Мы – в нацпроектах «Наука» и «Образование»
#НастоящиеВеликие
11 Декабря 2020
2194

Живая наука

Что объединяет производство сыра, создание вакцины, выведение новых сортов растений и переработку отходов? Биотехнологии. В них живые организмы используются для решения технологических задач. Казалось бы, подобные технологии уже давно известны и широко применялись сотни лет назад. Однако сегодня они вышли на новый виток развития. Оглянитесь вокруг – почти все предметы и продукты так или иначе созданы с помощью биотехнологий. Об этом рассказала новая героиня спецпроекта «Настоящие великие» Юлия БАЗАРНОВА, профессор, директор Высшей школы биотехнологий и пищевых производств.

Новая героиня спецпроекта «Настоящие великие» профессор Юлия Базарнова

Студентам Высшей школы биотехнологий и пищевых производств можно позавидовать: в лабораториях, укомплектованных по последнему слову научной техники, они изучают химию и микробиологию, а еще в их расписании есть предметы вроде «гастрономического страноведения» и мастер-классы от лучших шеф-поваров города. Плюс — серьезные проекты от компаний-партнеров. Обучение через практику и решение реальных технологических задач – вот принципы, которые Юлия БАЗАРНОВА реализует в образовательном процессе студентов и их научных исследованиях.

Чем полезны микроводоросли и как они могут заменить витамины, зачем нужны биологически активные добавки, как продлить срок годности овощей, и главное, при чем тут биотехнологии, – об этом и многом другом рассказала Юлия БАЗАРНОВА.

- Юлия Генриховна, мне кажется, у вас очень интересная работа. Расскажите, как вы пришли в науку?

- Я выросла в преподавательской семье. Отец преподавал в Горном университете, где руководил кафедрой инженерной экологии – одной из первых в России. По специальности инженер-шахтостроитель, он создал более 150 запатентованных строительных конструкций! Мама — химик-аналитик — преподавала на кафедре химии в Институте холодильной промышленности. Она закончила Ленинградский госуниверситет, куда и меня привела буквально за руку – на Химический факультет, кафедру аналитической химии. Интересно, что часть моей экспериментальной работы над диссертацией стала продолжением исследований комплексных соединений биофлавоноидов с металлами переменной валентности, которыми мама занималась многие годы.

- Что такое биофлавоноиды?

- Говоря простым языком, это такие уникальные природные соединения, которые являются продуктами метаболизма высших растений. Организм человека их не синтезирует, однако они необходимы нам для поддержания нормальной жизнедеятельности. Они проявляют антиоксидантные и капилляроукрепляющие свойства, являются онкопротекторами, то есть веществами, которые оказывают профилактическое действие против рака.

Обучение через практику и решение реальных технологических задач – вот главные принципы Юлии Базарновой в образовании и науке

Биохимия растений интересна еще тем, что изучение природных компонентов и их физиологического действия на организм дает нам неисчерпаемый источник для получения фармацевтических препаратов. Накопление базы знаний о таких веществах позволяет нам создавать их синтетические аналоги. Выделять субстанции из растений очень дорого, эти вещества неустойчивы к воздействию высоких и низких температур, кислорода, света и многих других факторов. Поэтому сейчас химики-технологи занимаются вопросами инкапсуляции природных субстанций, то есть созданием наноразмерных систем по типу «ядро-оболочка», которые позволяют не только защитить ценные фитохимические вещества от внешних факторов, но и разнообразить способы их адресной доставки в органы, ткани и даже клетки организма.

- В СМИ часто обсуждают проблему загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами. Как они попадают в пищу?

- К «тяжелым металлам» условно относятся элементы, способные накапливаться в тканях, вызывая ряд заболеваний. Не имеющие полезной роли в биологических процессах металлы, такие как свинец и ртуть, определяются как токсичные металлы. Их накопление в организме действительно может привести к серьезным последствиям.

Свинец, например, попадает в окружающую среду в составе продуктов сгорания топлива, где он содержится в виде тетроэтилсвинца. Попадая в атмосферу, он накапливается в растениях. Именно поэтому не стоит собирать грибы и ягоды вдоль трасс: они, как правило, загрязнены свинцом. Кадмий содержится в составе пигментов очень многих синтетических красителей. Не секрет, что производители не всегда соблюдают технический регламент и требования к утилизации отходов производства, поэтому в настоящее время существует жесткий регламент контроля безопасности продовольственного сырья.

