В 2013 году ученые из Лимнологического института СО РАН (Иркутск) обнаружили в Байкале присутствие токсичных синезеленых водорослей, из-за которых гибнет рыба и происходят массовые отравления людей. Спустя три года биологи из сколковской компании «Соликсант» визуализировали это тревожное наблюдение: из-за массового развития микроводорослей Байкал нынешним летом оказался покрыт большими зелеными пятнами и в центральной части озера, и у берегов. Это может привести к дальнейшему ухудшению экологической обстановки на Байкале, которому отводится большая роль в мероприятиях по случаю Года экологии, объявленного в РФ в 2017-ом
Объект исследований компании «Соликсант» - микроводоросли и цианобактерии, которые составляют одну из самых быстрорастущих биомасс на Земле. Как поясняет гендиректор «Соликсанта» Денис Кузьмин, это крайне интересная и малоизученная группа одноклеточных фотосинтезирующих организмов, по разнообразию видов сравнимая с насекомыми и способная продуцировать широкий круг биологически активных веществ, как полезных, так и токсичных. Так же широк и ареал их обитания. Микроводоросли и цианобактерии можно встретить повсюду, где есть влага, свет и углекислый газ: в водоемах разной солености и глубины, в траве и лужах, на почве, покрытой водяной пленкой и т.д. «Количество веществ, которое они могут накапливать, очень велико - речь идет о тысячах разных молекул. Причем с помощью внешних раздражителей можно влиять на тип молекул, накапливаемых их организмами. В этой группе сокрыто множество возможностей в плане поиска новых антибиотиков, антиоксидантов и противоопухолевых препаратов. Это очень перспективный с точки зрения коммерциализации объект», - рассказал г-н Кузьмин в интервью Sk.ru.
Нитчатая цианобактерия. Иллюстрация предоставлена компанией "Соликсант".
Эти возможности микроводорослей «Соликсант» использует в рамках своего сколковского проекта – весной 2016-го года компания пополнила ряды резидентов агарного направления в биомедицинском кластере с идеей создания кормов для креветок из микроводорослей. «Для многих гидробионтов, в том числе креветок, очень важно качество корма, который они получают на ранних (личиночных) стадиях. Одним из ключевых параметров, определяющих качество корма, является размер пищевой частицы: ротовой аппарат личинки таков, что она может поглощать только маленькие частицы. Отчасти поэтому микроводоросли являются естественным кормом личинок креветки, - поясняет Денис Кузьмин. - В рамках сколковского проекта мы разрабатываем корм для личинок креветок (такие корма называются стартовыми), состоящий из определенных микроводорослей, которые содержат большое количество полиненасыщенных жирных кислот, антиоксидантов, питательных белков и естественных антибиотиков. Мы предлагаем продукт, которые будет ускорять рост личинок креветки, скорость роста, снизит смертность и т.д. Пока в России нет ни одного производителя стартовых кормов. Это одно из объяснений того, что практически весь объем продаваемой в РФ креветки импортируется».
На универсальность и востребованность технологии, которую развивает «Соликскант», в беседе с Sk.ru обратила внимание Надежда Долматова, проектный менеджер направления «Биотехнологии в сельском хозяйстве» Фонда «Сколково». «Команда является лидером среди российских компаний по производству микроводорослей. К этой сфере приковано пристальное внимание игроков по всему миру: микроводоросли могут расти на несколько порядков быстрее обычных растений, живут в морской воде, непригодной для сельского хозяйства, что становится очень важно на фоне сокращения запасов пресной воды. Из микроводорослей можно получать широкий спектр продуктов - от биотопива до антиоксидантов, компонентов для косметики, пищевых добавок и функционального питания, кормов для аквакультуры».
Колбы с водорослями. Фото: "Соликсант".
На аграрное направление приходится примерно 50% деятельности, компании «Соликсант». Остальные 50% примерно поровну распределены между проектами, посвященными «зеленой» медицине (разработка альтернативы традиционным лекарствам в виде выжимки из разных типов микроводорослей) и поиску новых мощных антибиотиков. Sk.ru не раз писал о неутешительных прогнозах ученых, предупреждающих, что человечество выработало резистентность к существующим антибиотикам и потому в отсутствие новых препаратов ему может грозить пандемия.
