Портрет Мони Лізи в стилі бактеріум арт

Від кінцевої станції метро їдемо далі авто. Дорога петляє через занедбану промзону, за вікном - руїни велетня радянської хімічної індустрії сумнозвісного заводу "Радикал". Мимохіть спливають у пам'яті кадри мертвої зони з відомого кінофільму Тарковського. Аж ось - нові сучасні корпуси. Суворий пропускний режим. Тут, на науково-виробничому підприємстві "Укроргсинтез", міститься лабораторія твердофазного пептидного синтезу, де науковці Інституту високих технологій (ІВТ) Київського національного університету ім. Тараса Шевченка працюють над створенням фоточутливих антимікробних пептидів. На такі пептиди покладаються великі надії як на антибіотики нового покоління, що не матимуть токсичних побічних дій. Резистентність (стійкість) збудників інфекцій, вважають учені, також може бути вирішена з появою нових, пептидних антибіотиків.

- Лабораторію пептидного синтезу створено в ІВТ спільно з НВП "Укроргсинтез". Тут наші студенти-магістри проходять практику, залучаються до наукових досліджень. Київський університет придбав сучасний прилад - роботизований пептидний синтезатор, що дозволяє отримувати небіологічним шляхом сполуки, які відіграють чи не найважливішу роль в існуванні життя на Землі, - пептиди і білки. Одна зі студенток першого випуску нашого інституту, Юлія Баканович, успішно опанувала технологію синтезу пептидів на новому приладі й отримала нові пептиди з високою антимікробною активністю. "Укроргсинтез" забезпечує роботу лабораторії реактивами, додатковим устаткуванням, - розповідає завідуючий кафедрою супрамолекулярної хімії Інституту високих технологій КНУ ім. Тараса Шевченка, професор Ігор Комаров. - Наукові дослідження також інших кафедр ІВТ підтримують приватні компанії, керівники яких добре розуміють роль високих технологій для розвитку наукомісткого бізнесу в Україні.

На церемонії вручення премії Георга Форстера (м. Бамберг, Німеччина, квітень 2015 р.). Зліва направо: парламентський статс-секретар федерального міністра економічного співробітництва та розвитку Томас Зільберхорн; проф. Ігор Комаров; президент Фонду Олександра фон Гумбольдта проф. Гельмут Шварц. Фото Humboldt Foundation/Albrecht G.W. Barthel

- Ігорю Володимировичу, чи можна сказати, що дослідження, які ви проводите з колегами, відкривають новий напрям у медичній хімії?

- Зараз у фармацевтичній хімії спостерігається підвищений інтерес до пептидів завдяки їхній високій біологічній активності, необхідній для лікарських засобів (ЛЗ).

Незважаючи на досягнення сучасної фарміндустрії, намітилися проблеми, які не знаходять вирішення. Одна з таких проблем - на розробку лікарських засобів витрачаються дуже значні кошти, але здебільшого ці затрати марні. 90%, а то й більше кандидатів на ЛЗ на стадії клінічних і преклінічних досліджень "сходять з дистанції" і тільки 10% затверджуються регуляторнимии органами. А це мільярди і мільярди доларів, які фактично викидаються "на вітер". Чому? Причин багато, але одна з найвагоміших - більшість кандидатів на ЛЗ не можуть використовуватися через високу токсичність та небажані побічні дії. Як цьому зарадити? Питання дуже складне. Більшість сучасних ліків, потрапивши в організм, проявляють свою дію не тільки там, де потрібно, а скрізь, буквально заполонюючи кожну клітину нашого організму, а це несе, в тому числі, і токсичність, і небажані побічні дії. Якби ЛЗ діяв селективно, то можна було б уникнути шкідливих побічних ефектів. Адже, наприклад, при запаленні верхніх дихальних шляхів клітини імунної системи активуються в потрібний момент і в потрібному місці.

І ось виникла ідея - такого ж ефекту ми б могли досягти, якби мали фотокеровані ЛЗ. Їх можна було б ввести в організм у неактивному стані, а під дією світла активувати у потрібний час і в потрібному місці, таким чином мінімізувавши їхню токсичну дію на організм.

- В онкології застосовується метод фотодинамічної терапії. У чому принципова різниця вашого підходу?

