БІОТЕХНОЛОГІЇ

Інституту молекулярної біології і генетики НАН України

Ідентифікація пухлино-асоційованих антигенів для новітніх імунохімічних методів діагностики та лікування раку (В. В. Філоненко, д.б.н., професор)

Основою для створення сучасних протипухлинних вакцин та специфічних протипухлинних антитіл є пухлино-асоційовані антигени (ПАА).

Застосування технології SEREX (серологічної ідентифікації пухлино-асоційованих антигенів) дозволило ідентифікувати понад 60 пухлино-асоційованих антигенів меланоми, раку кишечника, щитоподібної та молочної залоз. Зазначені антигени в майбутньому можуть бути використаними для створення протипухлинних антитіл людини з наступним застосуванням у клінічній практиці для лікування онкологічних захворювань.

Наразі вже отримано цілу низку моноклональних антитіл проти ПАА та сигнальних молекул, що зазнають суттєвих змін у процесі злоякісної трансформації клітини, а саме антитіла проти: S6K1, S6K2, TSC1, TSC2, Ki67, PTEN, mTOR, CK2, FGFR1, FGFR3. Вказані антитіла придатні для детального діагностування та прогнозування перебігу онкологічних захворювань методами імуногістохімічного та серологічного аналізу.

Широкомасштабний пошук біомаркерів епітеліальних пухлин. Розробка різноманітних діагностичних та прогностичних методів вивчення пухлин (А. В. Риндич, д.б.н., професор, член-кор. НАН України)

Зміни у рівні позаклітинних ДНК, що циркулюють у сироватці чи плазмі крові, пов'язують із наявністю та розвитком пухлин. Крім того, позаклітинні ДНК містять генетичні та епігенетичні зміни, властиві пухлинним ДНК, тому їх вивчення дозволяє встановити пухлино-специфічні сигнатури, включаючи метилювання генів у сироватці крові пацієнтів. Значимість позаклітинних ДНК як онкомаркерів оцінюється за допомогою порівняння їх концентрації в онкохворих та здорових донорів і визначення гіперметилювання пухлино-асоційованих генів плазми.

Також ми проводимо дослідження експресії та функції можливого прогностичного маркера раку молочної залози – інтерсектину 2 (ITSN2). Інтерсектин 2 було запропоновано для діагностичних тестів з метою прогнозування перебігу захворювання після хірургічного втручання з приводу раку молочної залози та хіміотерапії на основі ЦМФ. Ми проводимо аналіз профілів експресії ізоформ ITSN2, які утворюються внаслідок альтернативного сплайсингу, у різних груп пацієнтів, хворих на рак молочної залози, та досліджуємо складну взаємодію адаптерного протеїну ITSN2 з білками-партнерами. Результати, отримані протягом цього проекту, дозволяють поглибити розуміння механізмів розвитку пухлин та сприяють підтвердженню інтерсектину 2 в якості прогностичного маркера раку молочної залози з подальшим використанням у клінічній практиці.

Від високоефективного аналізу – до створення набору онкомаркерів для діагностики різних епітеліальних пухлин (В. І. Кашуба, д.б.н., с.н.с.)

У відділі молекулярної онкогенетики створено мікроматричний модуль для розробки та застосування ДНК-мікрочипів. У рамках спільних досліджень з Каролінським інститутом (Стокгольм, Швеція) розроблено технологію NotI-мікрочипів, яка дозволяє проводити глобальний пошук генетичних та епігенетичних змін у генах 3-ї хромосоми пухлин епітеліального походження. Основними перевагами технології є одночасне виявлення генетичних (делеції чи ампліфікації) та епігенетичних (метилювання чи деметилювання) змін. У цій роботі ми розширили використання NotI-мікрочипів від сканування однієї хромосоми до цілого геному «гарячих точок» – генів, що демонструють змінену експресію у пухлинах епітеліального походження (нирки, простата, товста кишка, тощо). Ми використовували процедуру подвійного сканування, що включає в себе міжплатформовий аналіз експресії генів з наступною локалізацією NotI-ділянок у геномі людини. Такий метод дозволяє нам виділяти гени, що використовуються для розробки NotI-мікрочипів з метою профілювання гарячих точок у пухлинах епітеліального походження. Наступним кроком у застосуванні вибраного набору генів є розробка панелі для визначення епітеліальних пухлин шляхом встановлення нуклеїнових маркерів у рідинах тіла.

Розробка методів комплексної молекулярної діагностики хронічної мієлоїдної лейкемії і гострого лімфобластного лейкозу на основі ПЛР та специфічних поліклональних антитіл (С. С. Малюта, д.б.н., професор, чл.-кор. НАН України; Г. Д. Телегєєв, д.б.н., с.н.с.)

Метод було апробовано на більш ніж 200 пацієнтах з різних регіонів України за направленнями Інституту гематології та трансфузіології Міністерства охорони здоров'я України та обласних гематологічних відділень. Метод давав повну кореляцію з іншими діагностичними методами та забезпечував високу чутливість (10–4–10–5 виявлення трансформованих клітин). Цей метод дозволяє виявити характер перебудови та повністю виключити хибний негативний результат, що надзвичайно важливо для прогнозу протікання хвороби та опрацювання протоколів терапії.

