Мы с удовольствием публикуем лучшие работы конкурса «Моя лаборатория», который провели в рамках Олимпиады Программа «Мастерские инноваций» ФИОП РОСНАНО и МГУ имени М.В.Ломоносова.
08:55. Темноту коридора рассеивает красный свет лампы сигнализации, расположенной над тяжелой металлической дверью. За этой дверью находится бактериологическая лаборатория. Работа здесь начнется через 5 минут, когда ответственная за лабораторию отключит сигнализацию и откроет дверь. На самом деле это лаборатория ВУЗа (НИ ТПУ), а я – магистрант первого года обучения, одна из тех, кто здесь работает. Чем же мы здесь занимаемся?
Рис. 1. Бактериологическая лаборатория (ИФВТ, НИ ТПУ)
Многие бактериологические лаборатории исследуют окружающую среду, устанавливая наличие опасных микроорганизмов или, например, проводят анализы биологического материала. Мы тоже работаем с микроорганизмами, однако наша лаборатория отличается от большинства других. Все знают о том, какими вредными могут быть бактерии: они вызывают опасные заболевания у людей и животных, с ними борются врачи и санитарные службы, но знаете ли вы, что бактерии также могут приносить и пользу? В частности, они используются для промышленного производства биологически активных веществ, лекарственных препаратов, продуктов питания и т.д. Дело в том, что обмен веществ человека во многом похож на обмен веществ бактерий – то есть, микроорганизмы могут вырабатывать вещества, полезные, или даже необходимые людям. Этим и занимаются исследователи в нашей лаборатории: извлекают всевозможную выгоду из общения с микроорганизмами.
Моей задачей на протяжении долгого времени являлась оптимизация процесса получения витамина В12. Казалось бы: для чего? Ведь мы можем найти препарат витамина В12 в любой аптеке. Однако большая часть таких препаратов импортирована из-за рубежа, в России же для их получения используют старые методики, что делает процесс неэффективным и дорогим.
Любое биологически активное вещество можно получит тремя основными способами: из растительного сырья, химическим синтезом, или при помощи бактерий – микробиологическим синтезом. Витамин В12 имеет очень сложную химическую структуру, следовательно, его сложно синтезировать химическим путем, а растения его не производят. Тут-то бактерии и приходят к нам на помощь.
Итак, с чего же следует начать? Первым делом нужно выбрать продуцента – микроорганизм, который может вырабатывать требуемый продукт. В нашем случае это витамин В12. Из всех возможных вариантов (а их не так уж много) наш взгляд остановился на пропионовокислых бактериях (Propionibacterium), так как они не представляют опасности для человека (рис. 2). Эти бактерии в большом количестве обитают в твердых сырах, откуда мы и должны их выделить – и это следующий этап. А дальше начинается полет творческой мысли – ведь в науке всегда есть место для творчества!
Рис. 2. Колонии пропионовокислых бактерий
Для того чтобы добиться получения требуемого продукта в больших количествах, мы можем использовать разные подходы. Например, можно воздействовать на сами микроорганизмы таким образом, чтобы они приобрели нужные нам свойства. Для этого их чаще всего помещают в экстремальные условия, что не так-то просто сделать. Ведь разные виды бактерий могут развиваться в диапазоне температур от -10 до 113˚С, выживают в пустыне, на дне Марианской впадины или даже в космосе! Также влиять на свойства бактерий можно, изменив их генотип методами генной инженерии. Для этого ген человека или животного, отвечающий за нужный нам признак, встраивают в ДНК бактерии. Такие бактерии называют трансформированными, и часто используют в фармацевтической промышленности – например, для получения человеческого инсулина.
Другой способ увеличения выхода продукта – варьирование состава питательного субстрата. Это значит, что мы должны подобрать правильный «рацион» для наших бактерий, такой, чтобы они не только интенсивно росли, но и вырабатывали нужный продукт. Для этого нужно хорошо знать, как проходит обмен веществ у данного вида бактерий. Кроме всего вышеперечисленного, можно менять такие условия, как температура, давление или кислотно-щелочной баланс (pH) среды. В итоге, после проведения всех опытов, мы сможем сказать, с каким продуцентом, при каких условиях и с каким питательным субстратом мы смогли получить наибольший выход продукта с наименьшими затратами.
В работе с микроорганизмами важно соблюдать стерильность. Это нужно для того, чтобы посторонние бактерии не мешали нам работать, и в то же время, чтобы рабочие бактерии не попадали в окружающую среду. Поддерживать стерильность нам помогает специальное оборудование: автоклавы, где проходит стерилизация, боксы стерильности (рис. 3) и т. д. После каждого сеанса работы, боксы стерильности подвергаются обработке антисептиком и ультрафиолетовыми лучами. Это делается для того, чтобы другой сотрудник начал работать уже в стерильном боксе. Разные исследования в лаборатории проводятся параллельно, так что рядом со мной всегда работают мои коллеги. Одна из таких разработок – получение нового комплекса антибиотиков, для уничтожения паразитов сельскохозяйственных растений. Используя синегнойную палочку (Pseudomonas aeruginosa) в качестве производителя, исследователи получают препарат, который ранее не использовался – антибиотики феназинового ряда. Эти антибиотики очень активны в малых количествах, и обладают широким спектром действия на различные виды вредных микроорганизмов.
Рис. 3. Бокс стерильности
Невозможно сейчас описать все исследования, которые проводятся или когда-либо проводились у нас в лаборатории. И тем более, сложно себе представить, сколько всего еще можно сделать! Наверняка можно сказать одно: работа в научной лаборатории – это всегда увлекательный процесс, требующий знаний и целеустремленности. Разум ученого всегда открыт для нового, непознанного, а взгляд направлен в светлое будущее, ведь ученый – это настоящий творец!..
С такими приятными мыслями я захожу за тяжелую дверь, облачаюсь в белый халат и приступаю к работе.
Об авторе
 |
Анастасия Курилова - магистрант 1 года обучения Национального исследовательского Томского политехнического университета, Института физики высоких технологий (кафедра Биотехнологии и органической химии) |
.