Студенты Высшей школы биотехнологий и пищевых производств много времени проводят в лабораториях

- То есть лучше покупать продукты, выращенные вдали от производств. А как же Ленобласть?

- У Ленинградской области есть своя особенность: она считается районом рискованного земледелия. Почему? Потому что Ленобласть имеет огромную территорию, и в разных ее районах почвенно-климатические условия существенно отличаются. Поэтому очень важно оценивать состав почв, температуру и влажность воздуха, уметь прогнозировать потенциальную продуктивность сельскохозяйственных культур. Совместно с учеными из Агрофизического научно-исследовательского института мы сейчас планируем комплекс исследований по решению этих задач.

Относительно вашего вопроса скажу так: лучше покупать фермерские продукты.

- Почему? Разве это не маркетинговые уловки?

- Есть понятие агротехнологий. Вырастить урожай на площади несколько десятков гектаров невозможно без применения удобрений, которые помогают бороться с вредителями. Не использовать их – большой риск, потому что можно потратить огромное количество ресурсов и не получить урожая. Крупные производители сельхозпродукции позволить себе этого не могут.

Фермерское хозяйство – это небольшие площади пахотных земель, небольшие животноводческие и птицеводческие хозяйства, у которых иной подход к интенсивному земледелию и технологиям выращивания скота и птицы. Он традиционный, вполне соответствует современным агротехническим практикам, однако более органический. В Ленинградской области таких фермерских хозяйств сейчас становится все больше.

Проект ФЦП реализовывался вместе с Техническим университетом Гамбурга

- Один из ваших последних и успешных проектов тоже связан с растениями, только водными. Расскажите о нем подробнее. Водоросли действительно так полезны?

- Вы, вероятно, имеете в виду международный Проект в рамках ФЦП, который был посвящен разработке и внедрению биотехнологий получения и переработки микроводорослей.

Проект был действительно очень интересный и выполнялся нами совместно с группой ученых из Гамбургского технического университета (Hamburg University of Technology (TUHH)). Проект разделился на три этапа. Первый был посвящен разработке технологии культивирования микроводорослей, и мы изучали факторы направленного роста биомассы микроводорослей Хлорелла. Второй этап касался получения ценных компонентов из биомассы – над этим трудился наш научный коллектив, в том числе я и мои коллеги — профессор Наталья Политаева, доценты Татьяна Кузнецова и Юлия Смятская. А третий этап был посвящен сорбционным свойствам биомассы микроводорослей.

Биохимия и биотехнология одноклеточных водорослей – очень увлекательная тема, поскольку микроводоросли являются продуцентами (организмами, способными производить органические вещества из неорганических. – Прим. Авт.) таких соединений, которые не синтезируются наземными растениями. В частности, это липиды с очень интересным составом жирных кислот с длиной цепи от 20 до 26 атомов углерода.

Эти длинноцепочеченые жирные кислоты разделяют на семейства омега-3, омега-6, омега-9, омега-12. Многие из них являются незаменимыми микронутриентами в питании. Принято считать, что основным строительным материалом для животного организма является белок, а липидам отводится функция энергетиков. Однако некоторые из них, в частности полиненасыщенные жирные кислоты, обладают целым спектром положительных воздействий на организм, в том числе благотворно влияют на работу мозга, поддерживая память и улучшая умственную деятельность.

Восполнять недостаток таких эссенциальных (жизненно необходимых) липидов необходимо не из таблеток, а с пищей, в которой содержатся омега – это как правило, свежая жирная рыба и морепродукты. Мы с вами живем не в Таиланде и не на Средиземном море, поэтому всё, что мы имеем, – охлажденную и замороженную рыбу. А полиненасыщенные липиды теряют физиологическую активность в процессе замораживания и длительного хранения рыбного сырья. Альтернативой для восполнения запаса этих ценных микронутриентов могут стать микроводоросли.

Открытие лаборатории «Техническая микробиология»

- У вас есть монография, посвященная биологически активным веществам дикорастущего сырья. Биологически активное вещество и биологически активная добавка (БАД) – одно и то же?

