№ 3 (3751), 28 февраля 2007 года
главная | оглавление | <... | ...>	наука

Чудо-пленки,
или Слово о бактериальной целлюлозе

Мы продолжаем знакомить нашего читателя с планами Наукограда. Один из них — это внедрение новых лечебных препаратов, промышленных материалов и технологий, разработанных на основе фундаментальных исследований биологов в тесном содружестве с потребителями университетских заделов.

Слева направо: А.А.Ткаченко и Таня Петрова (сидят), А.К.Хрипунов и А.В.Пиневич (стоят)

В прошлый раз трибуна предоставлялась заведующему лабораторией фармакологии и иммунологии насекомых Биологического НИИ профессору Сергею Ивановичу Чернышу. Его команда добилась больших успехов в изучении и производстве медицинских антибиотиков, получаемых из насекомых.

— Сегодня поговорим о БЦ. Чем привлекательно это вещество?

Если вовсе кратко, то БЦ — это полимер глюкозы. Бактерии накапливают его в питательной среде в виде плавучей, кожистой гель-пленки. БЦ проявляет два, казалось бы, несовместимых качества — тончайшую пористость и механическую прочность. В отличие от синтетических полимеров, БЦ является биологически совместимой, то есть она не наносит вреда человеческому организму и не отторгается. Гель-пленка БЦ, которой в процессе выращивания можно придать любые размер и форму, используется в качестве влажного антисептического покрытия при лечении ран, ожогов и воспалений, особенно при внесении в нее соответствующих лекарственных средств. Благодаря гель-пленкам БЦ восстанавливается кожный покров, из них можно делать протезы кровеносных сосудов, а в перспективе регенерировать хрящ и костную ткань. В высушенном виде они служат отличными мембранами для акустических приборов. Пока мы говорим только о гель-пленках, опуская суспензии БЦ, которые могут быть получены путем изменения условий биосинтеза. Они обладают широчайшим дополнительным набором уникальных свойств.

– В масс-медиа постоянно упоминается биотехнология, а недавно еще одной модной темой стала нанотехнология. Есть между ними какая-то связь, и не замешана ли тут БЦ?

– Угадали. Биотехнологией называется отрасль химической промышленности, где работают ферменты, или биологические катализаторы. Они делают это очень быстро и избирательно, а главное — в «спокойных» условиях, например при комнатной температуре. Их выделяют из микроорганизмов, а также из культур клеток растительного или животного происхождения. Можно и не выделять, если клетка секретирует фермент в окружающую среду, или если он работает внутри нее. В любом случае из исходного сырья образуются продукты, которые «простой химией» получить невозможно или дороже. Это еда (например, сыр), лекарства (например, антибиотики), очищенная вода, металлы из бедных руд и много другое — всего не перечислить. Основными рабочими лошадками биотехнологии служат бактерии, и сильно заблуждается тот, кто зациклен на вредных свойствах бактерий, не подозревая об их пользе. В эпиграфе, взятом из повести братьев Стругацких, бактерии удачно названы строителями (нужна лишь поправка — по современным представлениям, они не относятся к царству животных).

В свою очередь, нанотехнология создает механизмы и приборы, рабочими деталями которых служат отдельные молекулы. Материалы для нанотехнологии могут иметь биологическое происхождение. Одним из них как раз и является БЦ, поскольку она состоит из элементов с наноуровневым размером. Благодаря своим особым свойствам она находит применение в технике, медицине и научных исследованиях, открывая новые горизонты нанотехнологии.

– Многие слышали слово целлюлоза, но не каждый знает, «…что это значит, и с чем ее едят».

– Целлюлоза — это полимер, прежде всего, растительного происхождения, продукт фотосинтеза. Причем самый крупнотоннажный из биополимеров. Растения образуют его в фантастическом количестве, около триллиона (1012) тонн в год. Макромолекула целлюлозы состоит из тысяч остатков глюкозы, соединенных в спирально закрученную цепь; 20–200 цепей образуют кристаллический пучок, или микрофибриллу. Микрофибриллы собираются в лентовидные волокна, погруженные в толщу цементирующих полимеров — лигнина, ксиланов, арабинанов, пектинов и белков. Получается не только прочный, но и водонепроницаемый композитный материал, стенка растительной клетки, на 50 % состоящая из целлюлозы. Тела растений — это преимущественно клеточные стенки!

