| 16. |
Аннотация |
Морские организмы представляют собой превосходный источник инновационных соединений с огромным потенциалом для разработки новых продуктов фармацевтического, пищевого и сельскохозяйственного назначения. Хотя морские виды известны в традиционной медицине разных стран [da Nobrega Alves, 2006; Gopal et al., 2008; Chatterji et al., 2010; Bordbar et al., 2011; Fu et al., 2016; Khotimchenko, 2018; Хотимченко, 2018], ограниченное количество препаратов морского происхождения (таких как рыбий жир, глюкозамин, сульфат протамина) уже давно используется в официальной медицине [The British Pharmacopoeia, 2014; Prokopov et al., 2019; European Pharmacopoeia, 2020]. Последние годы отмечены быстрым ростом открытий новых молекул морского происхождения и изучения их фармакологической активности [Blunt et al., 2016; 2017; 2018; Carroll et al., 2019; 2020]. В последние десятилетия из морских организмов были выделены уникальные соединения, которые проявляют широкий спектр биологической активности: противоаллергическое, антиатеросклеротическое, антибактериальное, противоопухолевое, антикоагулянтное, антидиабетическое, противогрибковое, антигиперлипидемическое, гипотензивное, противовоспалительное, антиоксидантное, противовирусное и др. кардиопротекторный, иммуноадъювантный, гипохолестеринемический и др. [Proksch et al., 2010; Lindequist, 2016; Fedoreyev et al., 2018; Shikov et al., 2018; Katanaev et al., 2019; Cao et al., 2020; Kuznetsova et al., 2020; Landon et al., 2020; Mayer et al., 2020; Bian et al., 2020]. Изучение возможности получения биопрепаратов и функциональных продуктов питания (ФПП) из гидробионтов – активно развивающаяся область морской биотехнологии, как в нашей стране, так и за рубежом. Основными целевыми компонентами переработки гидробионтов являются: полисахариды, стероиды (стерины, гормоны), изопреноидные соединения (каротиноиды, витамины А, Д, и др.), флоротаннины, пептиды и др. Изучение фармакологической активности БАВ водорослей позволило установить их высокую эффективность для лечения целого ряда социально значимых болезней [Natural products from marine algae, 2015]. Нашими исследованиями установлено, что антикоагулянтная активность фукоидана из фукуса Баренцева моря при пероральном применении превышает таковую у фукоиданов из фукусов тихоокеанского региона [Облучинская Е.Д., и др., 2015, 2020; Pozharitskaya O.N., et al. 2018, 2019, 2020]. Уникальный видовой и химический состав морских водорослей Баренцева и Белого морей подтвержден многочисленными исследованиями, в том числе и проводимыми в последние годы группой исследователей в ММБИ КНЦ РАН [Боголицин и др., 2018, 2019, 2020; Ткач, Облучинская, 2017; Облучинская, Клиндух, 2018; Клиндух, 2018; Подкорытова и др., 2020; Obluchinskaya, 2020]. Морские бурые водоросли имеют широкое распространение и большие запасы в пределах литоральных зон Баренцева и Белого моря, при этом их добыча не превышает 5–7% от разрешенных количеств, а переработка в промышленных масштабах осуществляется только Архангельским водорослевым комбинатом по технологиям 70-х годов прошлого века. Энергозатратными и неэкологичными способами перерабатывают только два вида ламинариевых водорослей с получением маннита и альгината натрия [https://vodoroslionline.ru/category/farmatsevticheskie-substantsii/]. Вместе с тем насыщенность рынка в направлении спроса на препараты водорослевого происхождения в нашей стране по данным финансовых аналитиков составляет не более 1% [Маркетинговое исследование рынка морских водорослей в России 2013-2017гг., прогноз до 2022 г. 2018]. Необходимость развития глубокой переработки гидробионтов обусловлена рядом факторов, среди которых: наличие зависимости от импорта продуктов переработки водорослей и других гидробионтов с высокой добавленной стоимостью, потенциальных возможностей для выхода на международные рынки при должном уровне развития внутреннего производства продуктов их глубокой переработки и удовлетворении внутреннего спроса на данную продукцию, включая высокоочищенный фукоидан, ламинаран, маннитол и пр., стимулирование внутреннего спроса на гидробионты и расширение каналов их использования, наличие резервов расширения сырьевой базы производства гидробионтов. Традиционные способы извлечения БАВ из сырья природного происхождения, как правило, малоэффективны, т.к. не обеспечивают достаточную полноту истощения сырья, характеризуются высокой длительностью, непродуктивными затратами подведенной энергии и применением токсичных или легко летучих воспламеняющихся жидкостей. Количество отходов в виде отработанной биомассы составляют 50–70%. Актуальной проблемой является глубокая переработка водорослей и беспозвоночных, позволяющая наиболее полно использовать их потенциал, с внедрением принципов экологически дружелюбных технологий переработки гидробионтов Арктики “зелёных технологий” [Chemat, F., et al. 2012]. Основными преимуществами “зелёных технологий” являются: снижение негативного воздействия на окружающую среду путём сокращения объёмов потребляемых ресурсов; уменьшение количества отходов вплоть до их полного возврата в производство посредством глубокой переработки; использование в производственных процессах механизмов и принципов, «работающих» в природе; повышение энергоэффективности производства; улучшение свойств материалов с позиции экологической безопасности. Таким образом, разработка научно обоснованных методологических принципов создания инновационных "зелёных" технологий гидробионтов, критериев оценки их качества, безопасности и эффективности представляет собой в совокупности актуальную проблему, решение которой необходимо поводить в сочетании с научным обоснованием взаимосвязи их структурных и количественных характеристик с биологической активностью. Научная новизна планируемого исследования заключается в выявлении сезонных, онтогенетических и видоспецифических факторов, которые влияют на содержание, структуру и состав метаболитов гидробионтов, и является фундаментальной основой для понимания их потенциальной биологической активности.
