Лекарственное растениеводство – это база современной фармакологии

Кандидат биологических наук, доцент, старший научный сотрудник Томского государственного университета (ТГУ) и Высшей инженерной школы "Агробиотек" Лилия Коломейчук рассказала "Поляне" о последних достижениях в сфере лекарственного растениеводства, о влиянии регуляторов роста, об интересе фармакологии к растительным экстрактам и о других передовых исследованиях.

– Расскажите, пожалуйста, чем вы занимаетесь в сфере лекарственного растениеводства?

– В настоящее время занимаюсь развитием технологий, связанных с растениями, в том числе лекарственными. Наша главная цель – повысить устойчивость растений к различным стрессам и улучшить их продуктивность. Если говорить именно о лекарственных растениях, то наша деятельность направлена на внутренние метаболиты – именно те полезные вещества, которые обеспечивают антиоксидантные, противовоспалительные, антирадикальные и другие полезные свойства. Проводим исследования на стыке разных дисциплин – физиологии растений, биотехнологии, биохимии, молекулярной биологии, биоинформатики.

– Как сейчас развивается рынок биотехнологий в области лекарственного растениеводства? Увеличивается ли количество и финансирование исследований? Укрепляется ли взаимодействие между наукой, государством и бизнесом?

– Могу сказать, что интерес к биотехнологическим исследованиям на рынке есть. Государство финансирует исследования в форме грантов и госзаданий от Минобрнауки. В отдельных случаях финансовую поддержку оказывают частные предприятия.

В целом, исследования, которые проводятся в нашем отделении, можно разделить на три группы. В первую очередь это исследования, нацеленные на поиск новых соединений в составе лекарственных растений. Наши сотрудники используют разные методы. С помощью технологий биоинформатики удалось обнаружить новые вещества в двух видах жимолости.

Казалось бы, одно и то же растение, просто виды разные, а тем не менее их составы совпали всего на 14% – все остальные компоненты были разными. В результате были впервые обнаружены десятки соединений. Многие из них очень ценны. Например, мирицетин в составе голубой жимолости обладает противораковыми свойствами и может использоваться в перспективе для предотвращения развития ВИЧ.

– Верно ли будет сказать, что жимолость помогает при ВИЧ?

– Не сама жимолость, а содержащийся в ней мирицетин. Этот компонент не лечит – он снижает способность вируса атаковать здоровые клетки организма на этапе заражения. Если ВИЧ уже есть, то жимолость в плане лечения не поможет, здесь нужно принимать соответствующие препараты. С другой стороны, разнообразное питание, насыщенные полезными элементами – хорошее подспорье в борьбе с болезнями, поэтому добавить жимолость в рацион не повредит. Тем не менее способность сдерживать атаку ВИЧ – это очень важное свойство мирицетина, который нам удалось обнаружить в жимолости за счет инновационных методов.

Также технологии биоинформатики помогли нашим коллегам найти полезные полифенолы в сое, которая известна своим богатым составом, благотворно действующим в первую очередь на репродуктивную систему. Еще был обнаружен ряд полезных веществ в облепихе.

– Как я понимаю, принцип следующий: берется востребованное в медицине полезное растение и дополнительно исследуется?

– Верно, новые генные технологии позволяют взглянуть глубже и найти новые соединения. Также использовали метод масс-спектрометрии для поиска новых веществ в люцерне. Удалось найти больше сотни соединений лекарственного назначения, в том числе астрагалин, способный останавливать рост опухолей, и формононетин, который эффективен для профилактики рака и деменции. 

– На что направлена вторая группа исследований?

– На введение лекарственных растений в культуру клеток. Растительные клетки обладают свойством тотипотентности, иными словами, могут из одной клетки развить целый организм путем дифференцированного деления. Наши ученые подавляют этот процесс. В результате клетка, находящаяся в питательной среде, образует просто массу клеток, содержащих необходимые вещества, например, антиоксидантные. Это очень удобная технология, облегчающая процесс получения полезных веществ. Таким образом мы можем получить больше метаболитов из грамма растительного сырья и не зависеть от сезона. Метод особенно актуален, если лекарственное вещество локализовано в определенной части растения, допустим, в корне. В таком случае специалисты могут буквально в банке вырастить именно корневые клетки. Подобные исследования, как правило, интересны фармакологическим компаниям.