Гель-пленку БЦ можно закатать в консервную банку, стерилизовать и использовать по потребности.

В истории биологии слова «клетка», «стенка» и «целлюлоза» неразрывно связаны. По сути, живая клетка — это замкнутое помещение. В 1667 г. английский натуралист Роберт Гук назвал живую клетку словом целла (лат. помещение; уменьш. — целлула). Отсюда английское cell, испанское cellula, итальянское cellula, немецкое Zelle и французское cellule и так далее. Жаль, что наши ботаники в свое время предпочли однокоренному слову (келья) чуждый свободе термин «клетка»!

Ну и, наконец, в 1839 г. французский химик Ансельм Пайен назвал целлюлозой (клетчаткой) вещество, извлекаемое из древесины азотной кислотой и имеющее эмпирическую формулу C6H10O5. Целлюлозная стенка играет роль корсета, который позволяет растительной клетке держать осанку, создавать ткани и органы. Высшим растениям такая арматура дает возможность не только закрепиться в почве, но и нести надземный стебель, а с ним листья — органы фотосинтеза, и цветки — органы размножения.

Целлюлоза — это важнейшее возобновляемое сырье. Пока современная цивилизация безвозмездно уничтожает ископаемое топливо (нефть, природный газ, торф и уголь), современные растения синтезируют целлюлозу, которая используется для строительства, промышленности и энергетики. При всех своих неумеренных запросах человек не в состоянии освоить всю образующуюся целлюлозу. Наша планета только потому не превратилась в переполненный древесный склад, что разрушители-микроорганизмы, к которым относятся бактерии и грибы, питаются целлюлозой. Продукты ее распада превращаются в углекислоту, из нее синтезируется новая целлюлоза и так далее. Так Великое углеродное колесо совершает свой очередной оборот.

Стенка растительной клетки держится за счет целлюлозы, микрофибриллы которой вдвое прочнее стали на разрыв. С древних времен человек использует стволы и стебли растений для изготовления оружия, орудий производства, транспортных средств и одежды, а также в качестве топлива и материала для строительных сооружений. В новое время люди научились химически расщеплять целлюлозу до глюкозы, которую дрожжи сбраживают в этиловый спирт. Чистая целлюлоза применяется для изготовления бумаги, в текстильном производстве (вискозный шелк), как упаковочное средство (целлофан), для получения взрывчатки (бездымный порох), а также в медицине (вата из плодов хлопчатника).

Помимо растений, способностью синтезировать целлюлозу обладают простейшие – слизевики, а также некоторые животные, например низшие хордовые – асцидии. При редкой болезни, кератодерматите, она образуется даже в организме человека. Но совершенно особый случай связан с предметом нашей сегодняшней беседы — БЦ.

– БЦ «всплыла» лишь в последнее время? Или же это давно известный материал, который по какой-то причине пока еще не получил широкого употребления?

– Она всплыла очень-очень давно. Возможно, еще в доисторические времена — в связи с так называемыми традиционными пищевыми продуктами Юго-Восточной Азии. Как говорится, свет идет с Востока. Именно откуда Западная цивилизация позаимствовала книгопечатание, компас, порох и бумажные деньги (кстати, БЦ пробовали использовать для упрочнения бумаги для банкнот, но пока без особого успеха).

В Юго-Восточной Азии и на островах Тихого океана широко распространены вегетарианские, но диетологически полноценные пищевые продукты, которые приготавливают из растительного сырья (в первую очередь сои и риса) с помощью бактерий и низших грибов. Это очень разумная альтернатива животной пищи Запада.

В частности, в условиях теплого, влажного климата в растительном соке развивается сообщество уксуснокислых бактерий и дрожжей. Оно образует на поверхности гель-пленку целлюлозы сантиметровой толщины. В Индонезии и на Филиппинах этот студень режут на кубики, замачивают в сахарном сиропе и едят как деликатес (ната-де-коко на кокосовом молоке и ната-де-пино на ананасном соке). Во время русско-японской войны 1905 г. в наши края был завезен чайный гриб — слоистый коврик желтого цвета, плавающий на поверхности подслащенного чая. Сам он в пищу не идет, но образует чайный квас. Вопреки своему названию, чайный гриб — это вовсе не особый гриб, а целлюлозная гель-пленка с включенными в нее клетками уксуснокислых бактерий и нескольких видов дрожжей. Чайный квас известен как прохладительный и тонизирующий напиток. Считается, что он обладает лечебным действием.

