Ученые КФУ разрабатывают технологию безводного хранения биоматериалов при поддержке РНФ и Японии

Лаборатория «Экстремальной биологии» ИФМиБ КФУ – в числе 5 международных коллективов, поддержанных по результатам конкурса РНФ совместно с Министерством сельского, лесного и рыбного хозяйства Японии.

Заметим, в таком формате конкурс был проведен впервые. Участие в отборе могли принять специалисты всех научных областей, предусмотренных классификатором РНФ. Однако по договоренности с японскими коллегами были выбраны 5 приоритетных направлений, в рамках которых должны были проводиться исследования.

По результатам двустороннего рассмотрения заявок было принято решение о поддержке 5 проектов по 4 направлениям: птичий грипп; развитие устойчивого сельского и лесного хозяйства в Дальневосточном регионе России, а также технология сохранения сельскохозяйственной продукции – проект Казанского федерального университета, реализуемый совместно с Институтом агробиологических наук, NARO, Цукуба, Япония. Предполагается, что научная работа по гранту будет проходить и на территории казанской лаборатории, и в японском институте (под руководством Такахиро Кикавады). Грант, рассчитанный на три года, предполагает финансирование российской части исследований в размере 6 млн. рублей в год.

Помимо КФУ, среди победителей с российской стороны — коллективы из Тимирязевской академии, НИИ экспериментальной и клинической медицины, Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, Института систематики и экологии животных СО РАН.

Исследователи КФУ отмечают, что технологию сохранения сельскохозяйственной продукции планируется разработать на основе феномена ангидробиоза (способности организмов выживать без воды), свойственного обитающему в Нигерии комару-звонцу Polypedilum vanderplanki. В ходе нескольких лет изучения этого насекомого учеными лаборатории «Экстремальная биология» ИФМиБ КФУ (руководитель — Олег Гусев) совместно с японскими коллегами были получены фундаментальные данные, которые планируется использовать при создании технологии, дающей возможность безводного хранения биоматериалов, к примеру, яйцеклеток животных, белков, вакцин. Преимуществом разработки является высокий уровень экономичности при отсутствии электроэнергетических затрат.

«То, что делалось нами до этого, было сконцентрировано на фундаментальной стороне вопроса. Мы анализировали геном, транскриптом комара-звонца, смотрели, какие в этом организме имеются уникальные гены, пытались выяснить их роль в ангидробиозе, – рассказывает с.н.с. лаборатории Экстремальная биология ИФМиБ Елена Шагимарданова. — В этой работе есть множество деталей, интересных с точки зрения эволюционной биологии, так как на планете существует всего один вид из всего многообразия насекомых, обладающий такой способностью — восстанавливать жизнедеятельность после полного высыхания организма. С другой стороны, очевидно, что имеют место быть определенные закономерности, происходящие в этом уникальном организме и которые есть шанс использовать для практических нужд – к примеру, для хранения биоматериалов. Сегодня биоматериалы хранятся в холодильниках с низкими температурами, что всегда дорого и сопряжено с определенными сложностями, к примеру, есть виды биоматериалов, которые по каким-то причинам не сохраняются при крио заморозке. И лекарственные средства, и антитела, и много всего другого хранится в морозильниках, что рождает сложности при транспортировке, а биологическая активность материала при этом падает. Именно поэтому появилось идея — попытаться позаимствовать для нужд биотехнологии способность комара-звонца сохранять свои клетки в отсутствии воды и посредством их «высыхания». Предыдущие фундаментальные исследования позволили нам выявить ряд генов-кандидатов, ответственных за сохранение жизнеспособности клетки в период высыхания. Среди них, например, защитные белки, связывающиеся с другими лабильными белками, с ДНК, РНК. Возможно, при внедрении этих белков в другие клетки, от природы не способные к индукции ангидробиоза, или добавление их к лекарственным препаратом перед высушиванием, позволит нам увеличить их жизнеспособность. То есть, придать другим объектам свойства клеток комара. Это первые шаги к созданию новой технологии хранения биоматериалов. На этом пути мы планируем ответить и на множество других фундаментальных вопросов о механизмах ангидробиоза».

Важно заметить, что выигранный грант – закономерный результат многолетнего сотрудничества Казанского университета с исследовательскими центрами Японии.