В рамках сколковского проекта «Соликсант» разрабатывает корм для личинок креветок из микроводорослей, содержащих антиоксиданты, полиненасыщенные жирные кислоты, белки и естественные антибиотики
Отправной точкой для антибиотического проекта «Соликсант» стало наблюдение, что и сами микроводоросли, и живущие в одной среде с ними специфические бактерии-сателлиты могут вырабатывать вещества, которые способны подавлять рост «плохих» бактерий, в том числе резистентных к классическим антибиотикам. На этой деятельности биологи из «Соликсанта» сосредоточились минувшей зимой и вскоре планируют выделить антибиотический проект в отдельный стартап, который получит называние «Виридиас». Этот проект, рассчитывает Денис Кузьмин, также будет развиваться в рамках биомедицинского кластера Фонда «Сколково».
За полгода команда добилась неплохих результатов, говорит собеседник Sk.ru: «Мы обнаружили шесть микроорганизмов, которые стабильно выделяют вещества, подавляющие рост как основных патогенных бактерий, так и двух резистентных бактерий». Гендиректор «Соликсанта» связывает успехи в развитии лекарственного проекта не только с научными компетенциями его команды, но и наличием у нее нескольких сильных партнеров, групп химиков, помогающих на самом сложном и ответственном этапе – очистке молекулы.
Денис Кузьмин. Фото из личного альбома.
Денис Кузьмин в 2007 году с красным дипломом окончил кафедру молекулярной биологии биологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова. Поступил в аспирантуру ИБХ РАН, в Лаборатории структуры и функции генов человека работал над созданием противоопухолевых препаратов молекулярно-направленного действия, в основе которых лежали «суицидальные гены» – сейчас эти генно-терапевтические препараты проходят стадию доклинических испытаний. В 2012 году под руководством академика РАН Е.Д. Свердлова защитил кандидатскую диссертацию. Работал в ИНВИТРО, где занимался созданием сети медицинских центров, работающих по модели франчайзинга.
Процесс выделения перспективного вещества из микроводоросли - дело долгое (по словам г-на Кузьмина, «в Америке от обнаружения организма, у которого предполагаются антибиотические свойства, до идентификации молекулы проходит примерно 4 месяца; примерно ту же скорость в лучшие годы поддерживала и советская наука») и хлопотное. «Представьте, что у вас есть микроорганизм, который активно выделяет молекулы в окружающую его питательную среду, именуемую культуральной жидкостью. В ней оказываются десятки тысяч молекул. Как найти нужные, те, из которых впоследствии появятся новые лекарства, антиоксиданты, БАДы? Для этого необходимо провести качественную очистку и из всего многообразия молекул выделить одну-единственную. Самый важный этап в этом процессе – химия. Нужны очень квалифицированные химики, которые разделяют содержимое культуральной жидкости на фракции и отдают нам на проверку. Мы говорим, на какую фракцию стоит обратить внимание, химики начинают ее расчищать, делят на более мелкие фракции и так далее». Обнаружению перспективного вещества предшествует не меньше 5-6 стадий очистки, а дальше наступает этап идентификации его химической природы. «Возможны два варианта. Первый: мы переоткрыли то, что было найдено до нас – такое случается нередко. Второй вариант: мы открываем что-то по-настоящему новое. И это успех».
«За полгода работы мы обнаружили шесть микроорганизмов, которые стабильно выделяют вещества, подавляющие рост как основных патогенных бактерий, так и двух резистентных бактерий»
Как минимум одна такая история успеха, которая обещает стать весьма громкой, в активе «Соликсанта» уже есть. Проанализировав пробы из водоемов в Центральной России, биологи обнаружили организм, который, по уверению Дениса Кузьмина является самым эффективным из известных к сегодняшнему дню продуцентов фукоксантина. Этот мощный антиоксидант способствует сжиганию жира и, возможно, обладает также противовоспалительными и противораковыми свойствами. «За фукоксантином - будущее диетологии и спортивного питания. Крупные компании находятся в активном поиске источника этих молекул. Вместе с коллегами из Института биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН мы меньше чем за год нашли микроводоросль, которая продуцирует более 2% фукоксантина - это самое большое известное на сегодняшний день содержание этого вещества», - рассказывает Денис Кузьмин. О научной составляющей этой работы представители «Соликсанита» отчитались в июне на самой крупной в мире конференции по микроводорослям в американском Сан-Диего (International Conference on Algal Biomass, Biofuels and Bioproducts). Сейчас компания ведет переговоры о коммерциализации результатов этого исследования, и в детали гендиректор компании по понятным причинам не вдается.
