После долгих десятилетий застоя и потерь российская генетика постепенно восстанавливается, сталкиваясь с новыми глобальными вызовами. Сегодня перед учеными стоит задача не только восстановить утраченные позиции, но и найти ответы на одну из главных угроз, которую создало само человечество, – устойчивость микроорганизмов к антибиотикам. Для решения данной проблемы ученые кафедры физиологии растений, биотехнологий и биоинформатики БИ ТГУ совместно с коллегами из ведущих научных организаций России реализовали крупный междисциплинарный проект, направленный на поиск генетически «чистых» бактерий, не содержащих устойчивости к антибиотикам.
Россия отстала на десятилетия
– В 1920–1930-х годах советская генетическая школа (Н. Вавилов, Н. Кольцов, С. Четвериков, Ю. Филипченко) была одной из сильнейших в мире, а страна занимала лидирующие позиции в фундаментальных биологических исследованиях, – рассказывает заведующая кафедрой физиологии растений, биотехнологий и биоинформатики БИ ТГУ Ольга Карначук. – Потенциал был колоссальным: советские ученые имели все шансы первыми расшифровать структуру ДНК, существенно улучшить сельское хозяйство, предотвратить послевоенный голод и выстроить передовую систему здравоохранения.
Однако политическое вмешательство в научные споры и идеологическая кампания, получившая название «лысенковщина», разгромили отечественную школу. В августе 1940 года во время научной экспедиции Николай Вавилов был арестован органами НКВД по сфабрикованному делу. Его обвинили в участии в антисоветской организации, вредительстве в сельском хозяйстве и шпионаже. Главной причиной травли и ареста стало научное противостояние с академиком Трофимом Лысенко, который продвигал псевдонаучные идеи и пользовался поддержкой руководства страны. Вавилов открыто критиковал его взгляды, защищая классическую генетику.
Ученый был приговорен к расстрелу, но позже эту меру наказания заменили на 20 лет лагерей. Из-за голода и содержания в тяжелых тюремных условиях Вавилов тяжело заболел и скончался. Его полностью реабилитировали в 1955 году за отсутствием состава преступления. Но вмешательство государства в науку и расправа над учеными отбросили генетику, медицину и сельское хозяйство страны на десятки лет назад. Была уничтожена непрерывная база исследований. В результате аграрный сектор лишился собственных устойчивых сортов и племенного материала, что сегодня вылилось в бытовую зависимость от импорта семян. В медицине были упущены технологии ранней диагностики наследственных и онкологических заболеваний.
В конце 1980-х и 1990-х годах, когда на Западе происходил бум генной инженерии и коммерциализации биотехнологий, отечественная наука переживала период системного кризиса и выживала в основном за счет международных грантов. Сегодня России приходится с трудом наверстывать упущенное в условиях жесткой технологической конкуренции.
Возврат в допенициллиновую эпоху
Сегодня правительство РФ понимает необходимость восстановления генетического потенциала. В 2020 году в рамках Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий был объявлен масштабный конкурс. Проект Томского государственного университета (ТГУ) стал одним из трех победителей федерального уровня, получив грантовое финансирование (320 миллионов рублей государственных средств и 32 миллиона рублей привлеченных внебюджетных средств).
ТГУ выступил головной организацией междисциплинарного консорциума. В него вошли ведущие научные центры страны: ФИЦ «Биотехнологии» РАН, МГУ имени М.В. Ломоносова, НИЦ «Курчатовский институт», Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН и Фонд «Поддержка проектов в области образования». Команда под руководством заведующей кафедрой физиологии растений, биотехнологии и биоинформатики БИ ТГУ Ольги Карначук нацелилась на решение одной из важных мировых проблем – распространения антимикробной резистентности (АМР) в микроорганизмах-продуцентах пищевых и сельскохозяйственных продуктов.
По данным, опубликованным в докладе Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), в 2023 г. каждый шестой лабораторно подтвержденный случай заражения распространенными бактериальными инфекциями в мире характеризовался устойчивостью к лечению антибиотиками. За период с 2018 по 2023 г. рост устойчивости продемонстрировали более 40% отслеживаемых комбинаций «патоген-антибиотик» при ежегодном увеличении их доли в среднем на 5–15%.
