Член-корреспондент РАН В.А. Демаков:
"Увлечённость осталась со мной на всю жизнь..."

Виталий Алексеевич Демаков — директор Института экологии и генетики микроорганизмов, член президиума Пермского научного центра, председатель экспертного совета ПНЦ по биологическим наукам и член Объединенного ученого совета по биологическим наукам Уральского отделения РАН. Многие годы он посвятил исследованиям различных аспектов химического мутагенеза в районах промышленного загрязнения уральских территорий и разработке методов выявления и оценки опасных мутагенов. Руководил комплексными исследованиями по анализу эколого-генетических последствий антропогенного воздействия на среду, результатом которых стало создание методической основы для оценки уровня и характера генотоксической нагрузки на население, а также составление специализированного информационного регистра «Химические мутагены». Еще одна сфера научных интересов возглавляемой им лаборатории химического мутагенеза — природные микроорганизмы, пригодные для различных биотехнологий: поиск и выделение их из природной среды, изучение и направленная селекция и создание биокатализаторов. В течение многих лет, с новыми публикациями и докладами на конференциях постоянно рос научный авторитет пермских микробиологов. В этом году В.А. Демаков был избран членом-корреспондентом Российской академии наук, что стало поводом для разговора с ним в нашей редакции.


 

   — Виталий Алексеевич, исходя из вашего личного опыта, — как совсем молодой человек, студент решает связать свою жизнь именно с наукой?

   — С третьего курса Пермского медицинского института я занимался в студенческих научных кружках. Может быть, это произошло даже случайно, но я считаю, что мне очень повезло: я попал в кружок при кафедре общей гигиены и экологии человека. Заведовала ей ныне уже, к сожалению, покинувшая нас профессор Мария Львовна Красовицкая — человек удивительный, чрезвычайно увлеченный, энергичный и жизнелюбивый. Общение с ней произвело на меня огромное впечатление. Естественно, впервые попав на заседание кружка, я вряд ли мог ориентироваться в научной проблематике, но меня увлекли эмоциональная подача материала, какие-то личностные качества выступавших перед нами преподавателей. …Вот, собственно, с этого все и началось.

   — Наверное, влияла и «аура» Перми как университетского и культурного центра?

   — Да, конечно. Я сам из провинции — из города Котельнича, районного центра в Кировской области. Конечно же, культурная, общественная жизнь областного города, весь социальный уклад отличался от привычного с детства. Все для меня было новым и крайне интересным. Поступив в мединститут, я получил возможность общения с действительно очень образованными, культурными, эрудированными специалистами, и, конечно же, я гордился званием студента. Институт я окончил с отличием, а что касается непосредственно науки… Преподаватели, вообще все сотрудники кафедры очень по-доброму относились к студентам, интересующимся именно исследовательской работой. Кафедра наша вообще уникальна. Под руководством Марии Львовны она первой в городе стала широко применять договорные отношения, работать по заказу. Так, кстати, развивались исследования, к которым я подключился. Токсикология, нормирование химических веществ, изучение биологической активности различных соединений — интереснейшие темы, большая и достаточно хорошо оснащенная лаборатория, где я с увлечением осваивал технику эксперимента, накапливал результаты, полученные уже собственными руками, знакомился с научной литературой. И к пятому курсу я уже не представлял себе другого направления деятельности. Увлеченность тех лет, как выяснилось, осталось со мной на всю дальнейшую жизнь.
 

На шестом курсе М.Л. Красовицкая предложила продолжить обучение в аспирантуре. Там я подготовил и в 1975 г. защитил кандидатскую диссертацию, затем три года проработал на кафедре ассистентом.
 

В том же здании, где находилась кафедра, в 1971 г. открылось одно из первых академических подразделений в Перми — отдел экологии и селекции микроорганизмов Института экологии растений и животных УНЦ АН СССР. Возглавлял его молодой доктор наук Роберт Алексеевич Пшеничнов. Отдел был небольшой по численности, но там работали мои сокурсники и другие выпускники мединститута: В.П. Коробов, А.Г. Ткаченко (они работают у нас и сейчас)… Мы тесно общались на профессиональные темы, да и вообще отношения всегда были очень теплыми. Конечно же, в должности ассистента институтской кафедры я работал и как преподаватель, в студенческом научном кружке я сам уже прививал старшекурсникам интерес к науке и видел потом, как лучшие из них выбирали путь исследователя. Но еще во время учебы я понял, что научная работа для меня гораздо более привлекательна.
 