Команда "Соликсанта" за работой. Фото предоставлено компанией.
Возвращаясь к «химическому» этапу обнаружения многообещающих молекул. «Нам в этом плане очень повезло - мы работаем с сотрудниками группы академика С. А. Лукьянова из Института биоорганической химии имени М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН. С одним из этих специалистов, Ильей Ямпольским, обнаружившим новый тип люминисценции у микроводорослей, мы учились параллельных группах в аспирантуре», - рассказывает Кузьмин.
Другой сильный партнер сколковской команды - НИИ антимикробной химиотерапии Смоленской государственной медицинской академии во главе с Романом Козловым, о котором собеседник Sk.ru отзывается как об «одном из ведущих специалистов по антибиотикам в РФ». Через этот НИИ проходят все антибиотики, оказывающиеся на российском рынке. В распоряжении смоленских ученых - несколько десятков тысяч образцов бактерий, которые доказали резистентность к антибиотикам в реальных больничных условиях и вызывали гибель пациентов. Недавно представители «Соликсанта» договорились с руководством НИИ антимикробной химиотерапии о возможности тестировать найденные молекулы на устойчивых бактериях, встречающихся в больницах. «Со всех точек зрения это прекрасное достижение, которое приведет к интересным результатам», - убежден Денис Кузьмин.
Американские корни
«Соликсант», до последнего времени называвшийся «Соликс БиоСистемз Восток», начинался как дочернее предприятие американской биотехнологической компании Solix Algredients. Российская «дочка» была учреждена при участии РОСНАНО для трансфера в РФ биотехнологий в области выращивания микроводорослей в промышленных масштабах и выделения из них антиоксидантов, пигментов и антибиотиков.
Solix Algredients – известный производитель биотехнологического оборудования, в частности, фотобиореакторов для выращивания микроводорослей. Это приборы, позволяющие контролировать основные параметры культивирования микроводорослей: температуру, рН, интенсивность перемешивания и подачу углекислого газа. Кроме того, секционное строение фотобиореактора позволяет одновременно выращивать несколько штаммов микроводорослей в разных условиях. У Solix Algredients получилось то, что удавалось немногим – масштабировать производство: от лабораторного бассейна объемом в десятки литров они перешли к фотобиореакторам на сотни тысяч и даже миллионы литров.
Фотобиореактор Lumian AGS 260. Фото: "Соликсант".
В США в разные годы компания Solix Algredients прославилась и как активный игрок на рынке биотоплива из микроводорослей, и как производитель популярного БАДа из акстастантина, мощного антиоксиданта. «Рынок этого препарата из водорослей, который рекламировали на популярном в США ток-шоу, формировался года три назад и сейчас измеряется десятками миллионов долларов в год: в Америке продаются таблетки и жевательные мишки для детей с акстастантином. Solix Algredients наладила промышленное выращивание водорослей, их стрессирование, выделение из них акстастантина и продажи препарата,- говорит Денис Кузьмин. - Какое-то время мы обслуживали R&D-интересы американской компании, но потом стало понятно, что мы по-разному оцениваем перспективы той или иной деятельности и фокусируемся на разных направлениях. Сначала мы выделились в отдельное структурное подразделение, а потом - в отдельную компанию с одним и теми же акционерами. При этом мы крайне благодарны за то, что получили от американской материнской компании оборудование и ноу-хау, наработанные ей за десятилетнюю деятельность».
Очаги массового развития цианобактерий этим летом отмечались на всей территории РФ - от Финского залива до Дальнего Востока. В Южноуральске в Челябинской области по этой причине на несколько дней запретили пить воду из-под крана
Сейчас «Соликсант» и Solix Algredients - научные партнеры в том, что касается поиска перспективных молекул в российских коллекциях, хранящихся в профильных вузах. Российская компания по заказу американской ищет более эффективные продуценты биологически активных веществ, в частности, того же акстастантина. В России собрана самая большая коллекция микроводорослей в мире, уверяет гендиректор «Соликсанта». Во многом это советское наследие – микроводоросли изучали в рамках космических и гражданских программ. К тому же из-за размеров страны водоемы расположены в разных климатических зонах.
Водоросли в реакторе. Фото: "Соликсант".