Ідентифікація змін у транскриптомах та виявлення «сигнатур» для класифікації та діагностики пухлин головного мозку (В. М. Кавсан, д.б.н., професор, член-кор. НАН України)

Виявлення змін експресії генів, що можуть слугувати для діагностичної та прогностичної оцінки гліальних пухлин, на основі результатів мікроарейного аналізу та серійного аналізу генної експресії (SAGE) за використання різних статистичних методів, зокрема, штучної нейронної сітки. Використання генів, обраних за критерієм придатності для прогностичної оцінки, дозволить визначити сигнатури генної експресії для молекулярного типування гліальних пухлин та прогностичної оцінки цієї нищівної хвороби.

Використання нанокон'югатів природних біополімерів з антисенс-олігонуклеотидами та антитілами для інгібування гліальних пухлин (В. М. Кавсан, д.б.н., член-кор. НАН України)

Розробка нових поліфункціональних нанокон'югатів зі специфічним націлюванням на окремі протеїни, підвищений рівень виробництва яких пов'язаний з проліферативними та ангіогенними властивостями клітин пухлини. Малі інтерферуючі РНК (siRNA) або морфоліно-антисенс-олігонуклеотиди до CHI3L1 та VEGF мРНК, а також антагоністи брадикініну або азолідінону та відомий протипухлинний хіміотерапевтичний засіб темозоломід у різних поєднаннях будуть застосовані до полімерної матриці, полімалеїнової кислоти (PMLA). Носій препарату містить антитіла проти рецептора трансферину (TfR) для потрапляння в клітини пухлин та дисульфідні зв'язки, що є стабільними у кровотоці та ендосомах/лізосомах, але розщеплюються глутатіоном у цитоплазмі природним шляхом.

Позаклітинні ДНК плазми як діагностичний та прогностичний засіб вивчення раку нирок, товстої кишки та метастатичної увеальної меланоми (І. Я. Скрипкіна, к.б.н. с.н.с.)

Досліджується можливість використання позаклітинних ДНК плазми крові в якості важливого джерела інформації для виявлення статусу метилювання наборів генів-онкосупресорів, пухлино-специфічних мутацій та рівнів концентрації позаклітинних ДНК з метою ранньої діагностики онкологічних захворювань. У розробці діагностичних систем на основі позаклітинних ДНК використовуються методи ефективного виділення позаклітинних ДНК з плазми та оцінка їх концентрації за допомогою кількісного ПЛР-аналізу, встановлення статусу метилювання CpG-острівців обраних генів, пов'язаних з розвитком раку нирок та товстої кишки, а також визначення мутацій, характерних для метастатичної увеальної меланоми, за допомогою ПЛР та секвенування фрагментів, характерних для деяких генів, пов'язаних з цим захворюванням. Перевагами таких систем є висока чутливість та специфічність завдяки використанню великої кількості генів-онкомаркерів, можливість використання системи для ранньої діагностики онкозахворювань, неінвазивний метод відбору зразків, доступна вартість обладнання.

Створення і функціонування лабораторного модуля для виготовлення і застосування мікрочипів (В.І. Кашуба, д.б.н., с.н.с.)

  • Діагностика різних патологій, зокрема, злоякісних пухлин
  • Рання діагностика пухлин різного походження
  • Прогнозування розвитку онкологічних захворювань і вдосконалення терапевтичних заходів
  • Діагностика патогенних мікроорганізмів.

Тест системи для генної діагностики деяких спадкових захворювань і спадкової схильності до розвитку масових патологій (Л. А. Лівшиць, д.б.н., професор)

Розробляються діагностичні методики та окремі компоненти тест-систем для ДНК-аналізу мутантних генів, що спричиняють розвиток найпоширеніших моногенних спадкових захворювань в Україні (муковісцидоз, фенілкетонурія, спінальна м'язова атрофія, м'язова дистрофія Дюшена, синдром ламкої Х-хромосоми, гемофілія А, хорея Гентінгтона, спадковий гемохроматоз, мотосенсорна нейропатія Шарко-Марі-Тус, дистрофії строми рогівки, макулодістрофія Штаргардта), спадкову схильність до масових патологій (серцево-судинних, репродуктивних, запальних, ендокринних) та генетично зумовлених форм чоловічого (азооспермія, олігоспермія) і жіночого (передчасне виснаження яєчників) безпліддя. Діагностичні тест-системи можуть бути використані для генетичного тестування, яке проводиться під час пренатальної діагностики, пресимптоматичної діагностики, для уточнення діагнозу та селективного і масового скринінгу гетерозиготних носіїв у групах високого ризику та в загальній популяції. Результати генетичного тестування є необхідною передумовою профілактики та чітко визначеного лікування з метою поліпшення демографічної ситуації в Україні.

