Биологически активные вещества для здоровья: какие исследования развивают сегодня специалисты в области биотехнологий и наук о питании

Людмила Надточий, доцент факультета биотехнологий ИТМО и сотрудник МНЦ «Биотехнологии третьего тысячелетия»

Подсекция «Экология и биотехнологии» объединила ученых из разных стран ― участники конференции поделились опытом из сферы биотехнологий, биоинформатики и устойчивого развития. Мероприятие проводилось как часть совместного проекта со Шведским сельскохозяйственным институтом (SLU) «Междисциплинарное сотрудничество для развития точных наук о продуктах питания» (финансово поддержан Шведским институтом) в рамках конкурса «Академическое сотрудничество в регионе Балтийского моря (2020–2021)».

Сейчас наука о питании базируется на знании спектра инженерных, биологических, физических процессов и их грамотном применении при обращении с сырьевыми ресурсами, материалами и продуктами питания. Во многих из этих процессов биоинформатика играет ключевую роль и позволяет достигать точных результатов исследований. Мультидисциплинарный подход в современной науке помогает человечеству наиболее продуктивно бороться с глобальными проблемами, среди которых ― нехватка продовольствия и ухудшение качества продуктов питания. В результате проекта, который мы реализуем вместе со SLU, будут выбраны научные области, представляющие наибольший интерес для дальнейшего сотрудничества. Они станут основой для многогранной проектной деятельности в научной области между партнерами из Швеции и России.

Также международный научный центр «Биотехнологии третьего тысячелетия» развивает другое направление, идея которого возникла в результате реализации предыдущего проекта — «Производство винограда в изменяющемся климате» (ProGricc). Инициативу уже поддержали коллеги из SLU и Тбилисского государственного университета, а финансовую поддержку оказал Шведский институт. Изменение климата — одна из самых серьезных проблем, с которыми сталкивается мировое сообщество. Благодаря международному сотрудничеству как специалисты в биотехнологии, биоинформатике и экономике замкнутого цикла, так и молодые ученые — студенты магистратуры и аспирантуры трех университетов ― обменяются знаниями и опытом, а также разработают общие стратегии, способные положительно повлиять на устойчивое развитие в области виноделия в условиях изменения климата. Создать обе проектные заявки нам помог отдел международных программ и проектов, а над проектом ProGriCC также работали сотрудники брюссельского офиса-представительства ИТМО.

В целом в последние годы развивается великое множество трендов в области биотехнологий и наук о питании. Например, наша группа исследователей в МНЦ «Биотехнологии третьего тысячелетия» сейчас также работает над поиском и извлечением биологически активных веществ, которые благодаря своим профилактическим свойствам могут снизить риск развития ряда неинфекционных заболеваний ― в частности, нейродегенеративных заболеваний, например болезни Альцгеймера. Исследования в этой области актуальны во всем мире. Отслеживать тренды в ней, искать потенциальные источники биологически активных веществ, подбирать эффективные методы их извлечения и сохранения и исследовать возможности их широкого использования в составе ежедневных рационов питания — наши задачи.

В этой области мы также сотрудничаем со специалистами SLU. Цель нашей работы ― получить более достоверные данные в научных исследованиях на стыке биотехнологии, биоинформатики и наук о питании. Это позволит с более высокой степенью достоверности проводить исследования по поиску биологически активных веществ природного происхождения, чтобы их можно было рационально использовать для предотвращения рисков развития неинфекционных заболеваний.

Владимир Виеторис, доцент Словацкого сельскохозяйственного университета (Slovak University of Agriculture)

Свое выступление на конференции я посвятил роли сенсорного анализа для контроля качества продуктов в области устойчивого развития. В будущем мы можем столкнуться с ухудшением климатических условий, ростом населения и нерациональным использованием природных ресурсов, которые приведут к нехватке продуктов и сокращению биоразнообразия. Мы можем изменить ситуацию, если перейдем на органические продукты и товары из натуральных ингредиентов с «чистой этикеткой», заменим натуральное мясо искусственным или напечатанным на 3D-принтере, а также будем использовать насекомых при производстве продуктов (например, как делают муку из сверчков). Но у кого-то может возникнуть сложность с принятием инновационных продуктов, а у кого-то — пищевая неофобия (боязнь новых вкусов).