- Ми говоримо про активацію видимим світлом, яке не чинить згубної дії на організм, а лише "вмикає" чи "вимикає" лікарський засіб.

Загалом, ідеї активації ЛЗ під дією світла понад сто років. Згодом з'явився термін "фотодинамічна терапія", і вона прийшла у клінічну медицину перш за все в лікуванні раку. Сучасна фотодинамічна терапія раку базується на використанні барвників - сенсибілізаторів, які при збудженні квантами світла активують молекули кисню, а ті, своєю чергою, призводять до загибелі клітин пухлини. Таким чином, у цій технології безпосереднім лікарським засобом є кисень, якого не завжди достатньо в місці локалізації пухлин.

Нам спало на думку, а чи не можна було б безпосередньо керувати біологічною активністю ЛЗ - протипухлинного, антимікробного тощо, тобто "вмикати" його й "вимикати", уникаючи необхідності активації кисню чи інших молекул у живих організмах. За таким принципом, до певного часу лікарський засіб є біологічно неактивною сполукою. Виразна аналогія - тигр у клітці. А потім - уявімо - руйнують клітку (під дією світла) - і тигр (тобто ЛЗ) звільняється…

Наша ідея полягає в тому, щоб використовувати такі молекулярні фрагменти, які зворотно змінюють свою структуру під дією світла. Світло різної довжини хвилі змінює форму (конфігурацію) молекули. Отож, замість природних амінокислот ми вставили в пептид фрагмент, що змінює свою структуру під дією світла.

У природі існує дуже багато антимікробних пептидів. Знаєте, навіщо колись жабку кидали у глечик з молоком? Атож, щоб воно довше не скисало, - на шкірі жабки міститься дуже багато речовин - пептидів, які проявляють антимікробну дію. Таких пептидів - у людському організмі, у тварин, рослин - уже досліджено дуже багато. Можна просто вставляти у їхні молекули замість природних амінокислот фоточутливий фрагмент, що змінює свою структуру під дією світла. Один із наших випускників Олег Бабій синтезував уже дуже багато таких пептидів.

Олег Бабій синтезує фотокеровані пептиди

Олег Жарій

- Над створенням фоточутливих антимікробних пептидів ви працюєте спільно з ученими Інституту технологій м. Карлсруе (Німеччина). Недавно вас нагородили престижною міжнародною Премією Фонду Гумбольдта (Georg Forster Research Award). Це, безумовно, є визнанням досягнутих результатів. У чому їх суть?

- Наша дослідницька група співпрацює з Інститутом технологій м. Карлсруе вже понад 10 років. До речі, Фонд Гумбольдта, який мене підтримує, подарував хроматограф для нашої лабораторії.

Векспериментах з антибіотиком, які проводилися спільно з німецькими колегами, було показано дуже яскраве фотоперемикання антимікробної активності. Погляньте на цю ілюстрацію. На ній - чашка Петрі, де в живильному середовищі для бактерій один із фоточутливих антибіотиків було активовано опроміненням видимим світлом у межах круга, тоді як за межами круга антибіотик залишався в неактивному стані. Добре видно, що колонії бактерій виросли тільки за межами ділянки опромінення, а опромінена ділянка прозора, без колоній. Причому межа між ділянками настільки чітка, що ми навіть емблему Інституту високих технологій зобразили. Ще один яскравий приклад - створений методом фотоперемикання портрет Мони Лізи. До речі, малюнок з Моною Лізою було поміщено на обкладинці престижного наукового журналу Angewandte Chemie з опублікованою статтею про результати наших досліджень. Рецензенти відзначили її як "особливо важливу".

Останнім часом ми зосередили увагу на дослідженні протипухлинних пептидів. Спочатку проводили експерименти з культивованими клітинами людських пухлин. Потім у дослідах на мишах переконливо було показано позитивні результати фотоперемикання. Декілька мишок зовсім позбулися пухлин, в інших пухлина зупинила ріст, а то й значно зменшилася.