- У биологически активных веществ и добавок разный функционал. Они даже попадают под разные технические регламенты. Функция пищевых добавок, или как их еще называют, функционально технологических добавок, – создание каких-то свойств. Например, изменение кислотно-щелочного баланса (pH) в пищевых системах, создание цвета, вкуса или увеличение сроков годности. Биологически активная добавка к пище нужна для того, чтобы восполнить недостаток каких-либо пищевых макро- или микронутриентов.

Интересно, что в русском языке слова «пищевые добавки», «пищевые продукты», «питание» имеют один корень – в английском не так. Например, есть Food Science, а есть Nutritional Science – это совершенно разные области науки.

Нутрициология, как наука о питании, включает в себя подбор индивидуального пищевого рациона, а это можно сравнить с индивидуальной терапией, когда при назначении необходимых препаратов учитываются биохимические, наследственные, генетические показатели и многие другие факторы.

- Так, например, можно выявить непереносимость лактозы или глютена и выстроить свой рацион в зависимости от этого?

- Да, конечно, вы совершенно правы. Непереносимость компонентов пищи – болезни цивилизации. Генетические тесты позволяют установить неперевариваемость какого-либо компонента пищи или недостаточную активность ферментных систем, которые расщепляют лактозу или глютен. Это особенности организма, поэтому таким людям показаны индивидуальные пищевые рационы

.Ю.Г. Базарновой присвоено звание «Почетный работник науки высоких технологий РФ»

- Я знаю, что у вас есть хобби, которое тоже связано с наукой.

- Основным своим «хобби» я считаю редакторскую деятельность. Много лет я работаю с издательским домом «Профессия», которое выпускает переводные научные издания. Однако я занимаюсь не переводами, а выполняю роль научного редактора перевода. К сожалению, сейчас совершенно не остается времени на такие проекты, однако это фантастически интересная работа.

- Чем она вам нравится?

- Она дает возможность оценить уровень научных изысканий и их проблематики зарубежных коллег, позволяет перенять их опыт и набраться новых идей. Food Science – междисциплинарная область наук, в том числе биохимии, органической химии, аналитической химии, микробиологии, гистологии, морфологии и так далее. Поэтому когда говорят «пищёвка», это очень сердит. Питание – это не пища и не продукты, а очень серьезная область науки. За рубежом Food Science и Nutritional Science развиваются наравне с Life Science. В чем разница между биомедициной и нутрициологией? Первая направлена на лечение патологических состояний, а вторая – прежде всего, на их профилактику. Получить необходимый запас эссенциальных компонентов питания из таблетки нельзя. Витаминные комплексы производят эффект, но лишь на тот период, когда вы их употребляете. Заканчиваете принимать – эффект уходит очень быстро.

- Возьмем ситуацию: у человека низкий гемоглобин. Врач пропишет ему препараты железа, а родные посоветуют есть больше красного мяса, гречки, в общем, получать железо из продуктов. Кто прав?

- Что такое гемоглобин? Это белок, содержащий так называемое «гемовое железо», то есть биоорганический комплекс, содержащий хромофорную группу, которая придает окраску мышечной ткани и крови. Недостаток гемоглобина – это патология, вызванная глобальными причинами. Чтобы восполнить дефицит железа, проводится терапия: врач прописывает железосодержащие препараты. Когда человек пройдет курс лечения и уровень гемоглобина повысится, он должен самостоятельно проводить профилактику железодефицитного состояния, а для этого нужно следить за своим рационом, чтобы в организм поступали необходимые нутриенты в нужном количестве.

Темы для исследований иногда предоставляют выпускники высшей школы

- Я знаю, что у вас есть серия патентов по обработке продуктов. Расскажите об этом подробнее.

- Проблему сохранности нарезанных овощей в вакууме нам «подкинули» мои выпускники-аспиранты Толя Гребенюк и Володя Гнилицкий. Они оба работали технологами в крупной компании по производству готовых кулинарных продуктов. Знаете, есть такие наборы, в которых в вакуумной упаковке вложены мясо, нарезанные овощи и другие ингредиенты, из которых можно приготовить блюдо буквально за полчаса? Это очень удобно. Была задача: увеличить срок хранения нарезанных овощей в упаковке.