– Способна ли технология клеточного выращивания не только ускорять процессы, но и усиливать лекарственные свойства растений? Увеличивается ли концентрация полезных компонентов или растет именно число клеток?

– Увеличиваются оба показателя – и количество клеток, и содержание в них полезных веществ. С помощью модификаций питательной среды специалисты увеличивают концентрацию нужных метаболитов. Каждое вещество по-своему уникально, но можно сказать, что с помощью выращивания клеток можно получить в 3–4 раза больше полезных компонентов, чем традиционными методами. Многое, конечно, зависит от вида вещества, от самого растения и от способа модификации питательной среды, на которой находится система клеток. Подбор методов модификации – это отдельная большая работа. Задача ученых – максимально усилить питательную среду, чтобы получить наилучший выход продукта. Собственно, на это и нацелена вторая группа исследований.

– А третья?

– Третий тип исследований ориентирован на оптимизацию методов выделения полезных веществ. Здесь и подбор растворителей, и выбор физических параметров (давления, температуры), и оценка других показателей, позволяющих ученым найти наиболее эффективный способ получения нужных соединений из растений. Как раз сейчас по заданию Минобрнауки мы работаем над оптимизацией технологии получения полифенолов с помощью сверхкритического диоксида углерода, обладающего свойствами и газа, и воды.

В сочетании с растворителем диоксид углерода позволяет выделять гораздо больше полифенолов из растительного сырья. Объем получаемых флавоноидов увеличился на 80% по сравнению с традиционными подходами. Мы также проверили антимикробную и антирадикальную активность, результат оказался положительным. Технология подтвердила свою эффективность, правда, под определенные растения приходится корректировать отдельные параметры, но результат того стоит.

– Насколько мы знаем, вы исследовали влияние регуляторов на растения...

– При поддержке Российского научного фонда мы проводили исследования, нацеленные на увеличение метаболитов в растениях с помощью регуляторов, в частности, фитогормонов. Это естественные компоненты, созданные природой и присутствующие в составе всех растений. Фитогормоны безопасны, так как не накапливаются в окружающей среде и не вредят здоровью человека. Есть даже ряд исследований, показавших, что фитогормоны препятствуют развитию опухолей.

Задача наших ученых – оптимизировать подбор фитогормонов и их концентрации, а также способ обработки растений. Это непросто – одна только группа брассиностероидов насчитывает более 70 представителей. Удалось добиться хороших результатов. Например, обработка эпибрассинолидом позволяет значительно увеличить содержание полифенолов, антиоксидантов и органических кислот в растениях. Также хочу отметить, что фитогормоны даже сами по себе способны оказывать противоопухолевый эффект.

– То есть фитогормоны можно назвать натуральными стимуляторами роста?

– Это безопасный, эволюционно выработанный механизм. Фитогормоны не только усиливают рост, но и повышают способность растений адаптироваться к стрессам. Мы используем синтезированные в лаборатории фитогормоны просто потому, что это быстрее. Они точно такие же, как и те, что находятся в растениях. Но у ученых банально нет времени на переработку тонн растений для получения фитогормонов, поэтому задействуем быстрые и экологичные методы синтезирования. Полученными гормонами обрабатываются семена или прикорневая часть, а также производится опрыскивание. Плюс ко всему фитогормоны можно использовать для улучшения питательных сред, на которых выращиваются системы клеток, о которых мы говорили ранее.

Эффект достаточно хорош и стабилен. Допустим, брассиностероиды значительно повышают массу растений. Собственно, именно поэтому на базе этих фитогормонов производится большое количество агропрепаратов. Если говорить о лекарственных растениях, то фитогормоны не только увеличивают их рост и снижают восприимчивость к абиотическим и биотическим факторам, но и повышают содержание внутренних метаболитов, например, востребованных в фармацевтике органических кислот.

Еще одно преимущество фитогормонов заключается в их экономической доступности. На рынке есть немало зарекомендовавших себя препаратов, допустим, биостимулятор "Эпин-Экстра". Стоимость у них довольно низкая – около 60 рублей.

– Мы обсудили исследования, выполняемые по заказу министерства и РНФ. А есть ли запросы от частных аграрных компаний? Или агросектор остается консервативной отраслью, не заинтересованной в новых исследованиях и продуктах?