И вот, в июне 1978 г., по приглашению Р.А. Пшеничнова я пришел в отдел экологии и генетики микроорганизмов ИЭРЖ и вскоре принял руководство только что созданной группой генетического контроля. Поначалу задачей этой группы было освоение и затем использование микробных тест-систем для выявления и оценки мутагенов окружающей среды. Мутагены — это химические соединения, которые могут взаимодействовать с наследственными структурами клеток, например, человека, в результате чего в этих структурах возникают нарушения, меняются свойства генов, кодирующих процессы синтеза белков.
 

— Была ли эта работа связана со спецификой именно региональной экологической ситуации?
 

— Конечно. В Перми и области расположены крупные химические производства, в том числе и военно-промышленного комплекса. Они, без сомнения, «нагружали» близлежащие территории весьма агрессивными генотоксичными веществами, а также химическими соединениями-канцерогенами, способными инициировать опухолевые процессы.
 

Во всем мире в 1970-е годы эта проблема и связанные с ней научные направления переживали настоящий бум. Много говорили о том, что мутагены и канцерогены, циркулирующие в окружающей среде, оказывают на нее опасное давление, которое способно привести к катастрофическому, взрывному увеличению числа врожденных патологий и онкологических заболеваний. В первую очередь западные генетики и экологи, но также и их коллеги в СССР энергично разрабатывали различные тест-системы для определения и оценки силы и особенностей мутагенного воздействия на клетки живых организмов. Изначально эти системы и методики были чересчур сложными и трудоемкими, и в середине семидесятых ученые остро нуждались в том, чтобы они были, с одной стороны, возможно более точными и адекватными, а с другой — простыми и дешевыми. В качестве объектов тестирования были выбраны микроорганизмы, различные бактерии. Первенство здесь удерживали крупнейшие лаборатории США и Западной Европы, оснащенные техникой для исследований на молекулярном уровне. К тому же, как известно, с 1948 г. и даже тогда, когда я изучал биологию в институте, генетика в нашей стране была под запретом, и это обернулось для нас значительным отставанием. В 1970-е годы, приобретя уже определенный багаж знаний в этой области, мы занялись совершенствованием уже разработанных тест-систем. К созданию новых методов теоретически, быть может, мы и были готовы, но соответствующей технической базой и реактивами тогда еще не были обеспечены. Совершенствуя тест-системы, мы сообщали им новые свойства, повышали чувствительность, экспрессность, устойчивость, адаптируя к нашим условиям, возможностям и задачам. Нужные штаммы бактерий для исследований мы получали из различных лабораторий США, Германии, Франции.
 

Во второй половине 1980-х — начале 1990-х годов мы активно участвовали в эколого-генетической оценке загрязнения окружающей среды на промышленных территориях Пермской области. Администрация и производственники Перми, Березников и других городов использовали результаты нашей работы для решения экологических проблем, полученные нами данные — для разработки программ уменьшения объемов вредных выбросов и реабилитации территорий. Госсанэпиднадзор применял наши методы для мониторинга динамики загрязнения. Усовершенствованные микробные тест-системы мы тиражировали для исследователей в Москве, Санкт-Петербурге, Казани и других городах.
 

Некоторые токсичные вещества, поступающие в человеческий организм, сами могут не вызывать изменений в геноме клеток. Под воздействием ферментов они претерпевают определенные превращения в крови, печени и т.д., и продукты метаболизма могут быть более опасными, чем исходное соединение. Нами была оптимизирована тест-система, моделирующая эти процессы в организме млекопитающих: были изготовлены специальные препараты из печени животных, где имеется весь набор ферментов. Соединение в тесте бактерий, этого препарата и изучаемого генотоксичного вещества дает результат, вполне соответствующий процессам, происходящим в животном организме. Препарат этот мы получили и выпускали опытными партиями, объединив усилия с предприятием «Биомед», чьи технологии позволяли должным образом консервировать биологический материал.
 

