ИОГен РАН – участник Национального проекта по развитию биоэкономики
В специальном выпуске журнала «Биотехнология», посвященном Национальному проекту «Технологическое обеспечение биоэкономики», опубликован аналитический обзор заведующего отделом генетических биотехнологий ИОГен РАН, д.б.н., проф. Валерия Николаевича Даниленко, в котором представлена стратегия развития одного из перспективных направлений современной биотехнологии — создания микробиомнаправленных биопрепаратов.
Концепция биоэкономики основана на трех принципах: замена невозобновляемого ископаемого сырья на возобновляемые ресурсы; биотехнологическая переработка биомассы в безотходных процессах; устойчивое получение продуктов, энергии и материалов. Реализацией биоэкономического подхода в области биомедицины является создание биотехнологических продуктов, воздействующих на микробиоту кишечника и ее функциональные компоненты. Этому и посвящен обзор В.Н. Даниленко «Нацеленные на микробиом биопрепараты: от пробиотиков к живым биотерапевтическим препаратам и постбиотикам».
Микробиомнаправленные препараты (МБНП) — биотерапевтические и специализированные пищевые продукты, воздействующие на состав микробиоты, ее функциональный генетический потенциал, метаболиты и межклеточные сигнальные взаимодействия. Их основу составляют конкретные штаммы или функциональные микробные компоненты с установленными молекулярными мишенями, биомаркерами и клиническими исходами, что позволяет проектировать продукты с контролируемым составом.
Микробиота желудочно-кишечного тракта может быть одновременно мишенью лечения и фактором, определяющим ответ на лекарственный препарат. Микробиомные сигнатуры — сочетания таксономических признаков, генов, метаболитов и других измеряемых параметров — рассматриваются как потенциальные биомаркеры состояния организма и ответа на терапию. Микробиомнаправленные подходы разрабатываются для профилактики и комплексной терапии заболеваний кишечника, метаболических, психоневрологических, аутоиммунных и онкологических заболеваний.
Научно-технологическая кооперация в области микробиомнаправленных препаратов развивается в рамках Консорциума «Нейромикробиом», в котором участвует лаборатория генетики микроорганизмов ИОГен РАН. Создание продукта начинается с формирования функциональной архитектуры заболевания. Объединяются данные метагеномики, транскриптомики, протеомики, метаболомики, клинических наблюдений и биомаркерной диагностики. В ИОГен РАН формируется специализированная система биобанкинга функциональных бактерий микробиома человека. Сравнительная геномика и омиксные технологии позволяют находить гены и белки, связанные с нейромодулирующей, иммуномодулирующей и противовоспалительной активностью. Эту стратегию специалисты ИОГен РАН применяют для формирования панели кандидатов, которые затем проверяют in vitro, на клеточных и животных моделях.
В обзоре представлены примеры микробиомнаправленных разработок лаборатории генетики микроорганизмов ИОГен РАН. Один из них — нейробиотик, препарат-кандидат «Супербакт» на основе штамма Limosilactobacillus fermentum U-21 (капсулированная форма — «БПЛФ21»), рассматриваемый для применения в комплексной терапии болезни Паркинсона. В экспериментальных исследованиях на моделях паркинсонизма показано его влияние на моторную активность, антиоксидантный статус и содержание α-синуклеина.
Другой пример — иммунокорректирующий белок FN3, участвующий в регуляции провоспалительных сигнальных путей. Его разработка включает идентификацию белка и его молекулярных мишеней, получение стандартизированного ингредиента и оценку способности ограничивать избыточную продукцию провоспалительных цитокинов. К перспективным разработкам Консорциума «Нейромикробиом» относятся также фармбиотики «АнтиНИВ», «АнтиНИВ 2» и проекты постбиотических продуктов для детей раннего возраста, разрабатываемых с использованием отобранных штаммов Faecalibacterium.
В обзоре В.Н. Даниленко описана поэтапная стратегия развития микробиомнаправленных препаратов. В нее входят паспортизация коллекций, стандартизация функционального скрининга и формирование национальной системы биобанкинга; выпуск стандартизированных БАД и специализированных продуктов на основе отечественных штаммов; перевод перспективных кандидатов в категорию лекарственных препаратов или живых биотерапевтических препаратов после доклинической и клинической оценки. Стратегически микробиомнаправленные препараты могут стать самостоятельным сегментом отечественной биоэкономики при организации полного технологического цикла: биобанк → геномный и омиксный анализ → функциональный скрининг → доклинические и клинические исследования → промышленное производство.
ИОГен РАН обладает научно-технологической базой для участия в реализации задач Национального проекта «Технологическое обеспечение биоэкономики». Она включает коллекции микроорганизмов и систему биобанкинга, компетенции в области генетики, сравнительной геномики и омиксных технологий, а также разработки нейробиотиков, иммунобиотиков и постбиотических продуктов. Междисциплинарная кооперация в рамках Консорциума «Нейромикробиом» создает основу для продвижения таких разработок от фундаментальных исследований к стандартизированным биотехнологическим продуктам.