– Запросов от аграриев, к сожалению, немного, но их можно понять: сейчас им сложно идти на риски и перестраивать производство. Фармакологическая отрасль в данном вопросе более мобильна и проявляет больший интерес. Это тоже объяснимо: фарма получает более крупное финансирование и может позволить себе риски. Отдельные инициативы поступают от представителей пищевой промышленности. Допустим, производитель чипсов попросил вывести картофель без глазков. По лекарственным растениям запросов от частников не поступает – в этой отрасли более заинтересовано государство.

Министерство дает гранты на проведение исследований по нашим заявкам. Проще говоря, объявляется конкурс, научные учреждения составляют свои предложения, и понравившееся получает финансирование. Иногда присылают прямые госзадания, прописанные под конкретный университет. У нас тоже есть такое задание – оно связано с исследованием и применением сверхкритических флюидных технологий в агропищевых биотехнологиях. Именно в рамках этого задания мы работаем над выделением веществ из растительного сырья с помощью сверхкритического диоксида углерода, о чем я ранее рассказывала.

– Вы упомянули об интересе фармакологических компаний к исследованиям в области лекарственных растений. Бытует мнение, что фарме не нужен конкурент в виде так называемых нетрадиционных методов лечения и натуральных компонентов. Получается, что это не так?

– Люди, которые так думают, отчасти правы, так как фармакология нацелена на разработку лекарств на основе активных веществ. Эти вещества могут быть в лекарственных растениях, просто их легче синтезировать, чем добывать из сырья, особенно если речь идет о больших объемах. Никто не отрицает полезность лекарственных растений, и фарма использует натуральные соединения, но синтезирует их химически. Фармакология заинтересована в подобных исследованиях, так как они помогают выявить новые активные компоненты.

– Мне кажется, что лекарственные растения чаще находят свое применение в сфере БАДов, чем препаратов.

– Да, и это замечательно. Мы сотрудничаем с томским производителем БАДов ARTlife. У нас есть совместная лаборатория, где мы можем реализовывать идеи, связанные с лекарственными растениями. Фармакологии же требуются более насыщенные средства, скажем так, синтетические подходы.

– Не обращаются ли к вам производители косметики?

– Наши партнеры ARTlife производят косметику. Сейчас мы планируем предложить образец состава косметики, насыщенный экстрактами растений. Будем подавать соответствующий проект. Исследования уже показали хорошие результаты. Мы взяли бактерии с человеческого лица, высеяли их и обработали экстрактами в определенной небольшой концентрации. В итоге колония вредоносных бактерий перестала расти.

– Часто предприниматели, использующие лекарственное растительное сырье, обращаются к научным организациям по поводу оценки качества и эффективности своего продукта. Вы сталкиваетесь с такими запросами?

– Недавно к нам обратился производитель агропрепаратов "Берес" из Новосибирска. Эта компания выпустила новое средство в гелеобразной форме и прислала нам его для тестирования и выявления оптимальной технологии использования. К сожалению, в процессе теста лекарственные растения не задействованы – только огурцы и салат.

– Мы наслышаны, что многие технологии овощеводства подходят и для лекарственного растениеводства. Есть ли какие-то решения, которые не тестируются на лекарственных растениях, но в целом подходят для этой ниши?

– Мы больше занимаемся сельскохозяйственными культурами, но в целом технологии, подходящие для них, положительно влияют и на лекарственные растения. В их числе – регуляторы роста, разработанные в нашем отделении: они нацелены на повышение продуктивности и устойчивости растений к разным видам стрессов. Отлично подходят для лекарственников, так как увеличивают содержание метаболитов и повышают пищевую ценность плодов.

– Недавно аспиранты ТГУ разработали генератор углекислого газа для теплиц. Эта технология тоже подойдет для нашей отрасли?

– Да, технологии, связанные с умными теплицами, не теряют своей актуальности. К вопросу об общих технологиях также стоит упомянуть агродроны. Они тоже находят применение в лекарственном растениеводстве.

– Как вы оцениваете перспективы лекарственного растениеводства? Будет ли усиливаться связь науки и бизнеса?

– Мне кажется, что одно без другого существовать не может. Если взять официальную фармакологию, то вся она вышла из ботанических исследований. Природа ничего не создала просто так. Исследования лекарственных растений продолжаются, мы находим новые элементы, обнаруживаем синергию между различными компонентами. Лекарственное растениеводство – это фундаментальная ниша, на базе которой появится еще не один препарат или БАД.