Ці дослідження ми проводили спільно з біологами нашого університету та німецькими колегами. Студенти також брали участь в експериментах. Плануємо продовжити дослідження - тепер уже преклінічні, у тому числі з допомогою компанії "Укроргсинтез", з керівництвом якої є про це домовленість. Але вже тепер не доводиться сумніватися, що такі фоточутливі лікарські засоби в недалекому майбутньому ляжуть в основу сучасних технологій лікування локалізованих розладів - інфекцій, запалень, ракових пухлин. Після терапії такі ЛЗ дією світла можуть бути дезактивовані, тобто перетворені на безпечні речовини, отож не матимуть небажаних побічних ефектів.

- Хто власник патенту на перспективну технологію?

- Власники патенту - Київський національний університет ім. Т. Шевченка та Інститут технологій м. Карлсруе (Німеччина). Це перший патент нашого університету, отриманий спільно з закордонними вченими.

- Інститут високих технологій створено порівняно недавно. Чия це ідея?

- Інститут високих технологій створено у 2009 р. На той час я завідував кафедрою органічної хімії на хімфаці. Одного разу до мене підійшов перший проректор (у минулому) КНУ Олег Васильович Третяк і каже: "Є ідея створити в рамках університету новий факультет, або інститут, - високих технологій, що давав би міждисциплінарну освіту". Тобто готував спеціалістів, які б мали знання з різних дисциплін, насамперед із математики, фізики, хімії, біології, комп'ютерних технологій, і могли проводити дослідження на стику природничих наук. Без цього не можна розвивати високі технології.

Дуже тісні зв'язки склалися у нас з Національною академією наук. Інститут молекулярної біології і генетики, інститути хімічного профілю - органічної хімії, біоорганічної хімії, інститут мікроприладів, інститут напівпровідників - з цими та іншими академічними установами маємо договори про співпрацю, наші студенти і аспіранти проходять там практику, працівники НДІ у нас читають лекції. Серед наших партнерів та спонсорів - солідні компанії і фірми.

Юлія Баканович в лабораторії пептидного синтезу

Олег Жарій

На чотирьох кафедрах Інституту високих технологій працює близько 30 штатних співробітників - це висококваліфіковані науковці та досвідчений технічний персонал. Торішній випуск ІВТ - майже півсотні магістрів. До речі, перший випуск налічував 25 чол.

- Яка спеціальність у дипломах ваших випускників?

- Високі технології. У нас читаються міждисциплінарні курси. Наприклад, медична хімія, супрамолекулярна хімія, фізика низьковимірних систем, синергетика, біоінформатика, електронна будова і фотоніка молекул, наноматеріали та структури на їх основі, напівпровідникові сенсори, багатофункціональні матеріали, бімолекулярна електроніка, молекулярний дизайн… Міждисциплінарність - це плюс для студентів. Коли я розповідав своїм закордонним колегам про наш інститут, вони казали: о, так нам саме такі студенти потрібні.

- Виходить, що готуємо спеціалістів для зарубіжжя? Хіба в нас вони не потрібні?

- Приблизно третина наших студентів залишається в аспірантурі. Торік був великий конкурс. Дві третини, можливо трохи менше, їдуть навчатися в аспірантуру за кордон. На мій погляд, потрібно побувати за кордоном. Чогось повчитися, себе показати. В Україні наших випускників залюбки беруть на роботу фірми і компанії, де потрібні спеціалісти в галузі високих технологій.

Більшість тих, хто хоче серйозно займатися наукою, рано чи пізно пробують себе за кордоном, але переважна більшість повертається. Тепер в Україні є місця, де можна робити науку. Хоча, звісно, часи скрутні. Але науковці вже зрозуміли, як треба діяти, щоб займатися наукою, де шукати ресурси. Попри всі кризи, у нас є світлі голови, є потяг до нових знань, зрештою - є наукові здобутки. І є фармацевтичні підприємства, які можуть випускати сучасні ліки. Я думаю, що в Україні з часом може бути організоване виробництво фотокерованих лікарських засобів.

На церемонії вручення премії Георга Форстера (м. Бамберг, Німеччина, квітень 2015 р.). Зліва направо: парламентський статс-секретар федерального міністра економічного співробітництва та розвитку Томас Зільберхорн; проф. Ігор Комаров; президент Фонду Олександра фон Гумбольдта проф. Гельмут Шварц.

Фото Humboldt Foundation/Albrecht G.W. Barthel