Мы пришли к выводу, что для увеличения продолжительности хранения такие нарезанные овощи можно обрабатывать биопрепаратами – культурами микроорганизмов, безопасными для микробиома человека, зато представляющими биологический барьер для размножения микроорганизмов порчи, то есть тормозящими их развитие. Вы вскрываете упаковку, промываете овощи и используете их в пищу совершенно без всякого риска.

Испытания мы проводили на производстве, а компания и по сей день пользуется нашими разработками. Биотехнология – это прикладная наука. И не надо придумывать себе задач. С проблемой приходит инвестор или заказчик, а наша задача – найти пути решения. Это мой основной принцип в работе.

- Вот поговорила с вами, и теперь мне кажется, что всё в мире так или иначе связано с биотехнологиями.

- А вы заметили, сколько научных учреждений сейчас позиционируют биотехнологии как сферу своих интересов? В Политехе в 2017 году создан новый институт – Институт биомедицинских систем и биотехнологий, наша Высшая школа работает и развивается в рамках этого института.

- Каких специалистов готовят в Высшей школе биотехнологий и пищевых производств?

- Мы готовим технологов. Это люди, которые придут на производство и будут заниматься созданием какого-то продукта. Кто-то, конечно, после окончания магистратуры пойдет в науку. Повторюсь, что биотехнология – это область прикладных наук, необходимая во многих отраслях экономики – в сельском хозяйстве, пищевой промышленности, фармацевтике и других. Это очень широкая область профессиональных компетенций, которая и в будущем продолжит расширяться.

В Высшей школе биотехнологий и пищевых производств готовят технологов

В этом году мы открыли магистерскую программу «Биологическая безопасность продовольственного сырья». Мы также планируем развивать направление «Химическая биотехнология в сфере фармацевтических производств». До пандемии мы готовились к чемпионату WorldSkills по сельскохозяйственным биотехнологиям, отборочный этап чемпионата России планировалось провести в наших лабораториях. Всё было готово: мы разработали задания, закупили материалы, подготовили образцы... Но случилось то, что случилось, и нам предложили провести соревнования по этой компетенции дистанционно. Но как дистанционно можно оценить, например, уровень владения микроскопом? Мы решили набраться терпения и подождать более благоприятных времен для проведения этих соревнований.

- Кстати, ваши студенты очень сильны в WorldSkills. Они побеждают в российских и мировых чемпионатах, после чего в таком юном возрасте становятся экспертами и наставниками.

- Да, в компетенции «Поварское дело» WorldSkills наши ребята достигли больших успехов. Они побеждают и во многих других кулинарных конкурсах – “Chef a la Russe”, «Золотая кулина»... В Лаборатории инновационных технологий кулинарной продукции у нас вся стена увешана их грамотами и дипломами.

Более того, наши студенты создали организацию YESLAB, где с помощью современных технических приемов готовят кулинарные шедевры. Они проводят мастер-классы, участвуют в благотворительных акциях, готовятся к соревнованиям – раскрывают свой творческий и профессиональный потенциал в полном объеме.

Модуль «Молекулярная гастрономия» пользуется большой популярностью у иностранных студентов

А еще с 2018 года в рамках Международной политехнической летней школы мы реализуем образовательную программу «Молекулярная гастрономия». Мы рассказываем зарубежным студентам о самых невероятных сочетаниях вкуса, цвета и аромата, знакомим с особенностями современной русской кухни и, конечно, учим использовать биотехнологии в приготовлении разных блюд. Это очень популярная программа, к нам приезжает много иностранцев. Помимо того, что в высшей школе есть все необходимое для зрелищного приготовления кулинарных шедевров, для проведения мастер-классов мы приглашаем известного петербургского шеф-повара Кирилла Клюквина. А сейчас мы хотим создать авторский онлайн-курс по молекулярной гастрономии.

Недавно я проанализировала перечень курсов на онлайн-платформах и обнаружила, что там преобладают дисциплины физико-математического профиля и практически отсутствуют предметы естественно-научной направленности. Думаю, такой курс будет интересен не только биотехнологам, но и студентам других направлений.

- Честно, даже я с удовольствием посмотрела бы такой курс! Спасибо за то, что познакомили с биотехнологиями – целой вселенной в научной галактике!