Університетська наука

Дослідження, здатні змінити світ

ВІД РЕДАКЦІЇ. Пандемія коронавірусу внесла свої корективи у звичну нам буденність. Але життя має продовжуватися, а університет — працювати.

У 2020 році Каразінський університет виграв конкурс “Підтримка досліджень провідних та молодих учених” та отримав грант на реалізацію наукового проекту, що має назву “Індикатори на основі похідних хромону для флуоресцентного визначення активності бета-глюкозидаз”. Я поговорила з керівником проекту Олександром Давидовичем РОШАЛЕМ, і він розповів мені, які наукові дослідження та революційні відкриття ховаються за цією складною назвою.

Фото Сергія СОЛОНСЬКОГО. КОМАНДА - усіх зібрати не вдалося, троє були на заняттях і не змогли бути.  А це: зліва направо - Кириченко О.В., Гладков Є.С., Чумак А.Ю., Рошаль О.Д.

— Олександре Давидовичу, розкажіть, будь ласка, що це за проект?

— В усіх живих організмах існує група ферментів, що називаються бета-глюкозидазами. Ці ферменти допомагають розкладати довгі ланцюги цукрів — полісахариди на окремі фрагменти, а саме на молекули глюкози. Як доступно пояснити дію бета-глюкозидаз? Приклад з життя. Надлишки глюкози, що ми отримуємо з їжею, перетворюються в організмі на відомий полісахарид —  глікоген, або животний крохмаль, який в народі також називають целюлітом. Він утворюється як запас глюкози в організмі на чорний день. Тож коли ми сідаємо на дієту, бета-глюкозидази розкладають глікоген назад до глюкози, яку наш організм в подальшому використовує для обміну речовин. Так само і в рослинах. Наприклад, крохмаль у картоплі. Коли рослина росте і створює завдяки фотосинтезу молекули глюкози, частина з цих молекул перетворюється на два полісахарида – амілазу і амілопектин, що накопичуються в клубнях. Ці полісахариди ми називаємо рослинним крохмалм. Коли ж картопля починає прорастати з клубнів, вона потребує енергії для утворення коріння і паростків. Тоді крохмаль, такий собі запас їжі, розщеплюється до глюкози. Якщо бета-глюкозідази мало або она неактивна, глюкоза утворюється повільно, і картопля росте погано. Активність бета-глюкозідази — важлива річ. Якщо фермент неактивний, то дієта не допоможе уникнути целюліту, хоча організм голодуватиме, а картопля не проросте через нестачу глюкози.

Мета проекту — пошук індикатора, за допомогою якого можна визначати активність бета-глюкозидази.

— А у яких сферах можливе застосування результатів дослідження?

— Метод визначення активності бета-глюкозідази можна використовувати для різних цілей. Один із напрямків застосування — медицина. Так, обмін речовин в ракових клітинах відрізняється від такого у здорових клітин. Коли пухлина росте вона голодує, їй потрібно більше їжі, більше енергії, більше глюкози, з якої ця енергія виробляється. Тому в ракових пухлинах концентрація бета-глюкозидаз в декілька разів вище, ніж в навколишніх тканинах. Як слід, аналізуючи активність бета-глюкозидаз можна знаходити злоякісні новоутворення. Але для цього потрібен індикатор.

Інша сфера застосування — екологія. Якщо в ставках, річках починають активно розмножуватися мікроорганізми та зелені водорості, в процесі їх розвитку та відмирання активізується синтез та розкладання полісахаридів. Як слід у такому середовищі зростає концентрація та активність бета-глюкозидаз. Зазвичай рівень ферменту різко зростає перед тим, як вода у водоймі зіпсується. За допомогою індикатора для визначення активності бета-глюкозидаз можна з’ясовувати стан водоймищ і якість води.

Можна також визначати і стан ґрунтів.  Опале листя, у якому містяться полісахариди, перетравлюється грибами, бактеріями. Але процес розкладання полісахаридів є неможливим без бета-глюкозидаз. Чим вище активність ферментів, тим швидше утворюється повноцінний родючий ґрунт. З індикатором можна з'ясувати активність бета-глюкозидази, а отже, і стан родючості і швидкість утворення або відновлення ґрунтів.

