Полвека назад в Беларуси создан Институт биоорганической химии. Чем он занимается?
02.02.2024 | 10:57
Биоорганическая химия – одно из актуальных и востребованных направлений науки. В нашей стране 50 лет назад был организован один из современных химических институтов НАН Беларуси – Институт биоорганической химии. Он уникален с точки зрения истории и спектра решаемых задач. Однако одно название разделяют целый ряд организаций в России, Узбекистане и других бывших республиках Советского Союза, а также в Польше. Среди них знаменитые институты ИБХ в Москве, ТИБОХ во Владивостоке, ИБОХ в Ташкенте, ИБОХ в Познани.
В Институте созданы тест-системы, которые способны определить следовые количества антибиотиков и токсинов в пищевой продукции и кормах, а это пико- и нанограммы. Получены уникальные ферменты для синтеза и модификации ДНК, установлены структуры серии важных молекулярных мишеней – монооксигеназ человека, участвующих в превращениях лекарств и синтезе гормонов. Разработаны реагенты для криминалистики, которые используют при расследовании случаев браконьерства. Созданы экологичные средства для агросектора. И это – всего несколько из тысяч впечатляющих результатов исследований.
Создание института связано с именем академика Афанасия Андреевича Ахрема, который родился в деревне Уречье Вилейского района. После окончания вуза он проводил исследования в ведущих научных учреждениях. В начале 1960-х Афанасий Ахрем работал в Гарвардском и Стэнфордском университетах (США). Там судьба свела его с будущим Нобелевским лауреатом Робертом Вудвордом.
В 1970-м доктора химических наук Афанасия Ахрема избрали действительным членом АН БССР и пригласили на работу в Минск. Здесь в 1972 году в Институте физико-органической химии ученый возглавил Отдел биоорганической химии (ОБХ), преобразованный 10 января 1974 года в Институт биоорганической химии. Эта дата стала отправной точкой для стремительного развития данного направления в Беларуси. Первоначально были созданы четыре лаборатории: биоорганической химии, химии стероидов, химии нуклеотидов и полинуклеотидов и тонкого органического синтеза.
Выполнение поставленных задач возможно только при наличии опытных кадров, а также современных приборов и оборудования. Таких специалистов в Беларуси в 1970-х практически не было. Поэтому в 1970 – 1972 годы перспективных студентов и выпускников БГУ направляли на обучение в ведущие профильные институты Академии наук СССР. Оборудование приходилось искать самостоятельно, изготавливать в стеклодувных мастерских или одалживать у других исследовательских учреждений. Во второй половине 1970-х началась настоящая научная работа.
Среди учеников Афанасия Ахрема – два академика, три члена-корреспондента НАН Беларуси и еще порядка ста ученых, успешно работающих в разных государствах.
Академик Ахрем пригласил на работу Игоря Михайлопуло, который в те годы трудился в РСФСР. Молодой ученый возглавил лабораторию химии нуклеотидов и полинуклеотидов, где создал научную школу по химии компонентов нуклеиновых кислот. Под руководством члена-корреспондента НАН Беларуси Игоря Михайлопуло разработаны методы синтеза химических соединений – основы противовирусных и противоопухолевых препаратов. Через 30 лет, в 2004 году, авторскому коллективу в составе Е.Н.Калиниченко, Н.М.Литвинко, И.А.Михайлопуло, Г.В.Зайцевой, А.И.Зинченко, П.Т. Петрова присуждена Государственная премия РБ в области науки и техники за цикл работ "Химико-энзиматическая модификация компонентов нуклеиновых кислот и биохимическое моделирование как научно-практическая основа поиска, создания и производства лекарственных средств".
С 2000 по 2011 годы Институт возглавил академик НАН Беларуси Федор Лахвич, создавший научную школу направленного синтеза низкомолекулярных биорегуляторов. Под его руководством разработаны методы получения целого ряда биологически активных соединений. С использованием разработок Федора Лахвича в 1980-е годы институтом предложены технологии производства субстанций трех пестицидов, до сих пор используемые в России. А разработанные в рамках Госпрограммы отечественные технологии производства способствовали появлению в Беларуси новой отрасли промышленности – производства химических средств защиты растений.
Член-корреспондент НАН Беларуси Сергей Усанов возглавлял институт в 2011-2016 годах. Он основал научную школу химии, структуры и функции мембранных белков, выполнил исследования по установлению структуры и функции цитохром Р450 зависимых систем, участвующих в биосинтезе важнейших природных биорегуляторов (стероидные гормоны, витамины, желчные кислоты) и метаболизме ксенобиотиков, направленные на выяснение молекулярных механизмов ряда наследственных заболеваний человека, связанных с нарушением биосинтеза важнейших биорегуляторов и гормональной регуляции. Внедрил в практику новые молекулярно-биологические методы исследования, разработал технологии, позволяющие получать важнейшие рекомбинантные белки человека в высокоочищенном состоянии и подходы к использованию принципов монооксигеназного катализа и рекомбинантных белков человека для нужд биотехнологии и медицинской практики. Исследования ученого используются в производстве ферментов и в медицинской практике. Работы отмечены многочисленными наградами и премиями.
Научными сотрудниками института ежегодно публикуется около 100 тезисов докладов и столько же научных статей. Причем около половины этих статей – в высокорейтинговых международных журналах. Публикации активно цитируются мировой научной общественностью.
Институт вносит существенный вклад в подготовку научных кадров высшей квалификации. Здесь находится самая многочисленная аспирантура среди всех химических институтов НАН Беларуси. Ежегодно под руководством ведущих ученых института обучается не менее 10 человек. Выпускники аспирантуры ИБОХ работают и возглавляют коллективы, занятые исследованиями в области органической и биоорганической химии.
Ученые института принимают активное участие в отечественных и зарубежных конгрессах, конференциях и симпозиумах, выступая с пленарными, устными и стендовыми докладами. Само это научное учреждение является организатором конференций "Химия, структура и функция биомолекул" и "Белорусские лекарства".
За последние десять лет произошел существенный сдвиг в деятельности учреждения, которое из научной организации превратилось в научно-производственную. Бюджетное финансирование сегодня не основной источник доходов научного учреждения. За 50 лет при выполнении фундаментальных исследований был накоплен опыт, пригодившийся для решения насущных практических задач. Экономика страны получает высокотехнологичные продукты биоорганической химии, продолжается подготовка высококвалифицированных кадров. Однако именно бюджетное финансирование по-прежнему служит основой инноваций. Исследования в виде проектов Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований и Государственных программ научных исследований, грантов создают тот прочный фундамент, на котором далее развиваются прикладные разработки. Возможность молодого ученого получить грант создает условия его квалификационного роста и развития, а также для дальнейшего деятельного участия в создании инноваций, востребованных в экономике нашей страны.
– Институт ориентирован на разработку инновационных видов продукции, представляющих ценность в малых количествах. Можно назвать этот процесс микро- и нанотоннажным синтезом, – отмечает директор Института биоорганической химии Алексей Янцевич. – Вне зависимости от вида разрабатываемых молекул все они проходят один и тот же итерационный цикл, позволяющий получить молекулы с заданными свойствами и биологической активностью. Он включает в себя дизайн, синтез, анализ и биоиспытания.
Сотрудники института проводят полностью автономные разработки по конструированию противоопухолевых и противовирусных молекул с использованием методов молекулярного моделирования, тонкого органического синтеза и биологического тестирования. В декабре 2023 года за цикл работ ученым института присуждена премия НАН Беларуси.
Располагая современным высокотехнологичным и производительным оборудованием, а также высококвалифицированными специалистами, институт оказывает широкий спектр услуг организациям Беларуси и зарубежным компаниям. В том числе занимается физико-химической характеристикой органических соединений и биополимеров, идентификацией микроорганизмов, секвенированием, фармакогенетическими анализами и многим другим.
Разработки института привели к созданию в последние десятилетия целого ряда производственных предприятий: Хозрасчетного опытного производства "Института биоорганической химии", НПЦ "ХимФармСинтез", ООО "Франдеса" и ГП "Академфарм".
Очевидные результаты
Современное здание института, расположенное в Минске на улице Академика В.Ф. Купревича, 5/2, спроектировано архитекторами М.К. Виноградовым, Г.Б. Геравкером и Б.3. Поповым. Оно строилось в 1978–1981 годах с расчетом на решение масштабных и важных научных задач. В здании располагались административный корпус с залом заседаний ученого совета, три лабораторных корпуса, корпус общего назначения с конференц-залом, библиотекой, столовой, виварий и большой склад химреагентов.
В Институте ориентир на прикладные разработки восприняли с воодушевлением, потому что исследования ученых в сфере биоорганической химии всегда носили практический характер. Институт снова начал крепнуть и развиваться.
В 2008 году доктором химических наук Еленой Калиниченко в институте начата работа по организации Научно-производственного центра "ХимФармСинтез", производственные мощности которого были введены в 2011 году. Сегодня НПЦ "ХимФармСинтез" – современное уникальное фармацевтическое производство противоопухолевых препаратов, организованное в соответствии с требованиями правил "Надлежащей производственной практики" (GMP) к производству лекарственных средств.
Для медицинских учреждений на основе разработок сотрудников института производятся четыре гемосорбента для очистки крови от токсических соединений. Изготавливаются диагностические ПЦР-наборы для выявления инфекционных заболеваний человека и животных. Изучается токсичность фармацевтических субстанций и готовых лекарственных форм на экспериментальных животных. Созданы новые экологически безопасные и эффективные химические средства защиты и повышения урожайности сельскохозяйственных культур, разработаны технологии получения пестицидов. Здесь налажено плодотворное сотрудничество химиков и биологов, теоретиков и практиков.
Директор Института биоорганической химии НАН Беларуси кандидат химических наук, доцент Алексей Янцевич:
– Биоорганическая химия – наука, направленная на решение прикладных задач медицины, фармацевтики, сельского хозяйства, химической, пищевой и микробиологической промышленности. Объектами исследования являются биополимеры, к которым относятся ДНК, белки, полисахариды и малые органические молекулы с биологической активностью, например, антибиотики, липиды, гормоны, лекарства и пестициды.
За 50 лет в институте созданы научные школы, идеи которых нашли свое воплощение не только в научных статьях и патентах, но и в организации технологических процессов и производств, которые уже много лет работают на благо Беларуси. Налажена преемственность поколений и передача накопленного опыта, представлены все категории научных работников.
Одни из новейших разработок института:
оригинальные молекулы перспективных противоопухолевых средств на основе селективных ингибиторов протеинкиназ;
гемосорбент для избирательного удаления иммуноглобулинов G, который найдет применение в трансплантологии и лечении автоиммунных заболеваний;