Так, в настоящее время КФУ сотрудничает с 11 научно-образовательными организациями Японии. Стратегическим же партнером вуза, начиная с 2008 года, является Исследовательский институт RIKEN, занимающийся исследованиями широкого диапазона: физика, химия, биология, медицинские исследования, инженерия и компьютерная техника. Впервые КФУ и RIKEN начали совместную работу в 2002 году, когда профессор КФУ Дмитрий Таюрский (в настоящее время куратор сотрудничества КФУ-Японии) впервые посетил только что созданный Центр нанотехнологий RIKEN и лабораторию физики низких температур профессора Коно, с которым имел давние научные контакты и на семинарах которого в Токийском университете не раз выступал.

В дальнейшем, при содействии и поддержке ректора КФУ Ильшата Гафурова, контакты перешли на постоянную основу. В октябре 2010 года было подписано Соглашение о научном сотрудничестве между Институтом физики КФУ и Институтом передовых наук (Advance Science Institute), входящим в состав РИКЕН, а также соглашение об организации в Институте физики КФУ совместной лаборатории.

Сам лабораторный комплекс КФУ – RIKEN заработал в 2012 году. В него вошли лаборатории фемтосекундной спектроскопии, физики сильно-коррелированных систем и синтеза и анализа тонкопленочных систем. Сотрудничество расширилось уже к сентябрю 2013 года, когда к сторонам присоединился Окинавский институт науки и технологий как постоянный вуз-партнер РИКЕН. Вместе удалось реализовать проект Центра квантовых технологий по исследованию новых материалов и базовым элементам квантовых технологий, а также квантовой информатики.

В 2014 году КФУ и RIKEN начали совместно развивать исследования в области химических наук, благодаря открытию лаборатории биофункциональной химии, где проводятся работы по разработке инновационных гликоконъюгатов, избирательно распознающих опухоли.

В настоящее время масштабная исследовательская работа совместно с RIKEN ведется и в области биомедицины, генной инженерии. Создана совместная лаборатория КФУ — RIKEN «Функциональная геномика», основной фокус которой – трансляционные биомедицинские исследования с привлечением высокопроизводительного секвенирования в области онкогенетики и фармакогенетики для поиска новых перспективных диагностических решений по оптимизации терапии. Кроме того, с октября 2015 года на базе RIKEN запущена совместная российско-японская разработка систем репетиций хирургических операций на основе реконструкции особенностей пациентов по данным МРТ. Это стало возможным благодаря подписанному Меморандуму о взаимопонимании между КФУ, RIKEN и Университетом Джунтендо, а также Меморандуму о намерениях сотрудничества между Казанским федеральным университетом, RIKEN и Республиканским клиническим онкологическим диспансером (2014 г.).

В мае 2016 года в ходе визита представителей КФУ в RIKEN было подписано Соглашение о стратегическом партнерстве. Фактически, в настоящее время в области биомедицины при активном участии RIKEN в КФУ функционирует международный центр, который входит в структуру приоритетного направления развития КФУ — САЕ «Трансляционная 7П медицина», реализуемого под руководством директора ИФМиБ Андрея Киясова.

Важно заметить, что RIKEN – отнюдь не единственный надежный партнер КФУ в Японии. Сеть контактов КФУ в этой стране достаточно разветвленная: совместные проекты реализуются как в образовании и науке, так и в бизнесе.

Подразделения КФУ активно сотрудничают с коллегами из японских организаций через OpenLab, открытые в рамках Программы повышения конкурентоспособности КФУ. Японские ученые выступают научными консультантами в проектах Виртуальной НИЛ «Квантовые жидкости и квантовые газы» и Международного центра магнитного резонанса, OpenLab «Экстремальная биология», Виртуальной НИЛ «Лаборатория биофункциональной химии» и других подразделениях.

О многих совместных проектах было рассказано в разделе японского правительственного сборника «We Are Tomodachi», посвященного сотрудничеству Японии и России и опубликованного в преддверии визита в страну в декабре 2016 года Президента РФ Владимира Путина. Так, перечень совместных проектов Института фундаментальной медицины и биологии КФУ и ведущего научно-исследовательского института Японии RIKEN был представлен Правительством Японии как пример успешного межгосударственного сотрудничества в научной сфере.