области ведутся вашей командой?
- Например, мы работаем с хитином наружных панцирей рачков, который превращаем в хитозан (аминосахар), а это уже вещество, которое широко используется сегодня в медицине и в косметологии.
При обработке хитозан может быть пересажен человеку в качестве заготовки хряща и со временем перестроится, превратится в этот хрящ. Такие разработки у нас в институте ведутся, и по качеству полученные материалы могут соревноваться с зарубежными аналогами. Я говорю о новом типе протезирования - скаффолдах, своеобразных «строительных лесах», которые полностью заполняются за несколько дней клетками организма самого пациента, поэтому не отторгаются и способствуют полному заживлению повреждённого сустава. А затем скаффолды просто растворяются, поглощаются фагоцитами (клетками иммунной системы, защищающие организм путём поглощения вредных чужеродных частиц), извлекать их с помощью операции не нужно.
На нашей кафедре биоинженерии ученые и студенты давно научились самостоятельно вываривать хитозан для получения 3D-организованного скаффолда. Ещё в 2014 году доказана биосовместимость полученного нами скаффолда на основе хитозана и суставов человека. Также продвигаются разработки, цель которых - сохранить имплантат в кости человека как можно дольше, желательно всю жизнь пациента. Причём речь шла не только о зубных имплантатах, но и о таких больших конструкциях, как имплантат в бедренной кости.
Компьютер с двухэтажку
- А что такое «зелёная химия»?
- Некоторые ферменты растений умеют создавать из металлов и белков соединения, которые обладают очень интересными свойствами. Это уже относится к сфере нанотехнологий. Смесь солей серебра и фруктовых соков даёт наночастицы серебра, покрытые тонкой белковой оболочкой. Так мы получаем контейнер с наночастицами серебра, который доходит до нужных тканей организма. Там белковая оболочка растворяется, а серебро исполняет свою бактерицидную функцию. Сейчас в лаборатории Института естественных наук университета проводятся такие эксперименты. Результат можно будет применять не только в медицине в качестве нового способа доставки лекарств, но и, например, в электротехнике.
- В связи с развитием новых технологий, в том числе и в биоинженерии, какие специальности будут востребованы уже через несколько лет?
- Мир действительно стремительно меняется. Во времена моей молодости в Волгограде было всего две ЭВМ, и каждая из них была размером с небольшой двухэтажный дом. Тогда думали: да кому нужны программисты? Это же будет редкой профессией. Но сейчас компьютеры, программы и гаджеты повсюду, и профессия программиста очень востребована.
Так вот, через несколько лет биотехнические системы тоже будут повсюду. Очень скоро «умный дом» сам будет определять оптимальную температуру в помещении по предпочтениям конкретных жильцов, «включать» бактерии, создающие приятный запах в комнате, по мимике владельца квартиры определять: нравится ли ему этот запах или звучащая для настроения музыка. А значит, будут востребованы биоинженеры, специалисты по бионике, инженеры биотехнических систем.
Бактерии спасут людей от голода
- Где ещё будут востребованы достижения генной инженерии и биотехнических систем?
- Сейчас бум биоинженерии в сельском хозяйстве и в микробиологической промышленности. И не только в генной инженерии дело. Есть разделы: метаболическая инженерия, производство иммобилизованных ферментов. Задача - научить культурные растения защищаться от вредителей и болезней биологическими методами, поскольку пестициды и прочая «химия» вредны и для людей. Идет разработка биоудобрений.
Нужно будет вдвое увеличить сельхозпроизводство, иначе Земля не сможет прокормить растущее население. Помогут спасти людей от голода бактерии. Сегодня больше половины фосфорных удобрений не усваивается растениями и просто попадает в почву, уносятся дождями в русла рек. Но есть виды бактерий, которые высвобождают фосфор из почвы, помогают его усвоить, что способствует росту растений.