Еще один канал получения образцов для последующего поиска интересных молекул – экспедиции, организуемые самим «Соликсантом», причем не только по России, но и на территории Китая, Монголии, Вьетнама, Индии и Японии. За два года в криохранилище компании накопилось несколько сотен видов перспективных микроводорослей. Денис Кузьмин называет эту коллекцию одной из самых крупных в стране. В последнее время в зоне особого внимания биологов – Байкал, и не только потому, что в уникальном озере встречаются редкие виды микроводорослей (одна из них, которую биологи «Соликсанта» условно назвали «штамм М33», похоже, выделяет вещества, способные подавлять рост клеток при некоторых видах онкологических заболеваний). Из-за повышения концентрации в воде микроводорослей и цианобактерий Байкал вот уже несколько лет цветет, что подтверждают и спутниковые данные.
Почему зеленеет Байкал
Ситуация начала ухудшаться в 2011-ом году, что было заметно по поведению спирогиры, сравнительно крупной многоклеточной водоросли, из-за высокой концентрации которой вода окрашивается в зеленый цвет. Об этом явлении писали не только региональные, но и федеральные СМИ, в частности, журнал «Огонек»: «В районе Северобайкальска (самого большого населенного пункта на озере, около 24 тысяч жителей) на берег волны впервые вынесли огромные «матрасы» из спирогиры — нитчатых пресноводных водорослей. Многометровые гниющие тюки, окруженные тучами мух и мошкары, превратили чистейший берег в декорации к фильму про жизнь после апокалипсиса».
По подсчетам ученых, всего лишь на 10 километров береговой линии Байкала выносится более 1,5 тысяч тонн спирогиры. «Это невероятное количество, которое, безусловно, говорит о загрязнении озера, - убежден гендиректор «Соликса». - Мы решили пойти дальше и помимо исследования гидрохимии и состав микроводорослей изучить снимки из космоса. Есть специальный спутник NASA, который анализирует данные отраженного от поверхности воды света. В разных спектральных диапазонах поверхность воды отражает свет с разной интенсивностью, и по соотношению сигналов в разных диапазонах можно получить много полезной информации. Один из важнейших параметров, которые можно проанализировать с помощью спутниковых данных, это содержание хлорофилла в водоемах. Хлорофилл - основной пигмент растений и водорослей, он косвенно показывает, как много водорослей живет в озере. Водоросли предпочитают условия с повышенным содержанием азота и фосфора в воде, а также с оптимальной температурой. Поэтому на Байкале высокое содержание хлорофилла можно увидеть в теплых и полузакрытых заливах, тогда как в холодной воде открытого Байкала концентрация хлорофилла обычно меньше. Но на спутниковых фотографиях, полученных в середине июля 2016 года, видна тревожная картинка - очень высокие концентрации хлорофилла в открытом Байкале. Концентрации хлорофилла сравнимы с его уровнем в заливах, но общее количество водорослей, которое развиваются в центральной части Байкала, скорее всего, намного выше. Люди их не видят с берега, но они отлично различимы со спутника. Не хотелось бы, чтобы такая ситуация стала регулярной. Но уже сейчас становится сложно говорить о Байкале как о чистейшем озере планеты, что особенно обидно в преддверии Года экологии, коим в РФ объявлен 2017-ый».
Байкал, некогда считавшийся самым чистым озером на планете, в последние годы цветет и болеет. Фото: "Соликсант".
Самой вероятной причиной цветения Байкала Денис Кузьмин считает комбинацию природных и антропогенных факторов. «Байкал благодаря своим гигантским размерам отражает долгосрочные климатические изменения, а июль 2016 года, по данным NASA, стал самым жарким месяцемза всю историю инструментальных наблюдений с 1880 года. Во-вторых, благоприятные погодные условия, к которым относится отсутствие сильных штормов, перемешивающих воду озера, а также множество солнечных дней способствовали прогреву поверхностного слоя воды озера. В-третьих, важную роль играет фактор загрязнения озера. Не секрет, что состояние очистных сооружений в городах рядом с Байкалом плачевное, поэтому огромное количество азота и фосфора попадает в озеро и реки, которые впадают в Байкал. Свою роль играют и сельскохозяйственные удобрения, которые тоже попадают в Байкал с речной водой. Сейчас очень важно разработать и применить на Байкале технологии, которые помогли бы снизить давление на озеро. Это более эффективные очистные сооружения, более экологичные практики в сельском хозяйстве и многое другое. Нужно работать на озере и в его водосборном бассейне, находить основные источники загрязнения и предлагать наиболее эффективные решения для их нейтрализации».