Перелік установ, в яких для клінічної діагностики пацієнтів з муковісцидозом, фенілкетонурією синдромом Мартіна-Белла, спадковим гемохроматозом та пов'язаними з ним вторинними патологіями, хореєю Гентінгтона, мотосенсорною нейропатією Шарко-Марі-Тус, дистрофіями строми рогівки, генетично зумовленими формами чоловічого та жіночого безпліддя, було застосовано розроблені методи ДНК-аналізу: установи Національної академії медичних наук України – Інститут педіатрії, акушерства та гінекології, Науковий центр радіаційної медицини, Інститут нейрохірургії, Інститут медицини праці, Інститут очних хвороб і тканинної терапії ім. В. П. Філатова, Інститут спадкової патології (м. Львів), а також: Кримський республіканський центр медичної генетики та репродукції людини (м. Сімферополь), Український центр діагностики та лікування муковісцидозу (м. Одеса), міжобласні медико-генетичні центри: Київський, Донецький, Харківський, Одеський, Криворізький, обласні медико-генетичні консультації: Тернопільська, Рівненська, Полтавська, Хмельницька, Вінницька, Волинська, Івано-Франківська, Чернігівська, Закарпатська, Луганська; клініка «Ісіда-IVF» (Київ).

Створено лабораторні зразки тест-систем із застосуванням ДНК-аналізу для діагностики наступних спадкових моногенних захворювань: муковісцидоз, фенілкетонурія, спінальна м'язова атрофія, синдром Мартіна-Белла та гемохроматоз.

Отримано патент на корисну модель №64654 «Метод ДНК-діагностування мутації DF508 гену трансмембранного регулятора муковісцидозу (CFTR)» (О. О. Соловйов, С. А. Кравченко, Л. А. Лівшиць, власник патенту – ІМБГ НАН України, №u201105507, публ. 10.11.2011, бюл. № 21).

Відкриття просторової структури препаратів проти патогенних бактерій (М. А. Тукало, д.б.н., професор, член-кор. НАН України)

Ми використовуємо відмінності між ферментами людини та прокаріотів для розробки специфічних інгібіторів, які можуть слугувати потенційними ліками проти Mycobacterium tuberculosis, Enterococcus faecalis та Streptococcus pneumonia. Основою стратегії пошуку антибактеріальних сполук є поєднання рентгеноструктурного аналізу білка-мішені, комп'ютерного моделювання взаємодії низькомолекулярних лігандів з цільовим білком та методів синтезу комбінаторної хімії.

З використанням технології гнучкого докінгу проведено віртуальний скринінг бібліотеки із 100000 хімічних сполук (відділу медичної хімії), і після in vitro та in vivo біологічного скринінгу було відібрано декілька інгібіторів лейцил-тРНК синтетази M. Tuberculosis, які мають антитуберкульозну активність.

Отримання нового антиангіогенного цитокіну сендомап – С-модуля тирозил-тРНК синтетази (О. І. Корнелюк, д.б.н., професор, член-кор. НАН України)

Створено та протестовано in vitro новий біотехнологічний продукт – цитокін сендомап. Бактеріальна система експресії та очищення цитокіну сендомап дозволяє отримати рекомбінантний білок у препаративних кількостях – близько 10 мг продукту з 1 літру бактеріальної культури. Цитокін сендомап може бути широко використаний як медіатор прокоагулянтної та антиангіогенної дії, індуктор апоптозу та, у перспективі, як можливий протипухлинний препарат у клінічній онкології.

Розробка та впровадження нового мультиплексного ПЛР-тесту для швидкого скринінгу наявності стафілококів та резистентності до метициліну у пацієнтів лікарняних закладів з ознаками сепсису (О. В. Мошинець, к.б.н., н.с.)

На сьогоднішній день сепсис та його наслідки є значною проблемою лікарняної практики. Сепсис – це потенційно небезпечний медичний стан, ознаками якого є запальна реакція всього тіла (так звана системна запальна відповідь), спричинена серйозною інфекцією. Ідентифікація сепсису на ранній стадії та його ефективне лікування є особливо важливими для деяких груп пацієнтів, включаючи новонароджених, онкохворих та пацієнтів реанімаційних відділень. Успіх лікування залежить від визначення збудника сепсису та його резистентності до антибіотиків на ранній стадії захворювання. Бактерії роду Staphylococcus є основним грам-позитивним збудником сепсису, на який приходиться близько 50% випадків сепсису та гнійно-запальних хвороб в Україні. Близько 70% стафілококів в Україні мають резистентність до метициліну, обумовлену хромосомною касетою mec (SCCmec), що кодує mecA ген резистентності до бета-лактамних антибіотиків. Саме тому в Україні існує нагальна потреба створення та застосування у клінічній практиці швидких тестів для ідентифікації стафілококів та резистентності до метициліну на ранній стадії захворювання. Колекцію із сорока клінічних ізолятів бактерій отриманих від пацієнтів Інституту травматології та ортопедії Національної академії медичних наук України та ідентифікованих як Staphylococcus spp. було використано у дослідженні ефективністі двох ПЛР-систем для ідентифікації Staphylococcus spp. та чотирьох ПЛР-систем для визначення наявності генетичної резистентності до метициліну у стафілококів. Результати роботи були використані для розробки та застосування нового «домашнього» (“in hous”) мультиплексного ПЛР-тесту з метою безпосереднього одночасного виявлення Staphylococcus ssp. та резистентності до метициліну.