ВОЗ включила устойчивость бактерий в список 10 наиболее серьёзных угроз человечеству. Сегодня 700 тысяч человек на планете ежегодно умирают из-за устойчивости к антибактериальным препаратам, и, по оценкам экспертов, к 2050 г. количество смертей от антибиотикорезистентности может увеличиться до 10 миллионов, из них 2,4 миллиона – в странах с высоким уровнем развития.
– Как оказалось, данная проблема не совсем очевидна даже для специалистов-биологов, – говорит Ольга Карначук. – Когда мы защищали наш проект в Минобрнауки РФ, были эксперты, которые усомнились в масштабности распространения антибиотикорезистентности российских предприятиях. И когда мы озвучили причину, что она не столько в бесконтрольном приеме препаратов (этот фактор сейчас государство регулирует), а в повсеместном использовании анитибиотиков сельхозпроизводителями, некоторые эксперты говорили: «Не может быть!» Мы отвечали: «Может! Иначе бы не наблюдали ту печальную картину, которую видим сегодня». В итоге нам удалось их убедить. Еще больше подтверждающих факторов мы обнаружили уже в ходе исследований.
На поиски «чистых» бактерий без устойчивости к антибиотикам у ученых ушло более двух лет. При этом пробы отбирались практически по всей территории России. Образцы молочнокислых продуктов приобретались не в магазинах, а на рынках – у фермеров, частников по всей России, от Хабаровска и Владивостока до Архангельска. Наряду с этим биологи исследовали на резистентность к антибиотикам продукцию многих крупных производителей. Для того чтобы максимально повысить охват территорий, ученые в рамках гражданской науки привлекли волонтеров. В основном это были студенты сельскохозяйственных техникумов.
– «Чистые» штаммы лактобактерий мы обнаружили в шубате – кисломолочном продукте, произведённом из молока верблюдов. Животные выращены в Горном Алтае в районе Чуйского тракта. Второе название шубата – «верблюжья простокваша», – делится Ольга Викторовна. – Владельцы верблюдов ставят животным обязательные прививки, но не применяют никаких препаратов в процессе выращивания. Верблюды и зимой и летом добывают корм самостоятельно — питаются травой и мелкими кустарниками в дикой природе. Полученные штаммы с помощью молекулярно-генетических методов были проверены на резистентность к антибиотикам. Анализ показал – это именно то, что мы так долго искали!
«Чистые» штаммы используются учёными Биологического института ТГУ для приготовления кисломолочного продукта в лабораторных условиях. Наряду с экологичностью большим плюсом кисломолочного продукта является простота его вывода на рынок. Поскольку лактобактерии являются естественной составляющей организма человека и других млекопитающих, продукты на основе этих микроорганизмов не требуют сложного процесса сертификации.
Деятельность молодёжной лаборатории, созданной после окончания большого проекта по программе ФЦНТП, будет способствовать не только улучшению качества российских продуктов, но и расширению их ассортимента. Уход зарубежных поставщиков из-за санкций создал критический дефицит: российское молочное производство потеряло более 50% заквасок. В то время как датская компания Chr. Hansen обладала 50 000 штаммов, отечественные производители оперируют лишь тысячами.
Микробиологи ТГУ помогают восполнить российские коллекции промышленных микроорганизмов за счет поставки генетически «чистых» молочнокислых бактерий, которые станут основой для выпуска качественных и безопасных продуктов.
Десятки чистых штаммов уже переданы промышленному партнеру ООО «Угличская биофабрика». Это новое крупнейшее высокотехнологичное предприятие России. Выход на полную мощность планируется в 2026 году. Биофабрика будет производить до 25 процентов заквасок от всей потребности российских предприятий.