Японцы далеко продвинулись в экологических биотехнологиях, где очистка идёт практически до получения питьевой воды и углекислого газа. Разрабатывают материал для самовосстановления памятников и разрушенных чёрным грибком фасадов домов. Представьте: трещины на памятниках будут затягиваться после дождя, как царапины на человеческой коже. А всё благодаря контейнерам с дремлющими бактериями, который расположен в глубине бетона. При воздействии воды эти бактерии начинают вырабатывать некий «супербетон» и затягивать трещины. Мы только начинаем по-настоящему постигать живой мир. Это наши запасные глаза, уши и другие органы чувств. Всем этим человек вскоре сможет управлять и жить в единстве с природой.
- Какие ещё исследования в этой сфере ведутся в вузе?
- Исследования по проблемам биологических инвазий, миграции биологических видов. Этим занимается наша кафедра биологии.
Растения мигрируют не так заметно и быстро, как животные, но они тоже умеют перемещаться и осваивать ранее неизвестные им территории. И глобализация этому только способствует. Люди покупают букеты из экзотических растений, затем выбрасывают их, а там же живые споры и пыльца. Большинство видов гибнет, но есть и те, что приживаются. Они могут серьезно навредить местным растениям и сельскому хозяйству.
Изменение климата также способствует продвижению на новые территории некоторых видов растений. Сотрудники нашей кафедры экологии изучают пограничную зону между живой естественной природой и аграрной зоной. Пограничная зона - это всегда зона конфликта. Есть участки рядом с высоковольтными линиями электропередач, где с дикими растениями сделать ничего нельзя, это всегда будет экосистема вторжения. Чтобы сорняки не нападали на культурные растения, не вредили агроценозу, сотрудники кафедры экологии выезжают на места и ищут слабые звенья в этих экосистемах вторжения. Так можно убрать проблему для сельского хозяйства небольшими точечными воздействиями. Такая работа поддержана госзаданием Минобрнауки. Есть и другие направления исследований.
Каким будет мир через 10 лет
- Каким будет мир через 10 лет благодаря биоинженерии и биотехнологиям?
- Будут реализованы ближние цели главных биотехнологических программ. Во-первых, в области здоровья человека. Появится реальная персонифицированная медицина. В том числе с адресным воздействием на гены человека, чтобы блокировать, например, раковые клетки. Много хорошего появится в области профилактики рака, да и ряда других социально значимых болезней. Это уже на подходе.
Идёт разработка вирусов, способных внедряться в устойчивые к антибиотикам бактерии и разрушать их изнутри. Иначе бактерии, устойчивые к антибиотикам, могут вызвать до 10 миллионов смертей в год. Так же, с помощью вирусов, собираются разрушать раковые клетки. «Прирученные» вирусы - это лекарства будущего.
Вскоре появится модифицированный белок, способный восстанавливать, наращивать зубную эмаль. Таким образом можно будет решить проблему кариеса без бормашинок и пломб.
Многие из людей будут иметь миниатюрные датчики под кожей. Пока болезни нет, такой датчик спит, но если у человека, к примеру, упал гемоглобин или повысилось давление до опасного уровня, датчик тут же сигнализирует врачу. На порядок увеличится число людей, несущих в своем организме различные биопротезы, в том числе и отдельных внутренних органов.
Во-вторых, сельскохозяйственное производство и пищевая промышленность сольются в одну огромную индустрию. Произойдет микрореволюция в области производства продуктов питания: повышение урожайности, унификация продукции, выстраивание логистических цепочек. Крупные животноводческие комплексы, поставляющие молоко, яйца, мясо, будут обеспечиваться кормами преимущественно на основе отходов других производств, даже не обязательно сельскохозяйственных.
В-третьих, в сфере экологии будут созданы автоматизированные системы, помогающие самовосстановлению окружающей среды. Так можно будет, например, очистить территорию вокруг Чернобыльской АЭС или после закрытия какого-нибудь вредного производства. Даже без участия человека опасные участки леса, почва, дно водоёмов могут быть реабилитированы с помощью дронов или других роботизированных машин, на основе информации с автоматических датчиков и систем наблюдения из космоса.
Биотехнологии помогают в охране окружающей среды и производстве новых материалов, дают возможность создать чистые источники энергии.