Мы пытаемся решить эти проблемы за счет сенсорного анализа — научного подхода, в котором потребители с помощью органов чувств (обоняния, осязания, зрения, слуха и тактильных ощущений) анализируют продукты, например вкус и запах, ставят оценки, а потом ученые измеряют полученные данные. Для проведения исследований существует много разных способов: это, например, фокус-группы или интервью, показывающие, как люди относятся к продуктам, распознавание эмоций на лице с помощью биометрии во время приема пищи и многие другие. В результате мы можем понять, как потребители воспринимают инновационные продукты и технологии, проанализировать факторы, влияющие на их мнение, и работать с ними, повышая доверие к новым продуктам. Также сенсорный анализ может помочь улучшить качество и увеличить срок годности пищи и перейти на более устойчивую диету, которая включает в себя сокращение мяса и молочных продуктов и использование вегетарианских и веганских продуктов органического и местного происхождения.

Сейчас я работаю над проектом Словацкой академии наук, который посвящен созданию продуктов для пожилых людей. Продолжительность жизни населения увеличивается, и через 20 лет представителей старшего поколения станет больше. С возрастом людям становится сложнее пережевывать пищу, поэтому одним из вариантов для них могут стать гели или полужидкие текстуры, которые, например, используют спортсмены на соревновании «Тур де Франс». В этом плане сотрудничество с Людмилой Надточий и Денисом Бараненко (руководитель МНЦ «Биотехнологии третьего тысячелетия» — примеч. ред.) для нас полезно, так как они разрабатывают нанокапсулы с биологически активными веществами, которые могут стать одним из ингредиентов для наших гелей. Но существует также много других актуальных направлений для исследований, например использование растительного белка в качестве замены искусственному мясу или разработка персонализированной диеты на основе генетического анализа.

Ольга Кригер, д. т. н., профессор института живых систем БФУ имени И. Канта

В нашем институте мы занимаемся биоинженерными исследованиями и научными разработками в области промышленных, экологических и агробиотехнологий, а также биоэнергетики. Сейчас мы работаем над получением биотоплива, в частности биоэтанола, из многолетних травянистых растений. В отличие от нефти и газа, это возобновляемый источник сырья. Помимо того, Балтийский регион богат морскими водорослями, произрастающими только здесь. С помощью клеточных технологий из них можно выделить биологически активные соединения и использовать их как ингредиенты для производства лекарств и продуктов функционального и специализированного назначения, например питания для пожилых людей. На мой взгляд, сейчас это актуальное направление в фудтехе.

Эрик Бонгкам-Рудлофф, профессор биоинформатики Шведского университета сельскохозяйственных наук (Swedish University of Agricultural Sciences)

В своем университете я вместе со студентами провожу исследования по разным темам, касающимся биоинформатики. Один студент изучает коров в Швеции, Эфиопии, Южной Африке и Кении и пытается ответить на вопросы, меняет ли рацион питания из разных географических локаций микробиом крупного рогатого скота и как он в свою очередь влияет на здоровье, сопротивляемость болезням и продуктивность животных. Другое исследование посвящено геному нематод — круглых червей, вызывающих филяриоз у коров. Эта болезнь похожа на лимфатический филяриоз у людей (слоновая болезнь), который приводит к нарушениям работы лимфатической системы и аномальной гипертрофии некоторых частей тела. Мы хотим исследовать геном болезни и определить мишени для лекарств. Также мы изучаем корень маниока (Cassava), который выращивают и едят в Южной Америке, Африке и Азии. Дело в том, что, когда мозаичный вирус попадает в растение, он вызывает реакцию и изменяет геном корня так, что его следующие поколения становятся невосприимчивы к вирусу.