– Штаммы, выделенные специалистами ТГУ, после исследований их протеолитической активности и, соответственно, характера вкуса, который они потенциально способны придавать сырам в процессе созревания, могут быть использованы в составе заквасок для сыров, а также в качестве защитных культур против микроорганизмов – возбудителей порчи ферментированной молочной продукции, – рассказала руководитель сектора исследований и разработок научного технологического центра развития биотехнологий ООО «Угличская биофабрика» Ирина Мозговая.
Добавим, что учёные и представители индустрии намерены продолжить сотрудничество, которое необходимо для динамичного развития отечественной молочной промышленности. Директор ООО «Угличская биофабрика» Дмитрий Фурсаев отметил, что взаимодействие компании с университетом очень важно, в том числе с точки зрения возможности привлекать на фабрику выпускников ТГУ.
Яки «под микроскопом»
Несмотря на завершение большого проекта по гентеху, исследования в начатом направлении продолжаются. Ранее полученный научный задел позволил микробиологам ТГУ выиграть конкурс на создание молодежных лабораторий. В конце 2025 года в составе кафедры появилась лаборатория микробных технологий. Ее сотрудники сфокусировались на поиске, выделении, изучении и культивировании «чистых» бактерий из микробиома сельскохозяйственных и диких животных. Проще всего такие микроорганизмы извлечь из продуктов жизнедеятельности, например молока коров и верблюдов.
Именно с дикими животными, находящимися на свободном выпасе, у учёных связаны большие надежды. Ранее они произвели отбор проб фекалий яков и краснокнижных архаров, обитающих на границе с Монголией. «Чистые» бактерии, за которыми «охотятся» учёные, могут быть использованы не только в пищевой промышленности, но и в медицине в качестве основы для пробиотиков.
– Это очень важная область применения, и в ней тоже существуют проблемы, – отмечает Ольга Карначук. – Как показал ряд исследований наших коллег, в пробиотиках, которые должны восстанавливать поврежденный микробиом, обнаруживаются бактерии с устойчивостью к антибиотикам. Это связано с механизмом производства и отсутствием строгого контроля. Микроорганизмы, которые выступают основой для пробиотических препаратов, часто получают из фекалий животных и человека. Но дело в том, что и животные, и человек, могли получать антибиотики в процессе жизнедеятельности. До настоящего времени на этот факт просто не обращали внимания.
Крайней необходимости контроля в данной области посвящена недавняя статья микробиологов ТГУ. Первым автором выступил профессор кафедры физиологии растений, биотехнологий и биоинформатики Биологического института ТГУ Алексей Чурин. Особое внимание уделено новым геномным и вычислительным подходам к оценке безопасности.
– Безопасность пробиотиков не является гарантированным фактором. Она зависит от конкретного штамма, дозировки и клинического контекста, – поясняет один из авторов статьи, профессор кафедры физиологии растений, биотехнологий и биоинформатики Биологического института ТГУ Алексей Чурин. – Для здоровых людей большинство традиционных пробиотиков действительно безопасно, однако для уязвимых групп – пациентов с иммунодефицитами, людей с серьезными сопутствующими заболеваниями – описаны редкие, но значительные побочные явления.
Данная статья имеет очень высокое цитирование, что лишь подтверждает наличие проблем с качеством товаров, представленных на российском и мировом рынках пробиотиков. Добавим, что в середине 2026 года молодежная лаборатория микробных технологий выиграла грант РНФ на проект, в задачи которого входит расширение спектра изучаемых бактерий из микробиома диких и сельскохозяйственных животных.
Одним из важнейших результатов проекта микробиологов ТГУ по генетическим технологиям стало создание биобанка сельскохозяйственно значимых микроорганизмов. Биобанк содержит более 10 000 образцов компоста, фекалий животных, кисломолочных продуктов и микроорганизмов, для которых определены 80 метагеномов, 1578 геномов микроорганизмов, собранных из метагеномов (MAG), 675 профилей микробиоты по генам 16S рРНК. География сбора образцов по всему широтному профилю Российской Федерации представлена на интерактивной карте биобанка ТГУ.
Без преувеличения, данный биобанк является ресурсом, стратегически важным для страны, поскольку собранные в нем микроорганизмы важны для обеспечения здоровья нации и промышленной безопасности России.