Являясь академическим подразделением, одновременно с прикладными мы решали и фундаментальные задачи. Изучали механизмы взаимодействия соединений и наследственных структур, особенности проявления этих эффектов для различных веществ, их биологическую активность. Накапливалась база данных, которая позволила нам выявить ряд закономерностей — например, влияние структуры некоторых химических соединений на их генотоксическую и канцерогенную активность.
 

В 1988 г. отдел был преобразован в Институт экологии и генетики микроорганизмов, который возглавил в то время доктор медицинских наук, сейчас академик РАН В.А. Черешнев. А на основе нашей группы была создана лаборатория химического мутагенеза. Конечно, организация института, которой способствовал председатель Уральского отделения Академии наук Г.А. Месяц, придала новый импульс всей работе, появилось современное оборудование, финансовая поддержка. Затем в 90-е годы нам, как и всем, приходилось скорее выживать, чем жить в полную силу, хотя по основным параметрам мы старались сохранить уровень научной работы. Уходили молодые перспективные специалисты, не хватало финансов, но несмотря ни на что мы получали и публиковали неплохие результаты, проводили конференции.
 

— Но как раз в те годы появилась и возможность выхода на международную арену…
 

— Да, мы начали публиковаться в специализированных международных журналах и сборниках, возникли многочисленные творческие, научные связи с коллегами из Германии, Дании, Шотландии, с известным микробиологом Р. Атласом из Луисвилля в Соединенных Штатах… Зарубежные специалисты с удовольствием приезжали на наши конференции.
 

— Говоря о 1970–1980-х, вы употребили слово «бум». Значит ли это, что сейчас ситуация другая, и ваши исследования не столь востребованы?
 

— Возможно, но ведь в науке всегда так бывает… Сейчас, например, считается, что в области нанобиотехнологий можно получить действительно передовые результаты, которые продвинут нас в понимании фундаментальных явлений, зависимостей и закономерностей, позволят получать новые материалы с уникальными свойствами. Чуть раньше наблюдался всплеск активности в молекулярной генетике — очень многие включились в расшифровку генома человека… Проблематика исследований по химическому мутагенезу сейчас не в такой степени «у всех на устах», но она не стала менее важной, и ею по-прежнему занимаются во многих лабораториях мира.
 

— Еще одно направление деятельности лаборатории — разработки в области биотехнологий. С чего они начинались?
 

— Обнаружение в среде нежелательных веществ, изучение и оценка их биологической опасности — это важно, но саму проблему загрязнения это не решает. Что делать? Ограничить поступление таких компонентов в среду, отказаться вообще от их получения и применения? Это не всегда возможно. Более эффективным представляется применение методов и технологий, которые бы без экологических последствий разрушали мутагены и канцерогены.
 

Накопленный нами багаж знаний подсказывал, что такие технологии могут быть основаны на использовании бактерий. Несмотря на то, что человек своей деятельностью оказывает все большее давление на все компоненты природы, она, как мы знаем, защищает себя сама, поддерживает свой гомеостаз. Попадая в естественную среду, химические продукты оказывают воздействие на биоту, и микроорганизмы при этом также вынуждены защищать себя. Кстати, их совокупная биомасса во много раз превосходит массу млекопитающих. Наше существование немыслимо без микробного окружения.
 

…Итак, мы стали заниматься поиском природных биологических объектов, а именно бактерий, способных к разложению, деградации вредных веществ.
 

Особенно активно биотехнология начала развиваться во второй половине прошлого века, что прежде всего связано с развитием методов молекулярной генетики. Бесспорной удачей биотехнологов стало получение в 1990-х годах акриламида на основе применения ферментных систем природных штаммов бактерий с искусственно улучшенными свойствами. В природе широко циркулируют нитрилсодержащие соединения. Чтобы организмы могли их усваивать, в процессе эволюции бактерий сложились специальные ферментные системы. Свойства этих ферментов и были использованы учеными. В частности, в Японии были получены бактерии, активно осуществляющие конверсию (то есть превращение) нитрила акриловой кислоты с образованием акриламида. Фермент бактерий здесь действует как катализатор: реакция протекает при температуре 25–30°С, нормальном атмосферном давлении, в водной среде. Из акриламида можно получить полимер — полиакриламид. Оба соединения в очень больших масштабах востребованы самыми различными отраслями производства. Полиакриламид, например, используется в процессе очистки питьевой воды.
 