Молекулярне моделювання та створення ліків: розробка інгібіторів протеїнкінази (С. М. Ярмолюк, д.х.н., професор)

Сучасні технології розробки ліків починаються з ідентифікації біологічної молекули-мішені (ДНК чи, у більшості випадків, ферменту), що бере участь у розвитку певної хвороби. Змінюючи активність відповідної мішені за допомогою органічних сполук, можна попередити або вилікувати низку патологічних змін. Серед усіх родин білків людини протеїнкінази мають чи не найбільше значення для медико-біологічних досліджень.

Протеїнкінази складають щонайменше 2% людського геному і забезпечуть реалізацію одного з найбільш фундаментальних механізмів внутрішньоклітинного сигналінгу – фосфорилювання. Порушення активності кіназ є значним фактором у розвитку багатьох захворювань, особливо при запальному процесі та змінах проліферації. Таким чином, протеїнкінази є привабливими об’єктами для розробки лікарських препаратів.

Метою запропонованого роботи є розробка інгібіторів протеїнкіназ на основі поєднання технологій комп’ютерного моделювання, цільового органічного синтезу та біохімічного скринінгу in vitro. Основні етапи:

  • віртуальний скринінг комбінаторних бібліотек з використанням програм докінгу молекулярної динаміки та моделювання за гомологією (за необхідності)
  • хімічний синтез найбільш перспективних сполук
  • тестування синтезованих сполук in vitro та QSAR аналіз
  • ідентифікація пріоритетної базової структури (лідерної сполуки)
  • оптимізація лідерної сполуки.

Протягом року нами було проведено розробку інгібіторів протеїнкінази СК2. Наразі у нашому відділі було ідентифіковано 3 пріоритетні лідерні сполуки зі значенням IC50 до 10–7 М, на даному етапі проводиться їхня оптимізація.

Інгібітори теломерази на основі специфічних лігандів квадруплексних ДНК (І. Я. Дубей, д.х.н., с.н.с.)

Теломерна ДНК та теломераза зараз вважаються перспективними мішенями для терапії раку. Теломери – багаті гуаніном послідовності ДНК, локалізовані на кінцях хромосом і здатні утворювати специфічні квадруплексні структури, побудовані зі стопок G-квартетів. Для пухлинних клітин характерний високий рівень експресії ферменту теломерази, відповідального за підтримання довжини теломер, тоді як нормальні клітини позбавлені теломеразної активності. Малі молекули, що специфічно зв’язуються з квадруплексними структурами теломерної ДНК, здатні інгібувати теломеразу в ракових клітинах і за рахунок цього виявляють протипухлинні властивості. Нами отримано серію нових катіонних похідних порфіринів, їхніх металокомплексів та кон’югатів, що ефективно зв’язуються з G-квадруплексами. Показано, що деякі з цих сполук інгібують активність теломерази in vitro в мікро- і навіть наномолярних концентраціях (тест TRAP). Металокомплекси кон’югатів катіонних порфіринів із інтеркаляторами продемонстрували антипроліферативну активність у культурі пухлинних клітин з IC50 в межах 6-11 µM, що сумірно з доксорубіцином та вінкристином.

Антимікобактеріальні препарати (А. Д. Швед, д.б.н., с.н.с.)

Різке зростання захворюваності та смертності від туберкульозу стало світовою проблемою. В основному, воно асоційоване зі штамами Mycobacterium tuberculosis, стійкими до одного чи кількох звичайних терапевтичних засобів.

Ми синтезували бібліотеку нових арил- та гетарил-амідів феназин-1-карбонової кислоти як потенційних антимікобактеріальних засобів, здатних інгібувати синтез РНК in vitro. Їхню біологічну активність було досліджено у співробітництві з італійською дослідницькою групою на чолі з професором А. Де Логу. Ряд отриманих сполук пригнічував ріст штамів M. tuberculosis in vitro в концентраціях, рівних чи навіть нижчих від широко відомих протитуберкульозних препаратів ізоніазиду, ріфампіцину та етамбутолу. Більше того, деякі похідні показали високу активність проти клінічних ізолятах із множинною резистентністю до ліків.

