11 2018 (189)innosfera.by/images/18.12.18.pdf · 220072, . , . , 1-129 ./ : ( +375 17) 284-16-12 e-mail: [email protected] G:MD:bBGGH

220072, г. Минск, ул. Академическая, 1-129 тел./факс: (+375 17) 284-16-12 e-mail: [email protected]

www.innosfera.by

90летНА

УКА и И

НН

ОВ

АЦ

ИИ

НО

ЯБ

РЬ

_2018 №11 (189)

№11 (189) НОЯБРЬ 2018

www.innosfera.by

НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИ

Владимир ГусаковМеждународное сотрудничество ученых Национальной академии наук Беларуси .......................................................2

Вячеслав ДаниловичКонцепция истории белорусской государственности.....................................................................................................................................................8

ОТДЕЛЕНИЕ ГУМАНИТАРНЫХ НАУК И ИСКУССТВ

Андрей ХудолейМагнито реологическая обработка точных изделий .............................................................................................................................................................30

ОТДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

Умное производство: от научной идеи до ее практического воплощения............................................................................40

ОТДЕЛЕНИЕ ХИМИИ И НАУК О ЗЕМЛЕ

Объекты отечественных биотехнологий ..........................................................................................52

ОТДЕЛЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК

Эндогенный потенциал стволовых клеток ....................................................................................................................................................64

ОТДЕЛЕНИЕ МЕДИЦИНСКИХ НАУК

Зоя КозловскаяУспехи научного плодоводства .......................................................................................74

ОТДЕЛЕНИЕ АГРАРНЫХ НАУК

Институт современной оптики ..........................................................................................16ОТДЕЛЕНИЕ ФИЗИКИ, МАТЕМАТИКИ И ИНФОРМАТИКИ

Зарегистрирован в Министерстве информации Республики Беларусь, свидетельство о регистрации №388 от 18.05.2009 г.

Учредитель: Национальная академия наук Беларуси

Редакционный совет: В.Г. Гусаков – председатель советаП.А. Витязь – зам. председателя С.В. Абламейко А.А. БриньИ.В. ВойтовИ.Д. Волотовский С.В. ГапоненкоА.Е. ДайнекоМ.А. ЖуравковЭ.И. Коломиец Ж.В. