Эксперименты с Маакией амурской, «неожиданные» новые проекты… О, сколько ещё впереди!

 

Лауреат премии ДВО РАН имени выдающихся учёных Дальнего Востока России

Ольга Вадимовна ГРИЩЕНКО

– Дальний Восток – это регион с удивительным богатством и разнообразием видов растений, с большим количеством реликтов и эндемиков, многие из которых содержат ценные биологически активные вещества. Подобные соединения синтезируются растениями для защиты, коммуникации или привлечения опылителей, и называются вторичными метаболитами. В отличие от первичных метаболитов, которые необходимы для роста и развития растений.

Один из интересных видов и объект наших исследований – маакия амурская, единственный древесный представитель семейства бобовые Fabaceae во флоре российского Дальнего Востока Этот вид является реликтом третичной флоры, который широко используется в народной медицине для лечения заболеваний печени.

Мы беседуем с Ольгой Вадимовной ГРИЩЕНКО, научным сотрудником лаборатории бионанотехнологий и биомедицины Федерального научного центра биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН. Ольга стала лауреатом премии ДВО РАН имени академика Б.А. Неунылова за серию работ «Исследование биосинтеза ценных изофлавоноидов в клеточных культурах маакии амурской».

Биографическая справка:

Ольга Вадимовна ГРИЩЕНКО родилась в г. Измаил Одесской области. Семья много переезжала, отец был военным, сознательное детство и юность прошло на Камчатке, в волшебном краю изумительной природы. Невозможно не проникнуться любовью к ней, что, наверное, повлияло на выбор профессии. Поступать поехала в Дальневосточный государственный университет, который окончила в 2002 году. В Биолого-почвенном институте, ныне ФНЦ Биоразнообразия, работает с 2004 года.

За работой в лаборатории

– Сотрудники Тихоокеанского института биоорганической химии им. Г.Б. Елякова изучали химический состав метаболитов маакии, и установили, что она продуцирует комплекс полифенолов, обладающий выраженными антиоксидантными свойствами и низкой токсичностью, – продолжает рассказ о своих научных исследованиях Ольга. – Это побудило изучить действие данного комплекса при токсических поражениях печени в качестве гепатопротектора. Основными соединениями, накапливаемыми в древесине маакии, являются изофлавоны, стильбены и птерокарпаны. На основе данного комплекса был создан уже хорошо известный препарат «максар» (аббревиатура фамилий руководителей коллективов-разработчиков О.Б. Максимова и А.С. Саратикова), который в экспериментах показал высокую гепатопротекторную и выраженную желчегонную активность. И хотя растёт маакия на юге Приморского края и в бассейне реки Амур довольно обильно, требуется не один год, чтобы дерево достигло взрослых размеров и могло послужить сырьём. Тут в дело вступает биотехнология – получение клеточных культур ценных растений в качестве источников желаемых вторичных метаболитов – классический и уже давно используемый биотехнологический метод. Конечно, далеко не всегда удаётся добиться высокого содержания искомых веществ, и экономически эффективных примеров подобного производства в мире не так много, но это возможно.

– Ольга, в чём заключается особенность ваших исследований?

– Мы получили культуру клеток из листьев маакии, и изучили состав производимых ею веществ. Оказалось, что клетки отдельно от целого организма производят несколько иной состав полифенолов, чем растения – основные соединения – это изофлавоноиды, и совсем отсутствуют стильбены. Тем не менее, в фармакологических исследованиях гепатопротекторная активность комплекса из культуры клеток не уступала активности комплекса из растения. Это вдохновило нас двигаться дальше, и добиваться увеличения содержание изофлавоноидов в культуре клеток. Одним из распространённых методов стимулирования биосинтеза является генетическая трансформация генами rol из агробактерий. Почвенные бактерии Agrobacterium rhizogenes известны тем, что могут встраивать часть своего генома (гены rolA, rolB, rolC, и rolD) в клетки растений, вызывая в местах инфицирования заболевание, называемое бородатыми корнями. Это процесс природной трансформации растений. Данный механизм стали использовать для получения трансгенных растений в лабораториях, и оказалось, что трансформация отдельными генами rol эффективно активирует вторичный метаболизм в растениях и культурах клеток.

С помощью генетической трансформации генами rolB и rolC мы получили несколько трансгенных линий маакии амурской. Оба гена активировали первые этапы биосинтеза вторичных метаболитов в культурах M. аmurensis, что привело к повышенному накоплению изофлавонов, а также стимулировали продукцию птерокарпанов, синтезирующихся на более поздних этапах биосинтетического пути. Этот эффект, вероятно, связано с большой ролью птерокарпанов в защитных реакциях растения.

– А каков итог ваших исследований?

