Коллективная монография представляет одно из направлений исследований, развивающихся на кафедре химической энзимологии в лаборатории экобиокатализа Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова. В монографии представлены результаты самих авторов и изложены подходы к решению одной из актуальных проблем, связанных с необходимостью снижения токсичности различных сред, которые контаминированы микроскопическими грибами и их высокотоксичными метаболитами, вызывающими тяжелые заболевания у человека и животных, которые могут сопровождаться летальными исходами. Микотоксины, синтезируемые различными микроскопическими грибами, обладают высоким уровнем нейро-, гепато-, нефро-, иммунотоксичности, вызывают развитие онкологии. Поскольку микотоксины преимущественно накапливаются в сельскохозяйственном сырье и животноводческой продукции, в кормах для животных и продуктах пищевой промышленности, то попадание их в конечном счёте в организм человека поднимает вопросы необходимого обеспечения химической безопасности. Применение различных методов детоксификации, и, в первую очередь, разработка природоподобных процессов для нейтрализации токсичных эффектов от воздействия микотоксинов с параллельным быстрым контролем результативности предпринимаемых действий, стоят на переднем плане в научных исследованиях и разработках, ориентированных на практическое применение. Материалы, представленные в монографии, раскрывают возможность развития таких методов на основе использования различных ферментов - биокатализаторов трансформации и детоксификации микотоксинов в смесях, находящихся, в том числе, в средах со сложным химическим составом. Книга будет полезной для студентов, аспирантов, научных сотрудников, специализирующихся в области сельскохозяйственной, медицинской, экологической, промышленной энзимологии, биокатализа, молекулярной биологии, биотехнологии, биоинформатики, пищевой промышленности.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие

Данная монография является коллективным трудом, который представляет научные результаты исследований теоретического и прикладного характера, выполненные при поддержке Российского научного фонда. Они проведены авторами, являющимися сотрудниками научно-исследовательской лаборатории Экобиокатализа кафедры химической энзимологии Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, основное направление деятельности которой напрямую связано с изучением свойств и механизмов действия различных ферментов при решении разных экологически ориентированных задач.

Проблема загрязнения микотоксинами, синтезируемыми различными клетками мицелиальных грибов, различного сельскохозяйственного сырья, кормов и продуктов питания в современном мире становится все более тревожной, поскольку наряду с разработкой и совершенствованием методов обнаружения микотоксинов накапливаются сведения об их наличии в различных анализируемых образцах. При этом весьма актуальной является разработка экспрессных методов анализа микотоксинов, которые могли бы сократить сроки и стоимость выявления присутствия микотоксинов в разных средах и материалах. Новые эффективные методики крайне необходимы как для отбора потенциальных детоксификаторов микотоксинов, так и для оценки эффективности их действия в различных условиях.

Сегодня для снижения токсичности сельскохозяйственного сырья и кормов для животных, загрязненных микотоксинами, развиваются различные физические, химические и биологические методы. Наиболее мягкими условиями их реализации характеризуются именно биокаталитические методы трансформации микотоксинов, которым в данной монографии и отдается основное внимание.

Ряд микроорганизмов и некоторые растения обладают биохимическими механизмами защиты от токсического воздействия микотоксинов. Превращение микотоксинов в клетках этих живых организмов катализируется рядом ферментов, среди которых идентифицированы оксидазы, пероксидазы, лактонгидролазы, лакказы, липазы, амидазы, аминотрансферазы и др. Сегодня получены рекомбинантные варианты этих ферментов, в том числе их фьюжен-ферменты с использованием современных генетических методов исследования. Ферменты являются основой для разработки новых эффективных материалов с дезактивирующей активностью в отношении различных микотоксинов. Изучение и знание свойств ферментов, источников их выделения и специфики действия, а также продуктов реакций, катализируемых ими, составляют современную научную базу для создания новых эффективных средств защиты от воздействия высоко токсичных микотоксинов (сорбентов, тканей и т. д.).

Особый интерес представляют разработанные нанобиокатализаторы в виде комбинаций ферментов, стабилизированных в полиэлектролитных комплексах с поли(аминокислотами) и другими соединениями, обладающими антифугнальными свойствами. Их применение позволяет одновременно разрушать микотоксины, в том числе в смесях, а также подавлять рост грибных клеток, синтезирующих микотоксины. Они безопасны и перспективны для применения, как в сельском хозяйстве, так и в пищевой промышленности. Для отбора наиболее эффективно действующих комбинаций ферментов-деструкторов микотоксинов и их партнеров по детоксифицирующим и дезинфицирующим вариантам активно используются компьютерные методы анализа межмолекулярных взаимодействий.

Сегодня для снижения токсичного воздействия микотоксинов на животных в их корма добавляют различные сорбенты. Часть микотоксинов выводится из организма с этими сорбентами. В результате образуются объемные отходы животноводства, содержащие смеси микотоксинов. Известно, что частично снизить исходную концентрацию микотоксинов удается в процессе анаэробной конверсии загрязненных субстратов. И это одна из тех тематик, которые являются актуальными и освещаются в этой монографии.

В монографии представлен анализ работ по разрушению микотоксинов под действием ферментов, присутствующих в клетках анаэробных консорциумов, катализирующих метаногенез различных отходов. Обсуждается возможность улучшения функционирования анаэробных искусственных консорциумов при детоксикации микотоксинов в птичьем помете. Особое внимание уделено возможности эффективного функционирования микробных ферментов, катализирующих детоксикацию микотоксинов, как на стадии подготовки птичьего помета к метаногенезу, так и непосредственно в самом анаэробном процессе. Предварительная щелочная обработка птичьих экскрементов перед переработкой в анаэробном реакторе рассмотрена с позиций эффективного снижения концентрации микотоксинов в отходах.

Поскольку синтез и секреция грибами микотоксинов является одним из важнейших средств их собственной защиты и выживания при конкуренции с другими живыми объектами, то нейтрализация действия микотоксинов является, таким образом, одним способов супрессии микроскопических грибов, ингибирования их метаболической активности и роста, перехода в формы, более устойчивые к физико-химическим воздействиям, и в первую очередь, к антимикробным агентам. Представленные в монографии материалы раскрывают основные подходы к разрушению средств защиты у клеток разных микроскопических грибов.

Книга предназначена для широкого круга специалистов в области химической, инженерной, медицинской, аналитической и экологической энзимологии, для молодежи, которая только начинает свой путь в науке, а также для ученых, которые создают новые направления развития российской науки и видят дальнейшие перспективы её прогресса на основе достигнутых результатов в исследовании и применении ферментов в различных областях (экологии, медицине, создании новых материалов, сельском хозяйстве, животноводстве, пищевой промышленности, охране окружающей среды, разработке систем биозащиты).

Редактор -
профессор Е.Н. Ефременко