Ще один спосіб — використання індикатора у виробництві біологічного пального. Бета-глюкозідази є одними з важливих ферментів, що беруть участь у створенні дешевого біопалива з відходів виробництва.

Очевидно, що для оцінки активності бета-глюкозидаз потрібні спеціальні індикатори, але ті, що використовують зараз, мають низьку чутливість. Високочутливими і, при цьому, достатньо дешевеми на наш час є флуоресцентні індикатори. Спроби створення таких індикаторів робилися раніше, але ті сполуки, що були отримані, мали флуоресценцію в лужному середовищі, що не підходило для досліджуваних ферментів. Ми вирішили зробити флуоресцентні індикатори, які будуть працювати в нормальних для бета-глюкозидів умовах. Також нові індикатори ми  синтезуємо на основі флавоноїдів — природних нетоксичних речовин. Тому сподіваємося, що нові індикатори будуть функціонувати і беспосередньо в живих об’єктах, не зашкоджуючи їм.

— Проект розрахований на три роки. Пройшло вже півтора. Які результати?

— Початкова частина — це синтез нових цільових речовин. На першму етапі ми вже отримали аглікони, щось на кшталт прекурсорів індикаторів, що флуоресцирують так, як потрібно. До середини літа-початку осені ми синтезуємо всі потрібні речовини. Потім — друга фаза синтезу, під час якої ми відберемо найкращі, найперспективніші сполуки і перетворимо їх на прототипи готових індикаторів – глікозиди. Найкращі з них будуть використані в наступному році для досліджень взаємодії з комерційними зразками бета-глюкозидаз, а потім з глкозидазами у природних об’єктах. Якщо знайдемо один або два нормальних індикатора — це буде величезний прогрес. Проект на цьому буде завершено. Але надалі почнеться прикладна частина роботи – розробка методів оцінки активності бета-глюкозидаз для конкретних цілей – медицини, екології, і т.д. Адже для кожного об’єкту характерні специфічні методи пробопідготовки та специфічні умови проведення аналізу. І також буде необхідне нове фінансування і участь у нових проектах не тільки хіміків, а й інших фахівців.

— Як працюється в умовах карантину?

— Працюється погано. Гальмує процес епідемічна ситуація. Хімія потребує суворої техніки безпеки: так що люди і так працюють в рукавичках, халатах, окулярах. А зараз ще й масках. Більшість працює ізольовано, кожен має свою ділянку роботи. Але, цілком уберегтися від інфекції не вдається – а якщо люди хворіють або знаходяться вдома на самоізоляції, то робота не рухається, бо вдома органічним синтезом та вимірюваннями не займешся. До того ж дуже заважає нерівномірне фінансування і величезна кількість паперів, які потрібно готувати. Засмучує і зневажливе ставлення до науки, в першу чергу з боку тих організацій, що повинні займатися її розвитком і фінансуванням. Що казати, коли в нашому Міністерстві освіти і науки можна почути: «Науки в Україні немає».

— А хто працює над проектом?

— Згідно із правилами проекту, працювати повинні троє досвідчених співробітників та четверо молодих учених. Я, Рошаль Олександр Давидович, та Кириченко Олександр Васильович керуємо фізико-хімічною частиною проекту. До речі, Олександр Васильович за рейтингом входить до десятки найкращих вчених нашого університету. Головний синтетик, старший науковий співробітник Гладков Євген Станіславович керує синтезом. Він наш шеф-кухар.

А наші молоді вчені це Ходжаєва Руслана, Чумак Андрій, Коломийцев Олексій та Тарасенко Дмитро. Всі вони є перспективними науковими співробітниками і прекрасно впоруються з поставленими завданнями.

Результати досліджень зможуть відкрити нові можливості в науці. Робота йде складно, але попри все наші вчені намагаються працювати за межами можливостей. Ми ж хочемо побажати їм наснаги, сил та рівномірного фінансування!

Анна УДНІКОВА