От лабораторий к практике: биотехнологические разработки ВГУ
Министерство науки и высшего образования РФ опубликовало в Дзене материал «От лабораторий к практике: российские биотехнологические разработки», приуроченный ко Дню биотехнолога. Среди проектов, которые министерство привело в пример успешного перехода науки в практику, – биокатализаторы на основе иммобилизованных гидролаз, созданные в Воронежском государственном университете.
Расскажем подробнее.
Команда исследователей под руководством Марины Геннадьевны Холявка, доктора биологических наук, профессора кафедры биофизики и биотехнологии Воронежского государственного университета, уже более 15 лет занимается разработкой биокатализаторов на основе иммобилизованных гидролаз.
Гидролазы — это ферменты, которые превращают большие и поэтому трудноусвояемые молекулы белков, углеводов и жиров в ценные продукты: аминокислоты, «маленькие» сахара и жирные кислоты. Полученные вещества являются основой для получения функциональных продуктов питания, биологически активных добавок, лекарственных препаратов и сельскохозяйственных кормов с повышенной энергетической ценностью. Однако промышленное использование гидролаз затруднено их высокой стоимостью, низкой стабильностью и невозможностью использовать ферменты много раз: они представляют собой хорошо растворимые белки, которые трудно отделить от получаемых продуктов. Решить эту проблему позволяет иммобилизация — фиксация фермента на каком-либо носителе, в результате чего биокатализатор становится более стабильным и пригодным к многократному применению. При этом технологические процессы, протекающие с использованием иммобилизованных ферментов, просто контролировать, так как катализатор можно извлечь из реакционной массы в любой момент времени.
Какую задачу / проблему решает разработка?
Существенным недостатком создания биокатализаторов на основе иммобилизованных ферментов является отсутствие глубокой теоретической базы о выборе оптимальной пары «фермент — носитель», обеспечивающей как операционную стабильность, так и высокую активность конечного продукта. До недавнего времени это делалось путём перебора различных комбинаций ферментов и материалов — медленный, дорогостоящий и неэффективный метод. М. Г. Холявка предложила комплексный подход к разработке иммобилизованных биокатализаторов, сочетающий в себе анализ процесса связывания фермента с носителем путём сочетания методов компьютерного моделирования и физико-химических исследований, таких как молекулярная спектроскопия и электронная микроскопия. В результате этого становится возможным предсказать, как расположатся молекулы фермента на носителе, будут ли доступны их активные центры для взаимодействия с субстратом, как изменится их каталитическая активность и стабильность, а также ответить на главный вопрос: «Будет ли полученный иммобилизованный фермент эффективен в промышленности?»
Как это уже используют на практике?
Коллективу исследователей удалось получить стабильные иммобилизованные ферменты, активность которых превосходит таковую для их свободных форм, что достаточно редкое явление для этой области биотехнологии. В полученных перспективных результатах заинтересованы многие представители реального сектора экономики. Например, пищевой гигант «ЭФКО» давно и плодотворно сотрудничает с М.Г. Холявкой и её коллективом.