– Нам удалось получить культуру клеток маакии, продуцирующую вдвое больше изофлавоноидов, в сравнении с нетрансгенной культурой. Это в будущем может быть альтернативным источником соединений с выраженной гепатопротекторной активностью. В настоящее время изофлавоноиды, интересная и ограниченная группа вторичных метаболитов бобовых, популярны в качестве пищевых добавок, поскольку проявляют также эстрогенную, антиангиогенную и противораковую активность.

Пересадка культур в стерильном боксе

– Как известно, наука – это коллективный труд. Научные открытия не делаются в одиночку. Ольга, скажите, как вы и с чьей помощью ставите цели и задачи своих работ?

– Когда человек приходит в лабораторию, обычно руководитель выделяет тему, формулирует задачи и курирует проведение исследований. Так произошло и в моём случае. Я пришла в лабораторию очень удачно в момент, когда начинались работы с культурой клеток маакии амурской. Мой руководитель, член-корреспондент РАН Виктор Павлович Булгаков, поручил мне данное исследование. Конечно, всю эту работу провести в одиночку невозможно, были использованы разные методы исследований, и у меня были помощники и учителя, внёсшие большой вклад в осуществление проекта. Это Галина Кирилловна Чернодед, замечательный специалист по культуре клеток растений; кандидат биологических наук Константин Вадимович Киселёв, кандидат биологических наук Юрий Николаевич Шкрыль; коллеги из ТИБОХ – доктор биологических наук Сергей Александрович Федореев и кандидат биологических наук Марина Владимировна Веселова. Хочется отметить вклад коллег по лаборатории, в обсуждении с которыми часто находятся решения спорных вопросов и рождаются полезные идеи – всем им хочется выразить благодарность за помощь и поддержку.

Обсуждение результатов

– Какую аппаратуру и экспериментальные методики используете для ваших изучений?

– Пересадка культур клеток и различные манипуляции с ними проводятся в стерильных условиях в ламинарных боксах. Идентификация и количественное определение вторичных метаболитов в клетках растений проводились с помощью методов высокоэффективной жидкостной хроматографии с ультрафиолетовым и масс-спектрометрическим детектированием с использованием приборной базы ТИБОХ. Фармакологические исследования осуществляли коллеги из Сибирского медицинского университета г. Томска. Молекулярно-генетические исследования проводились на базе центра коллективного пользования (ЦКП) нашего института, с применением стандартных методик и оборудования.

В поисках объектов исследования

– Как вы набираете растительное сырьё для исследований? Наверное, предусматривается проведение экспедиций?

– К сожалению, наша специализация обычно не предусматривает экспедиций, вся работа проводится в лаборатории. В рамках данного проекта у нас не было поездок, в получении растительного материала для исследований нам помогали и помогают специалисты-ботаники. Иногда мы выезжаем сами, чтобы собрать семена или нужные растения. Нашим старшим коллегам повезло поучаствовать в крупных экспедициях по изучению лекарственных растений на Курилы, Камчатку и Сахалин ещё в девяностые годы прошлого столетия, коллекция клеточных культур, полученных в ходе этих экспедиций, поддерживается в нашем Центре.

Мне удалось побывать в нескольких экспедициях по Дальнему Востоку с иностранными специалистами, но это не было напрямую связано с темой моей работы, я участвовала в качестве ассистента и переводчика.

Экспедиционные будни

– Расскажите немного о деятельности лаборатории бионанотехнологий и биомедицины, в которой трудитесь, и о вашем вкладе в общее дело.

– Основными направлениями научных исследований нашего коллектива лаборатории являются: выявление и получение действенных лекарственных средств с помощью методов современной молекулярной биотехнологии; создание таргетных средств доставки лекарств на основе наноразмерных объектов природного и синтетического происхождения; разработка новых биомиметических технологий и материалов для фотоники и биосенсорики.

На данный момент мне более близко первое направление: вторичный метаболизм растений и способы его регуляции. В работах, поданных на конкурс, мы исследовали влияние на метаболизм генов-активаторов, уже известных ранее (гены rolB и rolC из агробактерий). Недавно был открыт новый ген, сходный с генами rol, в природно-трансгенных растениях сладкого картофеля, и пока непонятно, для чего растения сохранили эту вставку. В настоящий момент в лаборатории исследуют его влияние на вторичный метаболизм клеточных культур и растений. Ранее, совместно с коллегами из Института автоматики и процессов управления ДВО РАН мы выполняли интересный проект по фотонной регуляции развития растений и накопления ими метаболитов. Это те проекты, в которых я принимаю участие.

– Поделитесь вашими научными планами на ближайшее будущее.

– Продолжить участие в упомянутых выше исследованиях лаборатории. Продолжить эксперименты с маакией, там ещё есть с чем работать. И ещё есть интересная работа с новыми лекарственными растениями. А вообще, жизнь непредсказуема, и вполне возможно появление неожиданного нового проекта!

Фото из личного архива Ольги ГРИЩЕНКО