Використання бакуловірусної експресійної системи для отримання рекомбінантних білків (О. П. Соломко, д.б.н., професор)

У відділі біохімічної генетики було розроблено систему експресії рекомбінантних білків на основі вірусу ядерного поліедрозу Malacosoma neustria (Mane) та культури клітин дубового шовкопряду. Розроблена нами система є першою вітчизняною бакуловірусною системою експресії рекомбінантних білків. Подібні системи на сьогоднішній день знаходять широке застосування у світі для виробництва рекомбінантних білків, зокрема для виробництва противірусних вакцин. У співробітництві з Інститутом біохімії і біофізики Польщі розроблено лабораторну методику одержання біологічно-активного рекомбінантного пролактину людини із застосуванням бакуловірусної експресійної системи, розробленої нами, а також комерційної бакуловірусної системи. Методику захищено патентом Польщі. Гормон пролактин людини є поліфункціональним білком, що бере участь у багатьох фізіологічних процесах. Необхідність одержання рекомбінантного пролактину обумовлена його застосуванням для виробництва ефективних тест-систем для виявлення деяких патологій організму (ішемія, ниркова недостатність, пухлини мозку, тощо). Можливе використання білка у лікарській практиці.

Нові антиракові та антивірусні препарати (А. І. Потопальський, к.м.н., доцент)

Створено препарати з противірусною, протипухлинною та імунорегулюючою дією – амітозин та ізатізон. Амітозин має протипухлинну дію та антиметастатичну активність, але, на відміну від існуючих препаратів, не пригнічує процеси кровотворення, не викликає алергічних реакцій, має низьку токсичність.

Амітозин пройшов клінічні випробування у системі МОЗ України. Ізатізон затверджений у ветеринарії і вивчається у медицині. Використовуючи створені препарати, розроблено технології діагностики, попередження і лікування агробактеріального раку рослин; безвакцинного попередження і лікування масових вірусних захворювань; підвищення продуктивності рослин, грибів, корисних комах (бджоли, тутовий і дубовий шовкопряди), риб, птахів, тварин.

На основі нової біотехнології прискореного одержання нових форм і сортів рослин за допомогою препаратів нуклеїнових кислот одержані і зареєстровані в Державному реєстрі нових сортів України люпин кормовий «Індустріальний», гарбуз «Кавбуз Здоров’яга», ехінацея пурпурова «Поліська красуня», жито «Древлянське», картопля «Дзвін», томати «Українські». Розробки дають значний соціальний і економічний ефект.

Біотехнологія отримання вторинних метаболітів (С. С. Малюта, д.б.н., професор, чл.-кор. НАН України)

Розроблено метод підвищення виходу гліциризину (Gl) та флавоноїдів з трансформованих за допомогою Ri плазмід агробактерій клітин та коренів солодцю Glycyrrhiza. З коренів лікарської рослини перстачу білого Potentila alba L. ізольовано гриб ендофітної мікоризи, який слугує в якості еліситора (стимулятора) для збільшення біосинтезу вторинних метаболітів у трансформованих клітинах і кореневих сегментах солодцю в середньому в 1,5 разів.

Отримання біотехнологічним шляхом гліциризину має велике практичне значення тому, що цей тритерпеновий сапонін є замінником цукру для хворих на діабет, a його аглікон гліциризинова кислота гальмує активність ІІ-бета-дегідрогенази в тканинах печінки і нирок як in vitro, так і in vivo. Флавoноїди і 18-дегідрогліциретова та гліциризинова кислоти мають виражений антиоксидантний ефект. Саме протизапальним впливом пояснюється їх позитивний терапевтичний ефект при променевому ураженні легень, патології печінки, а також відмічено антисклеротичну, протизапальну, протиракову та противиразкову дії.

Застосування лектинів лікарських рослин для біомедицини (І. С. Карпова, д.б.н., с.н.с.)

Лектини є новою різновидністю біологічно активних білків, що здатні до специфічного розпізнавання рецепторів цитомембрани всіх типів живих організмів. В організмі людини ендогенні лектини відіграють важливу роль в процесах фертилізації, імунної відповіді, антибактеріального та противірусного захисту, кліренсу, апоптозу тощо. Екзогенні рослинні лектини набули широкого застосування як інструмент для дослідження цитомембран тваринної клітини, що різняться за своїм вуглеводним складом: у випадку імуногематологічних та ендокринних захворювань, інфекційного процесу та розвитку новоутворень, тощо. У Сполучених Штатах Америки деякі лектини знайшли комерційне застосування для отримання трансплантатів кісткового мозку в разі пересадки пацієнтам, хворим на лейкемію. Нами розроблено оригінальну технологію виділення та очищення лектинів з лікарських рослин. Запропоновано новий підхід до рецепторної діагностики патологічних станів (наприклад, гостра променева хвороба, патології щитовидної залози) із застосуванням набору рослинних лектинів в реакції гемаглютинації з подальшою комп'ютерною обробкою результатів. Метод базується на унікальній здатності лектинів виявляти відхилення в структурі рецепторів цитомембрани. Висловлюється припущення про існування порушень балансу ендогенних лектинів в разі виникнення патологічного стану та пропонується застосування лектинотесту для його виявлення. Розробляється підхід до застосування рослинних лектинів в індивідуальній діагностиці та терапії. Сучасний етап досліджень концентрується на подальшому вивченні особливостей лектинів лікарських рослин: їх адгезивної, імуномодулюючої та протипухлинної активності, а також можливостей їх застосування для виявлення та виділення стовбурових клітин.