Гель-пленка БЦ служит почти непреодолимым физическим барьером для инфекции

Европейцы, в свою очередь, не прошли мимо БЦ. В 1867 г. Луи Пастер обнаружил, что на поверхности скисшего вина образуется разбухшая желеобразная скользкая пленка, напоминающая влажную кожу. То, что это была БЦ, установил в 1886 г. английский химик Эндрью Браун.

– Часто ли бактерии образуют БЦ? И вообще, зачем она им?

– В целом они ее образуют довольно редко. Наиболее известным производителем БЦ является уксуснокислая бактерия Gluconoacetobacter xylinus. «Ксилинус» по-гречески значит “древесная, хлопковая” (в данном случае это указывает на то, что бактерия может образовывать целлюлозу). «Глюконацето» говорит о том, что глюкоза окисляется не до конца, а только до глюконовой кислоты. Если бактерии скармливать винный или этиловый спирт, то он будет окисляться до уксусной кислоты. Кстати, таким способом получали уксус еще в древнем Риме. Подобно нам, эта бактерия дышит кислородом. Она поселяется на поверхности фруктов и овощей, а также в растительных соках, алкогольных напитках и винном уксусе. Кроме нее БЦ могут синтезировать бактерии, образующие клубеньки на корнях растений и опухоли на стеблях. Недавно выяснилось, что в компанию целлулозников входят кишечная палочка с некоторыми родственниками, а также цианобактерии (раньше их называли «сине-зелеными водорослями»).

Микрофибриллы БЦ синтезируются под поверхностью клетки G. xylinus и по одной, через особые отверстия, выдавливаются наружу, прямо как зубная паста из тюбика. Там уже 10—100 микрофибрилл самопроизвольно объединяются в ленту. Множество лент переплетаются в сеть, в которой запутываются клетки, и все это в виде слизистой пленки всплывает на поверхность — такой вот постепенно утолщающийся деревянный плот. Толщина гель-пленки за месяц может дойти до 2,5 см. Скорее всего, смысл образования БЦ заключается в том, чтобы дать клеткам вздохнуть полной грудью.

В свою очередь, у клубеньковых и опухолеродных бактерий БЦ может способствовать прикреплению клеток к телу хозяина-растения, что напоминает альпинистское снаряжение — крюки. Возможно еще, что целлюлозная одежда спасает клетки от ультрафиолетового излучения и, как кольчуга, защищает их от нападения других микроорганизмов, а также от ядовитого воздействия металлов, например меди. В мокром виде БЦ предохраняет бактерии от высыхания. В сухом виде она, как парашют одуванчика, помогает им разлететься на далекие расстояния. Одним словом, многоцелевое приспособление.

– А какая от этого польза человеку? Рискну предположить, что БЦ в чем-то превосходит растительную целлюлозу?

– БЦ имеет особенности, очень важные. В отличие от растительной целлюлозы, она представляет собой химически чистый внеклеточный продукт, а не часть клеточной стенки (между прочим, у бактерий тоже есть стенка, но она особенная, не целлюлозная). Для получения чистой растительной целлюлозы нужно избавиться от примесей — других полимеров клеточной стенки. Но и потом, чтобы изготовить из растительной целлюлозы какой-нибудь предмет, хлопот не оберешься. Сначала раствори ее в органике, потом залей это в форму и, наконец, выпари растворитель. Все это трудоемко, недешево и экологически вредно. Зато БЦ очистить несложно. Нужно только удалить запутавшихся в этой сетке бактерий. Для этого гель-пленка обрабатывается щелочью, а потом хорошо промывается водой, что почти безупречно с экологической точки зрения.

Размер и форма изделия из БЦ зависят от параметров контейнера для выращивания бактерий. В плоском контейнере гель-пленка приобретает форму листа, из которого нетрудно скроить одежду любого фасона. В круглом контейнере с концентрическими стенками она имеет форму трубки. Такой прокат можно, например, пустить на изготовление протезов кровеносных и лимфатических сосудов, пищеводов, мочеточников и трахей.

Бактерии G. xylinus под световым микроскопом. В длину около трех тысячных миллиметра — маленькая, да удаленькая.