Традиционный химический синтез акриламида протекает при высоких температуре и давлении, с образованием большого количества экологически опасных побочных продуктов. Биотехнологический способ лишен всех этих недостатков, а выход конечного продукта, акриламида, составляет 99,9%. Японская компания «Нитто» на основе этих разработок развернула крупномасштабное производство акриламида и его полимеров. В конце 1990-х годов аналогичная технология была реализована и в России на отечественном биокатализаторе, полученном исследователями ИБФРМ РАН в Саратове.
 

Сейчас мы ведем исследования в двух направлениях. Во-первых, это поиск и исследование микроорганизмов, способных к деградации устойчивых токсичных соединений, таких как полиароматические углеводороды и полихлорированные бифенилы. Во-вторых, получение штаммов, пригодных для биотехнологического синтеза карбоновых кислот и амидов. Эти исследования касаются селекции бактерий, изучения их биохимии и генетики. В результате мы получаем новые знания о свойствах этих организмов.
 

Наиболее перспективные культуры бактерий мы регистрируем в региональной коллекции алканотрофных микроорганизмов ИЭГМ. Депонируем штаммы там, а также во Всероссийской коллекции микроорганизмов (ВКМ). Оттуда они могут быть востребованы специалистами.
 

На основе активных бактериальных культур мы получаем катализаторы для синтеза тех же амидов. Они прошли испытания в опытных синтезах акриламида на Пермском заводе им. С.М. Кирова и показали хороший результат. В нашей лаборатории получены также иммобилизованные биокатализаторы, которые по своей эффективности могут конкурировать с известными продуктами.
 

Одновременно получены штаммы и микробные ассоциации, активные деструкторы чрезвычайно вредных полиароматических углеводородов и полихлорированных бифенилов, при воздействии которых возможно развитие опухолей, болезней печени, крови, нарушений иммунной системы человека.
 

— Легко ли сегодня находит ваша работа понимание и поддержку на разных уровнях?
 

— В научном плане все обстоит нормально. Но проблема в другом. Все еще недостаточно осознается опасность промышленных загрязнений и невысока заинтересованность промышленных предприятий во внедрении экологически чистых технологий. Мы уже имеем и микроорганизмы, и их природные ассоциации, способные эффективно очищать сточные воды, загрязненную почву и т.д. Они «съедают», вернее, разлагают вредные вещества буквально до конечных продуктов метаболизма, до воды и углекислого газа. Все-таки мы надеемся, что наши результаты будут востребованы. Понимая, что бизнесу нужен продукт, который можно использовать непосредственно в производстве, мы готовы произвести и эту первичную «доводку» наших технологий.
 

Конечно же, и в других лабораториях нашего института, наряду с фундаментальными, должное внимание уделяется прикладным исследованиям.
 

В целом период с 2000 года представляется мне весьма позитивным: мы серьезно укрепили научную базу, обеспечили себя необходимыми реактивами и расходными материалами, у нас теперь есть высококлассная аппаратура. Это дает возможность совершенствовать методологию, сделать труд исследователя современным и, значит, привлекательным. Этому же, думаю, способствует и проведенный капитальный ремонт наших зданий. Конечно, главное внимание мы уделяем подготовке и профессиональному росту наших сотрудников. Все научные сотрудники института — доктора и кандидаты наук. Активно ведется подготовка молодых специалистов через аспирантуру. К сожалению, реализация пилотного проекта реорганизации РАН в отношении кадров поставила нас в жесткие рамки. В результате у нас сейчас есть молодые кандидаты наук, которые из-за отсутствия вакансий не являются научными сотрудниками. Остается надеяться, что положение улучшит обсуждаемая сейчас субсидиарная система финансирования. В идеале количество и состав штата института должны определяться реальными потребностями научной работы и могут колебаться в разумных пределах в соответствии только с производственной необходимостью. Сейчас при потребности 170–180 сотрудников институт располагает лишь 133 штатными единицами.
 

— Поздравляя вас с избранием в члены-корреспонденты РАН, хочется надеяться, что этот факт повысит статус и продолжающихся исследований, и уже имеющихся результатов…
 

— ...Да, и, главное, поможет институту развиваться и дальше в русле уже определившихся положительных тенденций.
 

Беседовала Евгения ИЗВАРИНА
Фото С. НОВИКОВА