Розробка унікальних клітинних штамів рідкісних лікарських рослин, що виробляють біоактивні сполуки, важливі для медицини та фармакології (В. А. Кунах, д.б.н., професор, член-кор. НАН України; О. О. Пороннік, к.б.н.; Л. П. Можилевська; В. І. Адонін)

Розроблено технологію отримання клітинних штамів раувольфії зміїної з високим вмістом аймаліну, що використовується в якості основної сполуки антиаритмічних та гіпотензивних препаратів. Технологія продукції біомаси з вмістом аймаліну до 1% пройшла випробування у промислових умовах.

Розроблено технологію продукції біомаси та вегетативного розмноження Ungernia victoris, багаторічної рослини-ендеміку Паміру, джерела алкалоїдів галантаміну та лікорину. Препарати на основі галантаміну використовуються у лікуванні при міастенії, прогресивній м'язовій дистрофії (міопатії), радикуліті. Похідні лікорину застосовуються при хронічних та гострих запальних процесах респіраторної системи, бронхіальній астмі.

Розроблено технологію продукції біомаси женьшеню для виробництва лікарських препаратів, харчових добавок та косметичних засобів. Розроблено способи регулювання біосинтезу гінзенозидів, їх кількісного та якісного складу у калюсній біомасі.

Розроблено технологію вирощування біомаси культивованих клітин Echium plantagineum з високим вмістом шиконіну, який використовується як фарбник, лікарський засіб з протипухлинними, антибактеріальними, протизапальними, ранозаживляючими та антивірусними властивостями, а також як складова косметичних препаратів з лікувальними властивостями.

Для вивчення мутагенних та антимутагенних властивостей біологічно активних сполук було розроблено нову тест-систему «Escherichia coli – бактеріофаг λ» (В. А. Кунах, Т. П. Перерва, Г. Ю. Мірюта, Л. П. Можилевська).

Композитні матеріали на основі наноцелюлози (А. І. Потопальський, к.м.н., доцент Н. О. Козировська, к.б.н., с.н.с.)

Розроблено антимікробні композитні біодеградувальні матеріали на основі наноцелюлози та антимікробних сполук (ізатізон; полігексаметиленгуанідін хлорид (PHMG-Cl)) для подальшого використання у медичній практиці. Новий композитний матеріал на основі наноцелюлози з багатофункціональним препаратом ізатізоном можна застосовувати для обробки ранових поверхонь, лікування виразок та опіків, меланоми, а також герпесу та інших вірусних інфекцій шкіри. PHMG-Cl попереджує формування мікроорганізмами біоплівки, тому в подальшому може використовуватися як пов'язки на рани та засіб регенерації шкіри без рубців.

Концепція маловитратного вирощування та утилізації перших рослин у місячній оранжереї (Н. О. Козировська, к.б.н., с.н.с.)

На основі дослідження модельної системи Tagetes patula L. – анортозит (аналог місячного ґрунту) – консорціум раціонально підібраних мікроорганізмів – вперше створено концепцію маловитратного вирощування та утилізації перших рослин у місячній оранжереї з використанням місцевого субстрату – реголіту – та консорціуму раціонально підібраних мікроорганізмів для багатоцільового використання (біомобілізація необхідних хімічних елементів для живлення, стимуляція росту рослини, захист від абіотичних стресорів, тощо).

Тест-система для виявлення вірусів картоплі VPX, VPY, VPM та віроїду на основі ПЛР у реальному часі (Н. О. Козировська, к.б.н., с.н.с.)

Фітовіруси VPX, VPY, VPM та віроїд, характерні для природних умов України, було виділено на підставі симптомів хвороб картоплі та підтверджено результатами ELISA та ЕМ. Набір для тестової системи складається з пар праймерів, специфічних для гену, що кодує капсидний білок вірусу та позитивного контролю - клонованого фрагменту гена капсидного гена. Набір для виявлення фітовірусів було випробувано в Інституті картоплярства НААН України.

Бакпрепарат для рослин KLEPS® (Н. О. Козировська, к.б.н., с.н.с.)

Перший розроблений і зареєстрований в Україні бактерійний препарат KLEPS® постачає рослину безпечним біологічним азотом, стимуляторами росту та покращує її захисну систему. Препарат рекомендовано для передпосівної обробки насіння злакових та овочевих культур. KLEPS® підвищує врожай на 10–40 %, посилює енергію проростання насіння, формує розгалужену кореневу систему, забезпечує раннє зацвітання та дозрівання врожаю, знижує захворюваність культур. Застосовуючи KLEPS®, товаровиробники зменшують внесення мінеральних азотних добрив та пестицидів на 70%, зберігають своє здоров'я та довкілля.

Експрес-метод ідентифікації Klebsiella oxytoca на основі ПЛР (Н. О. Козировська, к.б.н., с.н.с.)

