Ключевые слова
разработка технологий производства фармацевтических субстанций, штаммы-продуценты, биотехнологическое производство, генетическая инженерия грибов, биокатализаторы, индуцированный мутагенез, антибиотики, фармацевтические стероиды, ферментация, технологии выделения и очистки биологических субстанций, генетика и селекция микроорганизмов

Направления исследований

• Разработка технологий производства фармацевтических субстанций
• Селекция штаммов микроорганизмов-продуцентов физиологически активных веществ
• Разработка и оптимизация процессов ферментации для микроорганизмов-продуцентов
• Разработка методов выделения и очистки синтезируемых веществ
• Разработка промышленных регламентов на производство субстанций действующих веществ фармацевтических препаратов
• Разработка методов рациональной селекции штаммов с измененным механизмом регуляции метаболизма и/или циклом развития
• Разработка новых подходов к управлению биосинтезом биологически активных веществ
• Разработка  биотехнологических  методов синтеза стероидных лекарственных препаратов из доступного отечественного сырья –стеринов растительного происхождения.
• Изучение процессов микробиологической трансформации стероидов и создание оригинальных стероидтрансформирующих  штаммов с высокими трансформирующими свойствами  для синтеза фармацевтических стероидов.
• Синтез и изучение биологической активности новых модифицированных стероидов
• Изучение регуляции биосинтеза вторичных метаболитов у мицелиальных грибов

Основные методы исследований
Уникальные/редкие методы исследования (на базе собственного оборудования), имеющиеся в лаборатории:

• разработка новых биотехнологий для производства физиологически активных веществ на базе имеющейся опытной установки и прочего ферментационного оборудования – полный цикл от лабораторных разработок до создания промышленной технологии и регламентов производства.

разработка технологических регламентов для промышленного синтеза стероидных лекарственных препаратов с использованием химических и микробиологических методов, а также оригинальных штаммов и биокатализаторов, включая методы, разработанные в лаборатории.

Методы фундаментальных исследований:

• скрининг биологически активных веществ для фармацевтики и сельского хозяйства
• традиционные методы селекции микроорганизмов с использованием химических и физических
• мутагенных факторов, а также метод, основанный на отборе спонтанных мутантов с измененной регуляцией метаболизма метионина
• метод протопластной трансформации грибов
• ВЭЖХ и спектрофотометрический анализ
• изучение профилей транскрипции генов, кодирующих биосинтез и транспорт антибиотиков и стероидов

Краткая история лаборатории
Лаборатория была создана в 2010 году  по направлению биотехнологий. С момента основания лаборатории ее руководителем является к.б.н. Джавахия Вахтанг Витальевич. В рамках научных исследований за период 2012-2014 гг. разработан ряд технологий для производства биопрепаратов на лабораторном и опытно-промышленном уровне. Разработаны технологии химического синтеза фармацевтических субстанций. Ведутся разработки технологий производства иммуносупрессорных и противоопухолевых препаратов. Разрабатываются технологии биологического синтеза нового поколения противогрибковых антибиотиков.

В 2013 году в состав лаборатории вошли лаборатория биоинженерии антибиотиков и лаборатория биотехнологии стероидов.

Лаборатория биотехнологии стероидов была преобразована в 1995 г. из лаборатории биоинженерии иммобилизованных клеток (руководитель — д.б.н. Кощеенко К.А). Первым руководителем преобразованной лаборатории стала к.х.н. Андрюшина В.А. Команда лаборатории состоит из высококвалифицированных технологов биологического и химического синтеза, и специалистов, имеющих опыт промышленного производства и продвижения биопрепаратов.

В 2021 году лаборатория биотехнологии физиологически активных веществ преобразована в группу в составе научно-вспомогательного подразделения Института биоинженерии им. ак. К.Г. Скрябина ФИЦ Биотехнологии РАН.

ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ

Лаборатория биотехнологии физиологически активных веществ разрабатывает технологии биосинтеза и трансформации физиологически активных веществ при помощи высокоактивных микроорганизмов, а также их выделения и очистки. Технологии разрабатываются на лабораторном и опытно-промышленном уровне. Объем выполненных работ позволяет получить исходные данные для проектирования промышленного регламента на производство субстанций действующих веществ лекарственных препаратов.

Основные достижения:

• С 2010 г. в лаборатории в сотрудничестве с др. организациями были успешно завершены 11 проектов, связанных с разработкой методов биосинтеза, выделения и очистки ряда фармацевтических субстанций.
• Разработаны оптимальные методические схемы комбинированного многоступенчатого индуцированного мутагенеза для получения высокопродуктивных штаммов грибов, актиномицетов и бактерий.
• Методами мутагенеза и селекции получен высокопродуктивный штамм-продуцент,  синтезирующий компактин (полупродукт синтеза используемого в медицине высокоактивного гиперлипидемического препарата правастатина) на уровне, удовлетворяющем промышленное производство данного вещества.
• Разработана технология ферментации, выделения и очистки компактина.
• Разработаны  лабораторный и опытно-промышленный регламент на технологию получения компактина, а также методы контроля качества ее производства.
• Методами индуцированного мутагенеза и селекции получен высокопродуктивный штамм-продуцент правастатина Streptomyces carbophilus. Разработана технология биосинтеза и химической очистки субстанции правастатина на опытно-промышленном уровне. Проведена молекулярная диагностика чистоты штамма-продуцента, культивируемого в опытно-промышленной установке, методами высокопроизводительной геномики. Усовершенствована технология ферментации штамма-продуцента правастатина на опытно-промышленной установке до уровня биоконверсии не менее 75%. Оптимизирована технология выделения и очистки фармацевтической субстанции правастатина на опытно-промышленном уровне. Наработана опытная партия фармацевтической субстанции правастатина для валидации технологического процесса и методик контроля качества.
• Методами мутагенеза и селекции получен высокопродуктивный штамм-продуцент, синтезирующий антибиотик полимиксин В, используемый  для лечения широкого спектра инфекционных заболеваний, на уровне, удовлетворяющем промышленное производство данного вещества.
• Разработана технология ферментации, выделения и очистки антибиотика полимиксина В.
• Разработаны  лабораторный и опытно-промышленный регламент на технологию получения субстанции полимиксин В, а также методы контроля качества ее производства.
• Получен штамм, способный продуцировать рифамицин В с использованием нового субстрата – моноуреида диэтилмалоновой кислоты.
• Методами мутагенеза и селекции получен высокопродуктивный штамм-продуцент, синтезирующий высокоактивный антибиотик широкого спектра действия тобрамицин на уровне, удовлетворяющем промышленное производство данного вещества;
• Разработаны лабораторный и опытно-промышленный регламенты на фармацевтическую субстанцию тобрамицин, а также методы контроля качества ее производства.
• Разработана методика определения примесей диметилсульфоксида и этилендиаминтетрауксусной кислоты в производстве комбинированных вакцин методом ОФ-ВЭЖХ.
• Методами мутагенеза и селекции получен высокопродуктивный штамм-продуцент, синтезирующий используемый в трансплантологии иммунодепрессант рапамицин, на уровне, удовлетворяющем промышленное производство данного вещества.
• Разработана технология ферментации, выделения и очистки  рапамицина.
• Разработаны  лабораторный регламент на технологию получения субстанции рапамицин, а также методы контроля качества ее производства.
• Разработаны способы  7α- , 11β- и 14α-гидроксилирования стероидов с помощью высокоактивных штаммов, полученных методами лабораторной селекции. Данные способы трансформации стероидной молекулы использованы при создании схем и технологий синтеза модифицированных стероидов для ветеринарии и медицины.
• Разработаны оригинальные биотехнологические методы 9α-гидроксилирования и 1,2-дегидрирования для получения фармакологически значимых стероидов с помощью актинобактерий.
• Оптимизированы микробиологические стадии синтеза 17-кетоандростанов (АД, АДД и 9α-гидрокси-АД) – ключевых полупродуктов в схеме получения всей гаммы стероидных лекарственных препаратов.
• Разработаны технологии получения стероидных лекарственных препаратов: гидрокортизона, спиронолактона, метандростенолона, преднизолона, метилпреднизолона. Разработаны  технологические регламенты на указанные технологии.
• Разработан опытно-промышленный регламент на технологию получения фармацевтической субстанции медроксипрогестерона ацетата – синтетического аналога прогестерона с высокой гестагенной и противоопухолевой активностью.
• Осуществлен синтез и изучена биологическая активность эфиров мепрегенола — уникальных гестагенов со свойством моногормональности и противоопухолевым эффектом при лечении гормонозависимых опухолей. Выявлены аналоги с высокой контрацептивной и гестагенной активностями. У разрабатываемого кандидата – капроната мепрегенола ацетата  выявлена более высокая противораковая активность при сравнении  со стандартно используемыми гестагенными препаратами.
• Разработан способ биосинтеза цефалоспорина С с использованием нового штамма Acremonium chrysogenum ВКМ F-4081D на уровне, удовлетворяющем промышленное производство данного вещества.
• Оптимизирован протокол агробактериальной трансформации штаммов Aсremonium chrysogenum  — продуцентов цефалоспорина С. Полученные векторные конструкции и разработанные протоколы генетической трансформации могут быть модифицированы для трансформации промышленно-ценных грибов c целью повышения продуктивности, стабильности и др. производственных характеристик штаммов грибов-продуцентов ферментов и соединений (совместно с Гр. генетической инженерии грибов).
• Определена динамика экспрессии ключевых генов биосинтеза и транспорта цефалоспорина С в процессе антибиотикообразования у штаммов A. chrysogenum, различающихся более чем на порядок по уровню продукции цефалоспорина С  (совместно с Гр. генетической инженерии грибов).
• Охарактеризованы функции белка CefT в регуляции продукции цефалоспорина С  у A. chrysogenum.  С использованием CefT-CFP гибридов определена субклеточная локализация cefT в клетках дрожжей и A. chrysogenum, показана способность  CefT комплементировать функции генов, кодирующих ортологичные MFS транспортеры сахаромицетов . Показано, что конститутивная экспрессия CefT в A. chrysogenum приводит к изменению профиля биосинтеза цефС и его предшественников (совместно с Гр. генетической инженерии грибов).
• Изучено влияние экзогенных полиаминов на уровень продукции цефалоспорина С и экспрессию генов его биосинтеза и регуляции в лабораторном и промышленном штаммах A. chrysogenum ATCC 11550 и ВКМ F-4081D, отличающихся более чем в 100 раз по уровню продукции цефС. Показано, что добавление 5 мМ 1,3-диаминопропана и 5 мМ спермидина приводит к стимулированию роста A. chrysogenum на плотной питательной среде и повышению продукции цефалоспорина С после 120ч культивирования, а также активирует экспрессию регуляторных генов биосинтеза цефалоспорина С (laeA и adoMetDC) и экспрессию ранних биосинтетических генов (pcbAB, pcbC, cefD2).

СОСТАВ ЛАБОРАТОРИИ

ИННОВАЦИОННЫЕ РАЗРАБОТКИ

УНИКАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

1. Разработка биотехнологических процессов получения биологически активных веществ на основе микробного биосинтеза
2. Наработка опытных и опытно-промышленных партий биотехнологической продукции
3. Разработка регламентов на производство биологически активных веществ
4. Селекция штаммов-продуцентов