Денис Кузьмин: «В ТФК работают очень оперативные и эффективные ребята. Взаимодействие с этой сколковской структурой позволило нам сэкономить 30-40% стоимости оборудования»
Для изучения ситуации на Байкале и выработки перечня первоочередных мер должна быть сформирована рабочая группа из исследователей из «Соликсанта», сибирских ученых, институтов входящих в Технологическую платформу «Биоэнергетика» координируемую НИЦ «Курчатовский институт» и компании «Даурия». Это партнер Фонда «Сколково», одна из ее дочерних структур - резидент космического кластера. От коллег из «Даурии» Денис Кузьмин ждет поддержки проекта программным продуктом и снимками со спутников.
Водоросли под микроскопом. Иллюстрация: "Соликсант".
События, происходящие сейчас на Байкале – это лишь верхушка айсберга. Очаги массового развития цианобактерий этим летом отмечались по всей территории России - от Финского залива до Дальнего Востока. В городе Южноуральск в Челябинской области из-за развития цианобактерий в месте забора воды для городского водопровода Роспотребнадзор даже запретил пить воду из-под крана в течение нескольких дней. Не исключено, что в таких условиях обычные водоросли под влиянием внешних факторов будут вытеснены токсичными видами. В опубликованной в 2013 году работе ученых из иркутского Лимнологического института СО РАН говорится, что токсичные цветения цианобактерий зарегистрированы более чем в 25 странах, включая Россию. «Исследования водоёмов Восточной Сибири, впервые начатые нами в 2005 г., показали, что токсиногенные цианобактерии присутствуют в большинстве озёр и водохранилищ региона. В оз. Котокельское, расположенном в 2 км от оз. Байкал и связанном с ним реками Турка, Исток и Коточик, ежегодно наблюдаются токсичные цветения цианобактерий, выделены и описаны токсичные генотипы. Летом 2008 г. на оз. Котокельское зарегистрирована массовая гибель рыб, водоплавающих птиц и домашних кошек, отмечено 16 случаев отравлений человека, связанных с употреблением в пищу леща, выловленного в озере. Наличие прямой водной связи между озерами Байкал и Котокельское обусловливает возможность заноса видов с речным стоком», - пишут авторы статьи «Токсичные цианобактерии в озере Байкал».
«Эффективные ребята» из ТФК
Резидентом «Сколково» компания Кузьмина стала в марте 2016 года. И практически сразу же в «Соликсанте» смогли оценить качество услуг и сервисов, предоставляемых Фондом. При поддержке Таможенно-финансовой компании (ТФК) «Сколково» биологи дважды импортировали и устанавливали у себя в лаборатории в Российском государственном университете нефти и газа имени И.М. Губкина фотобиореакторы. «В ТФК работают очень оперативные и эффективные ребята. Взаимодействие с этой сколковской структурой позволило нам сэкономить 30-40% стоимости оборудования. С учетом того, что один реактор стоит около 150 тысяч долларов, а их требуется два или три, плюс еще расходные материалы, это хорошее подспорье», - констатирует Денис Кузьмин. Ему есть с чем сравнивать: первый реактор его компания импортировала еще до получения статуса резидента, и в тот раз было намного хлопотнее.
Оборудование "Соликсанту" помогло ввезти "Сколково". Фото: "Соликсант"
Летом этого года Кузьмин демонстрировал разработки «Соликсанта» на конференции Startup Village в Сколково, где познакомился с представителем американской компании: «Это интересное взаимодействие – мы обсуждаем возможности дальнейшего сотрудничества». Характеризуя Startup Village, Денис Кузьмин называет его качественным нетворкингом, позволяющим и себя показать, и посмотреть, что делают другие. «Количество активных людей в московском биотехе измеряется сотнями, мы так или иначе знакомы друг с другом и представляем, кто чем занимается»», - говорит гендиректор «Соликсанта». В числе его друзей и коллег Юсеф Хесуани из ИНВИТРО и сколковского стартапа «3Д Биопринтинг Солюшнз», а также Антон Буздин (ПОНКЦ, резидент биомедицинского кластера Фонда). «Отрадно, что участие в сколковском проекте позволяет нам запускать новые проекты. Это большой плюс экосистемы «Сколково».