Унікальність послідовності клонованого нами pehX гена промислового штаму бактерії Klebsiella oxytoca ІМБГ26 дали можливість використати дану послідовність гену для розробки методу ідентифікації цієї бактерії за допомогою полімеразної ланцюгової реакції. Швидкий, чутливий і специфічний тест рекомендовано для вирізняння K. oxytoca між близькими видами бактерій роду Klebsiella, а також для екологічного моніторингу K. oxytoca.

Застосування бактеріальних препаратів для адаптації картоплі in vitro до умов post vitro та захисту рослин від фітопатогенів у процесі товарного виробництва (Н. О. Козировська, к.б.н., с.н.с.)

Розроблено принципи застосування біопрепаратів, які містять корисні для рослин бактерії, для захисту картоплі від фітопатогенів в процесі адаптації картоплі in vitro до умов post vitro.

Технологія фітостабілізації важких металів за участі бактерій (Н. О. Козировська, к.б.н., с.н.с.)

Для відновлення забруднених територій за допомогою системи рослин та асоційованих мікроорганізмів розроблено гнучку та надійну систему «рослина-бактерії». Консорціум раціонально підібраних бактерій для багатоцільового використання на ґрунтах з різним рівнем забруднення важкими металами (ВМ) випробувано у польових модельних та природних умовах. В умовах аерогенного забруднення ВМ (промислові викиди та транспорт) бактерії сприяють вирощуванню безпечного врожаю. З іншого боку, консорціум є основою екологічно прийнятної технології фітостабілізації ВМ в умовах помірного та значного забруднення поблизу промислових підприємств та шахт.

Генна та клітинна терапія (В. А. Кордюм, д.б.н., професор, член-кор. НАН України, академік НАМН України)

Основними напрямками дослідження відділу є вивчення фундаментальних засад оновлення похилого та хворого організму, розробка і використання генних та клітинних технологій, спрямованих на заміщення ушкоджених клітин та матеріалу спадковості, а також біотехнологічне отримання терапевтичних рекомбінантних білків. Було розроблено технології отримання мезенхімальних стовбурових клітин (МСК) з пуповини людини для подальшого клінічного використання. Була проведена морфологічна класифікація МСК за поверхневими та внутрішніми маркерами, а також здатністю до диференціації у перших шести пасажах. Було показано, що практично всі характеристики змінюються після третього пасажу клітинної культури, що підтверджує, що лише 1–2 пасажі відповідають вимогам клінічного використання.

Розроблено наукові підходи до технології генної терапії багатофакторних захворювань, заснованої на введенні в організм рекомбінантного генетичного матеріалу з метою корекції патології. Створено ефективні безвірусні системи доставки цільових генів з терапевтичною метою в клітини та органи. Розроблено системи цільової доставки генів з терапевтичною метою до певних клітин та тканин, що забезпечує високий рівень експресії трансгенів у організмі. На лабораторних тваринах одержано позитивні результати генної терапії експериментально викликаних патологій інсулін-залежного цукрового діабету та атеросклерозу.

Наразі найперспективнішим способом доставки різних клітин в організмі, що слугують джерелом терапевтичних агентів (гормонів, факторів росту, цитокінів), є інкапсуляція таких клітин напівпроникними мікрокапсулами або іншими засобами. У рамках дослідницької роботи відділу було розроблено технології доставки генетично створених клітин, що виробляють певні цитокіни (LIF, FGF-2, IL-10).

Значних успіхів досягнуто у напрямку генно-інженерної біотехнології. Науковцями відділу було розроблено унікальний спосіб отримання рекомбінантних білків у клітинах E. сoli, який не має аналогів у світі, з використанням фагу лямбда. Такий спосіб забезпечує накопичення цільового продукту у високій концентрації в активній розчинній формі безпосередньо у поживному середовищі. Показана його ефективність для отримання білків як про-, так і еукаріотичного походження. На основі даного способу розроблено промислові технології отримання таких продуктів як бета-галактозидаза, інтерферон людини альфа-2а, інтерферон людини альфа-2b, гормон росту людини та ін. Препарат рекомбінантного інтерферону людини альфа-2а під торговою маркою "Лаферон" вже більше 10 років виробляється на Україні та успішно використовується у медичній практиці.

На сьогоднішній день проблема ішемічного ушкодження ниркової паренхіми є гострим питанням діагностики та розробки терапевтичного лікування пацієнтів з патологіями нирок. Отримані експериментальні дані демонструють, що введення комплексу bFGF з розробленим нами носієм (що продовжує період його напіврозпаду в тканинах) викликає підвищене кровопостачання до ушкодженої нирки за умов хронічної ішемії та захищає другу нирку від розвитку незворотних склеротичних змін. Створено теоретичні засади, що перевіряються експериментально, щодо заміщення ушкодженого матеріалу спадковості за рахунок обміну генетичним матеріалом між клітинами організму, зокрема з використанням стовбурових клітин.

Розробка технології відновлення порушеної функції печінки за допомогою трансплантації мезенхімальних стовбурових клітин (МСК) (С. Ю. Римар, к.б.н., с.н.с.)