Теперь о самом главном. Молекулы БЦ лежат строго параллельно друг другу. Поэтому образующиеся кристаллические микрофибриллы в 100 раз тоньше микрофибрилл растительной целлюлозы, то есть это структурные элементы наноуровневого размера. Микрофибриллы БЦ соединяются в лентовидные волокна толщиной в одну миллионную сантиметра. Переплетение волокон образует пористую губку, которая впитывает и долго удерживает огромное количество воды, в 200 раз больше собственного веса. Кроме того, за счет правильного расположения волокон степень кристалличности БЦ достигает 80%, и чтобы их разорвать, нужно приложить силу до нескольких килограммов на квадратный миллиметр.

Таким образом, БЦ даст много очков вперед растительной целлюлозе. На ее чудесные свойства первыми обратили внимание химики, занимающиеся растительной целлюлозой. Им пришлось заняться микробиологией, а микробиологам — помочь практически использовать своих питомцев-бактерий.

– Хотелось бы более конкретно узнать о практическом применении БЦ.

– БЦ используется в основном как медицинский материал, который характеризуется, по меньшей мере, пятью плюсами.

Первый плюс. БЦ обладает свойством биологической совместимости, то есть она не токсична, не вызывает аллергии и физического отторжения. Человеческий организм воспринимает ее как свою. Плоская гель-пленка БЦ — это идеальная повязка при пересадке кожи, лечении ран, послеоперационных швов и язв, а также гнойных воспалений, потертостей и пролежней. Мы знаем, насколько трудно и мучительно врачуются такие повреждения, а ожоги третьей степени, затрагивающие большую часть поверхности тела, чаще всего заканчиваются смертельным исходом. В клинических испытаниях установлено, что гель-пленка БЦ творит чудеса. Это прочная, но одновременно — эластичная и комфортная повязка, хорошо прилегающая к пораженному участку тела. Из нее даже можно изготовить рубашку, маску или перчатки. Гель-пленка БЦ:

— поддерживает оптимальный баланс влажности, стимулирующий заживление;

— отлично пропускает жидкости и газы;

— безболезненно наносится и так же безболезненно удаляется;

— активно насыщается лекарственными препаратами и свободно отдает их в поврежденную зону;

— сильно поглощает продукты распада тканей;

— служит почти непреодолимым физическим барьером для инфекции.

Через тонкую и прозрачную гель-пленку БЦ можно при желании наблюдать процесс заживления ткани. Особо перспективны композитные раневые покрытия, изготовленные из БЦ. С этой целью в нее включают наночастицы серебра или селена, а они обладают антимикробными, противовоспалительными и заживляющими свойствами. Такие покрытия используются для лечения ран, термических ожогов и лучевых поражений кожи.

Активная роль БЦ заключается в стимулировании регенерационных процессов. Она помогает восстановлению базальной мембраны, ускоряет эпителизацию и зарубцовывание. При ожогах третьей степени происходит почти чудо. Регенерируются дерма и базальная мембрана, поскольку фибробласты и кератиноциты проницают в поры БЦ и начинают синтезировать межклеточное вещество. При этом становится возможным осуществить тканевую инженерию — чужеродный материал служит каркасом, который заполняется дифференцированными клетками и межклеточным веществом.

Второй плюс. В предварительных опытах с животными показано, что трубчатые гель-пленки БЦ могут применяться в микрохирургии при протезировании кровеносных сосудов внутренним диаметром до 1 мм, а также при протезировании нисходящей аорты и яремной вены. Соответствующий немецкий материал получил название Бейсик. Он обладает высокой механической прочностью, эластичный, гладкий изнутри и, разумеется, биологически совместимый. Очень важно, что такие сосуды не закупориваются тромбами. Постепенно искусственный участок сосуда замещается нормальным участком за счет миграции эндотелиальных клеток, фибробластов и миоцитов.

Третий плюс. На основе гель-пленки БЦ можно восстановить суставные хрящи у больных остеоартритом, страдающих от болей в суставах и потери подвижности (только в США это ежегодно свыше миллиона человек). К повреждению хрящевой ткани приводят и травмы суставов, в том числе спортивные. Для восстановления частично разрушенного хряща или для его временной замены на искусственный используется метод тканевой инженерии. В данном случае гель-пленка БЦ служит каркасом, который заполняется хондроцитами. Они синтезируют межклеточное вещество, состоящее из коллагеновых волокон и протеогликанов. Влажные, прочные и биологически совместимые гель-пленки БЦ, а также композиты гель-пленки БЦ и синтетических полимеров превосходят всех кандидатов на эту роль (в основном это синтетические гидрогели).