Цель исследования – использование инновационных технологий получения биологически активных веществ (БАВ) из гидробионтов Арктики и отходов их переработки с получением новых продуктов фармацевтического, пищевого и сельскохозяйственного назначения с добавленной стоимостью и утилизации отходов.
В ходе исследования предполагается решить следующие задачи.
1) Изучение биохимических характеристик водорослей и беспозвоночных Арктики с выявлением параметров, влияющих на содержание БАВ: факторы среды, влияние стресса, онтогенеза, способы и сроки хранения. 2) Поиск и оценка новых экстрагентов и технологических методов получения БАВ из водорослей и беспозвоночных морей Арктики как основа для их переработки. Впервые в мире будут исследованы извлекающая способность и селективность и эвтектических жидкостей – экологически чистых биоразлагаемых растворителей, в отношении БАВ водорослей, что позволит перейти на новый принципиально иной уровень в переработке водорослевого сырья. Будут созданы «зеленые» биотехнологии ФПП из водорослей и беспозвоночных, а также лечебно-профилактических средств, биостимуляторов роста растений. Для замещения традиционных химических производств при получении БАВ и продуктов на их основе из водорослей и беспозвоночных будут научно обоснованы и применены биотехнологические подходы с применением ферментативных преобразований целевых компонентов, а также методов и принципов "зеленых" технологий (микроволновой, ультразвуковой экстракции, эвтектических и ионных растворителей). 3) Разработка методологических подходов к созданию современных средств на основе глубокой переработки гидробионтов. На основании проведенных экспериментальных исследований установить закономерности экстракции "зелёными" растворителями с использованием интенсивных биотехнологических подходов (ауто- и ферментативный гидролиз, кавитационная и микроволновая экстракция), рассматривая его как сложный технологический процесс. Теоретически обосновать и экспериментально подтвердить уравнения, описывающие процесс экстрагирования сырья для прогнозирования оптимальных условий, позволяющими выделять 5–7 целевых БАВ в едином технологическом цикле. Будут установлены основные биотехнологические факторы, приводящие к получению новых препаратов из гидробионтов с уникальными свойствами при одновременном снижении антропогенной нагрузки на окружающую среду. 4) Создание на основе разработанной технологии глубокой переработки гидробионтов Арктики продуктов с добавленной стоимостью: ФПП, препаратов превентивной медицины, лекарственных средств. Разработка технологий готовых продуктов, позволяющих сохранить максимальный комплекс БАВ в их природном соотношении в сырье, с одновременным повышением биодоступности, стабильности и биологической активности новых пищевых продуктов и биопрепаратов. 5) Изучение биологической активности получаемых очищенных субстанций и функциональных пищевых продуктов фармакологическими, микробиологическими и токсикологическими методами. Внедрение новых технологических приемов для получения биопрепаратов невозможно без изучения их биологической активности, а также исследования способа введения активных субстанций в организм человека, и выбора вспомогательных веществ. В связи с этим совместно с фармакологами, микробиологами будут получены данные о биологической активности новых субстанций и биопрепаратов, их стабильности и биодоступности.
Предполагаемые результаты: Будут получены новые данные о биохимическом составе и структурных характеристиках БАВ водорослей и беспозвоночных Арктического региона, связанных с особенностями произрастания в высоких широтах. Установлена взаимосвязь способов предварительной обработки сырья и его фитохимического состава с оценкой факторов, оказывающих влияние на этапе заготовки водорослей. Возможная практическая значимость: Полученные данные будут основой для разработки методологии освоения биоресурсов прибрежных акваторий российской Арктики. Будет получен научно-технологический задел для рациональной переработки гидробионтов Арктики. |