Захворювання печінки є однією з найпоширеніших причин смертності (4-е місце) в Україні. За смертністю через захворювання печінки Україна займає 9-е місце у світі. Наразі ортотопічна трансплантація печінки є єдиним терапевтичним засобом для пацієнтів, що страждають від прогресуючих захворювань печінки та печінкової недостатності. Клітинну терапію було запропоновано в якості альтернативного способу лікування ушкодження печінки. Хронічне ушкодження печінки спричиняє фіброз печінки, що переходить у цироз та призводить до гепатоцелюлярної карциноми. У цьому дослідженні процес ушкодження печінки спричиняють введенням CCl4 лабораторним щурам, оскільки характеристики перебігу цирозу щурів подібні цирозу людини. МСК пуповини людини, виділені та культивовані у нашому відділі, можуть бути використані для подальшої трансплантації. Буде розроблено детальний протокол трансплантації МСК пуповини людини на основі даних щодо динаміки розвитку ушкодження печінки. Результати протоколу продемонструють ефективне лікування експериментально викликаної печінкової недостатності. Дані дослідження можуть бути використані для вивчення можливості регенерації печінки та розробки альтернативної терапії захворювань печінки.

Одержання еквівалентів шкіри на основі стовбурових клітин людини, що культивуються на спеціальних носіях in vitro, для лікування масивних опіків (Л. Л. Лукаш, д.б.н., професор)

Розроблено біотехнологію одержання еквівалентів шкіри з дорослих мезенхімальних стовбурових клітин крові людини (патент України UA №82583). Зокрема, створюються бази даних охарактеризованих клітинних ліній, одержаних з біоптатів ембріональних та дорослих тканин людини, а також композицій живильних середовищ, підкладинок і гідрогелевих матриксів, що використовуються при розробці і оптимізації шкіряних трансплантатів. Створюється також клітинний банк, який буде підтримувати зв'язок з Euro Skin Bank, що є централізованим постачальником біоматеріалів для лікування опіків в США та Європі, та з міжнародною організацією Bone Marrow Donor Worldwide, яка забезпечує проведення трансплантацій кісткового мозку. Розпочато співпрацю з Центром термічних опіків та пластичної хірургії МОЗ України з практичного використання розроблених в Інституті еквівалентів шкіри на основі фібробластів.

Розробка та створення електрохімічних та оптичних біосенсорів для потреб медицини (Г. В. Єльська, д.б.н., професор, академік НАН України; О. П. Солдаткін, д.б.н., професор, член-кор. НАН України)

  • Розробка потенціометричних моно- та мультибіосенсорів з специфічною чутливістю до глюкози, сечовини та креатиніну для медичної діагностики та контролю процесів гемодіалізу
  • Розробка амперометричних мікробіосенсорів для визначення in vivo основних метаболітів (глюкози, молочної кислоти, АТФ) та моніторингу деяких нейротрансмітерів (ацетилхоліну, холіну, глютамінової кислоти та D-серину) в головному мозку ссавців
  • Розробка імуно- та ДНК-сенсорів на основі поверхневого плазмонного резонансу для виявлення деяких мутацій та патогенних мікроорганізмів.

Розробка та створення аналітичних систем на основі електрохімічних моно- та мультибіосенсорів для моніторингу довкілля (Г. В. Єльська, д.б.н., професор, академік НАН України; Т. А. Сергєєва, д.б.н., с.н.с.; Я. І. Корпан, к.б.н., с.н.с.)

  • Розробка потенціометричних та кондуктометричних ферментних моно- та мультибіосенсорів для прямого та інгібіторного аналізу окремих токсичних речовин та їх суміші (гербіцидів, пестицидів, стероїдних глікоалкалоїдів, формальдегіду, іонів важких металів та ін.)
  • Розробка технології синтезу синтетичних аналогів біологічних рецепторів (полімерів-біоміміків) та створення на їх основі ряду електрохімічних (кондуктометричних, ємнісних, та амперометричних) сенсорів для визначення гербіцидів триазинового ряду.

Розробка та створення електрохімічних біосенсорів для контролю біотехнологічних процесів та контролю якості харчових продуктів (О. П. Солдаткін, д.б.н., професор, член-кор. НАН України; С. В. Дзядевич, д.б.н., професор)

  • Розробка амперометричних біосенсорів та сенсорних масивів для визначення глюкози, гліцерину, етилового спирту і молочної кислоти в зразках вин та винопродуктів.
  • Розробка потенціометричних та кондуктометричних біосенсорів для визначення пеніциліну
  • Розробка потенціометричного ферментного біосенсора на основі інгібіторного аналізу для визначення природних нейротоксичних речовин – глікоалкалоїдів – в картоплі, томатах та інших пасльонових
  • Розробка кондуктометричних біосенсорів та сенсорних масивів для визначення вуглеводів у харчовій промисловості.

Телеканал БТБ. Програма «Золотий запас України. Біосенсори»