Четвертый плюс. Гель-пленка БЦ может использоваться при методе контролируемой регенерации тканей, прежде всего, костной ткани. Композит гель-пленки БЦ с гидроксиапатитом имитирует межклеточное вещество нормальной костной ткани. Он играет роль барьера, который не дает рыхлой соединительной ткани встать на место утраченного или разрушенного фрагмента скелета. В то же время на него можно привить клетки костной ткани — остеоциты, и они будут там размножаться. Сходным образом гель-пленка БЦ действует при лечении парадонтоза, а также при сращивании концов поврежденного нерва.

Пятый плюс. Благодаря тому, что БЦ обладает большой поглотительной способностью, она может использоваться в диетологии в качестве носителя добавок для сбалансированного питания. Наконец, известно, что полезно употреблять в пищу растительные волокна, они стимулируют пищеварение и действуют в качестве адсорбента. Диетические свойства БЦ в этом отношении выше, чем чистой растительной целлюлозы.

Если ценность БЦ для медицины и диетологии в первую очередь определяется ее поглотительной способностью и биологической совместимостью, то техника делает ставку на такие свойства этого материала, как упорядоченное строение и прочность. В частности, БЦ может использоваться для приготовления особых сортов бумаги и акустических диафрагм. После осаждения на ней металлов она может использоваться в качестве электродов для водородных топливных элементов. Таким образом, БЦ может послужить и энергетике XXI века.

Если заглянуть дальше и глубже, то БЦ может найти применение в биотехнологии в качестве матрицы для иммобилизации ферментов, а также в приборостроении при изготовлении мембран для биологических датчиков. Наконец, связанные с атомами или ионами металлов, а также химически модифицированные микрофибриллы БЦ могут использоваться в нанотехнологии в качестве микроскопических электропроводов.

– Теперь — о коммерческой стороне вопроса?

– Здесь не все проходит гладко. Еще начале

1980-х годов американская фармацевтическая фирма Джонсон&Джонсон предложила использовать пленки БЦ для лечения поверхностных ран. Но она потерпела фиаско при попытке наладить крупномасштабное культивирование G.xylinus. Бразильская биотехнологическая фирма «Биофил» самостоятельно разработала и стала производить гель-пленки «Биофил» и «Биопроцесс» для лечения ожогов и язв, а также гель-пленку «Джинджифлекс» против парадонтоза. В середине 1990-х годов в Техническом университете Лодзи (Польша) были созданы влажные перевязочные материалы на основе БЦ, однако до рынка они не добрались. Похожая судьба пришлась на долю отечественного препарата «Бакцеласепт». Зато американская корпорация «Ксилос» приобрела в 1996 г. патент фирмы «Джонсон&Джонсон» и, начиная с 2003 г., промышленно выпускает влажный перевязочный материал «Иксцелл».

БЦ выходит на мировой рынок и как материал немедицинского назначения. С начала 1990-х годов японский промышленный гигант «Сони» производит акустические генераторы, где в роли мембраны громкоговорителей и микрофонов выступают сухие пленки БЦ. Они дают широкий диапазон воспроизводимых частот, обеспечивают высокую чувствительность или мощность. В конце 1990-х годов крупные американские компании «Цетус» и «Вейерхойзер» совместно разработали метод глубинного культивирования G.xylinus для получения пульпы БЦ под названием «Целлулон». Американская компания «Келко» приобрела у них патент и теперь выпускает продукт «Примацелл», используемый в качестве пищевого наполнителя и стабилизатора. И, наконец, курьезный пример. Японская фирма «Мицубиси Пейпер Миллз» добавляет БЦ в бумагу, используемую для изготовления молитвенников.

Перечень коммерческих продуктов на основе БЦ пока что ограничивается перечисленными примерами. Но, судя по большому количеству проектов, изучение и внедрение БЦ развивается стремительными темпами. Потенциальная емкость рынка БЦ оценивается в миллиарды долларов, и скоро на нем должно появиться много новых игроков. Однако среди производителей БЦ и участников маркетинга этого продукта мы не назовем россиян.

– Какая судьба ждет БЦ в России? Что сделано и что запланировано?

– Изучение БЦ и ее внедрение в нашей стране — пример тернистого пути от научных поисков до практического использования их плодов (еще Луи Пастер говорил, что наука не делится на фундаментальную и прикладную; существует фундаментальная наука и ее практические приложения).