На конференции я рассказывал о биотехнологиях и продуктах питания нового поколения. Население планеты постоянно растет, и, чтобы его прокормить, мы вырубаем леса и используем больше земли для сельского хозяйства, что в свою очередь наносит вред природе. Например, авокадо — полезный продукт, который обычно растет в тропиках, но сейчас его выращивают в других климатических поясах, из-за чего возникают пустыни, потому что для роста этому дереву нужно огромное количество воды. Поэтому в своем выступлении я говорил о том, как важно создать новые виды продуктов, содержащие более питательные элементы и требующие меньше затрат на производство. Но в то же время нам не следует использовать консерванты в продуктах, потому что они убивают микробов в нашем организме, а дисбаланс в микробиоме вызывает разные болезни.

Также нужно изучить генетику и микробиом разных людей перед тем, как предлагать пищу из одного географического региона и считать ее полезной для всех. Например, люди, которые жили в Арктике и употребляли много рыбы, богатой омегой-3, не страдали сердечно-сосудистыми заболеваниями, поэтому ученые посчитали, что всем остальным тоже нужно принимать омегу-3. Возможно, это правда, но стоит учитывать баланс микробиома. Мы должны собрать более детальную информацию, проанализировать, что происходит с микробиомом людей, употребляющих и привычную и нестандартную для их места проживания пищу.

Уверен, есть еще много проблем, которые нам предстоит решить: например, как прокормить разрастающееся население и сделать воду более чистой. Поэтому нам нужно отойти от идеи монокультур и разнообразить производство продуктов в каждой стране, а также адаптировать разные виды продовольствия к географическими условиям страны, чтобы выращивать всё у себя.

Анастасия Павлова, доцент факультета энергетики и экотехнологий ИТМО

На конференции я представляла результаты научно-исследовательской работы «Разработка функционального питания для здорового долголетия» (сокращенно — FulLife). Над этим проектом мы работаем совместно с магистрантами и аспирантами факультета биотехнологий и факультета энергетики и экотехнологий ИТМО. В течение двух лет ребята разрабатывали рецептуры новых продуктов, которые способствуют профилактике развития неинфекционных болезней, таких как диабет, сердечно-сосудистые заболевания и другие, и на конференции представили свою разработку — печенье, обогащенное протеином.

На панельной сессии мы услышали интересные доклады о трендах развития питания в 2022 году, рыбных полуфабрикатах со сбалансированными липидо-белковым составом для людей старшего поколения и возможностях использования концентрата молочного белка в хлебобулочных изделиях.

Я рада, что на конференции мы рассматривали и экологические аспекты разработки продуктов питания. Важно проводить оценку жизненного цикла новых продуктов и технологий. На мой взгляд, перспективные исследования лежат в области экономики замкнутого цикла. Фокус на ресурсосбережении и минимизации отходов при разработке новых продуктов подтверждает тенденции к устойчивости в пищевой промышленности.

---

Также в рамках конференции был организован круглый стол «Перспективы сотрудничества в сфере высшего образования» с участием партнеров из РФ и Европы. Наталья Шульгина, директор программ Фонда Потанина, рассказала о возможностях участия в различных конкурсах и грантах для ученых, преподавателей и студентов РФ. Людмила Надточий, победитель конкурса Фонда «Академический десант», поделилась​ опытом участия в нем и планами проведения Летней школы в области биотехнологий на базе Университета ИТМО.​ А Ольга Кригер рассказала об успешной реализации проекта с участием различных партнеров (он также получил поддержку Фонда). Помимо этого, участники круглого стола обсудили перспективы дальнейшего сотрудничества между академическими партнерами и направления совместной проектной деятельности в области наук о жизни.