Растительной целлюлозой давно и плодотворно занимается научная школа члена-корреспондента РАН С.Н.Данилова, который в бытность заведующим кафедрой строения органических и высокомолекулярных соединений Ленинградского университета принял участие в организации Института высокомолекулярных соединений АН СССР (ныне ИВС РАН) и в 1950—1960 гг. был его директором. Питомцем этой школы является один из героев нашего рассказа, ведущий специалист по целлюлозе А.К.Хрипунов. Он был знаком с БЦ еще с начала 1960-х годов, однако приступил к изучению ее биосинтеза, свойств и применения только в 1980-е годы. Стимулом для этих работ была необходимость получения чистой целлюлозы экологически более приемлемым методом, чем из сырья растительного происхождения. С началом перестройки работы по БЦ едва не заглохли, но мало-помалу ценные свойства БЦ привлекли внимание специалистов в разных областях физической химии полимеров, а следом за ними — медиков, акустиков и технологов разных специальностей.

А.К.Хрипунов «заразил» БЦ своих коллег по ИВС РАН — в первую очередь, члена-корреспондента РАН Е.Ф. Панарина, создателя оригинальных антисептиков катапола, повиаргола и селенопола (итогом их встраивания в матрицу БЦ стало универсальное средство для лечения ожоговых, лучевых и механических повреждений). Большой вклад внесли член-корреспондент РАН В.Н.Цветков, доктора физико-математических наук О.В.Каллистов и Л.А.Лайус, а также кандидаты физико-математических наук Ю.Г.Баклагина, С.В.Бушин, С.В.Гладченко и С.И.Кленин.

Еще помогла кооперация с институтами, где велись исследования слоистой наномолекулярной организации полимеров по методу Ленгмюра—Блоджетт. Щедрые плоды принесло сотрудничество с такими крупными специалистами, как доктора физико-математических наук В.В.Волков, В.В.Клечковская и Л.А.Фейгин (Институт кристаллографии РАН), а также с сотрудниками Ботанического и Зоологического институтов РАН, Института проблем химической физики РАН, Института цитологии РАН, Института химических наук в Казахстане, Центра по электронной микроскопии в Швейцарии, Военно-Медицинской академии и Медицинской академии последипломного образования. Чтобы внедрить в практику этот уникальный полимер, нужно переналадить уже существующие технологии, а это совсем не просто. Перспективой использования великолепных свойств БЦ увлеклись Лесотехническая академия, Федеральный центр консервации библиотечных фондов при Российской Национальной библиотеке и многие другие учреждения.

Изучение БЦ имеет давние и глубокие корни и на кафедре микробиологии СПбГУ, ведущего центра в области фундаментальной микробиологии на Северо-Западе России. Уксуснокислые бактерии служили ключевым объектом в научной работе и учебном процессе еще с начала 1950-х годов. На основе результатов своих исследований представители школы профессора З.Г.Разумовской разработали практические рекомендации по получению пищевого уксуса и аскорбиновой кислоты. В поле их исследований попал биосинтез внеклеточного полимера — левана (полимера фруктозы), но время БЦ тогда еще не пришло.

Только в начале 1990-х годов БЦ всерьез привлекла внимание старшего преподавателя А.А.Ткаченко. Талантливый микробиолог, она со студенческой скамьи занимается уксуснокислыми бактериями и в настоящее время является самым авторитетным отечественным специалистом в области изучения их физиологии. Она выделила из растительных соков и плодов ряд штаммов G. xylinus, которые при росте в жидкой среде дают поверхностную пленку химически чистой БЦ. Вместе со своими учениками она изучает физиологические свойства этих микроорганизмов, а также условия, в которых лучше всего образуется БЦ.

Поиски партнера среди микробиологов привели А.К.Хрипунова на кафедру микробиологии СПбГУ, где он смог познакомиться с разработками А.А.Ткаченко. Так возникла новая платформа для сотрудничества академии и университета, а ноу-хау химика помножилось на ноу-хау микробиолога.

Творческий союз представителей обеих естественных наук, а также медиков и инженеров принес ливень публикаций. В последние годы XX в. были получены два патента РФ на изобретение состава питательной среды для синтеза БЦ. Штаммы-продуценты БЦ являются собственностью СПбГУ и под паспортными номерами входят в коллекцию живых культур Биологического НИИ (CALU), созданную членом-корреспондентом РАН Б.В.Громовым. Разработан полупроизводственный метод получения БЦ, получены композитные материалы на ее основе, проведены клинические испытания медицинских гель-пленок, изготовлены прототипы технических приспособлений на основе сухих мембран из БЦ.

В настоящее время проект БЦ включен в программу Наукограда. В случае успеха это заложит основу для ее коммерческого производства в нашей стране.

Однако пути БЦ неисповедимы. К сожалению, приходится произносить банальности — многое зависит от государственной экономической политики, инвестиционного климата, а также сбережения старых и подготовки новых кадров. Для продвижения БЦ на рынок необходимо объединить усилия химиков, микробиологов и клиницистов. На определенном этапе к делу должны подключиться инженеры и техники, патентоведы, специалисты по лицензированию и маркетингу. Наукоград дает шанс БЦ. Грех им не вопользоваться!

Роль микробиологов видится в дальнейшем “приручении” главного исполнителя, G. xylinus. Необходимо заставить его работать быстро, дешево и по нашим чертежам. Исходная задача, подбор «дикого» штамма-продуцента и условий образования БЦ уже решена. Повторяется история с пенициллином — в середины 1940-х годов пришлось преодолеть путь от собирания этого антибиотика, буквально по крупицам, в стеклянных бутылях до получения концентрированного раствора в тысячелитровых стальных ферментерах. Чтобы повысить и без того ценные качества БЦ, необходимо научиться генетически контролировать степень полимеризации и кристалличности, а также размер и форму микрофибрилл и их агрегатов.

Есть особая проблема, вытекающая из специфики технологии получения гель-пленки БЦ. Она образуется в спокойных условиях, без перемешивания среды, что похоже на созревание качественного вина или сыра. Такой экстенсивный процесс экономически невыгоден — биотехнологи обычно сжимают производственный цикл путем создания однородных условий за счет перемешивания. Но… нет худа без добра. В неспокойных условиях образуется каша из БЦ, причем в зависимости от быстроты перемешивания она состоит либо из тяжей, либо из мицелл. Такая БЦ обладает уже другими, по-своему ценными свойствами. Например, это великолепный загуститель и адсорбент.

Наконец, чтобы уксуснокислые бактерии синтезировали БЦ, им обычно скармливают сахар. Вообще-то это недешевое сырье, и поэтому стоимость килограмма БЦ в расчете на сухое вещество составляет около 30$. Гораздо выгоднее использовать дешевые источники углерода — промышленные гидролизаты древесины или торфа, патоку и отходы кондитерской промышленности (именно в этом суть патентов, полученных СПбГУ). Можно действовать и радикально — заставить работать бактерии, самостоятельно синтезирующие сахара. В частности, есть идея опробовать в этой роли цианобактерии, которые растут на дешевой минеральной среде за счет энергии света.

– Ясно, что будущее БЦ — в руках специалистов в области микробиологии, биотехнологии и нанотехнологии. Осуществляется ли их подготовка по этому профилю в университете?

– Считайте, что мы находимся в самом начале пути. Бактерии — бактериями, однако все решают людские ресурсы. Многие годы небольшая, но сплоченная команда сотрудников кафедры справляется с задачей подготовки специалистов-микробиологов, ориентированных на решение и фундаментальных, и практических задач. БЦ — лишь одна из них.

Отрадно, что кафедра привлекает студентов. Но это также ко многому обязывает. Усилия, предпринимаемые профессорско-преподавательским коллективом для ее развития, находят поддержку у руководства факультета и ПУНКа, прежде всего декана, профессора И.А.Горлинского и директора БиНИИ профессора Д.В.Осипова. Многое зависит от межкафедральных связей в рамках нового учебного плана, разработка которого полным ходом идет на биолого-почвенном факультете. Большая надежда на программы повышения квалификации, послевузовские образовательные и инновационные программы.

Хотя наш рассказ заканчивается на оптимистической ноте, не будем благодушествовать и вспомним восточную мудрость, которая гласит: ДОРОГУ ОСИЛИТ ИДУЩИЙ.  

Редакция журнала «СПбУ» благодарит профессора А.В.Пиневича
за всестороннее участие в подготовке публикации.
Фото Сергея Ушакова

© Журнал «Санкт-Петербургский университет», 1995-2007 Дизайн и сопровождение: Сергей Ушаков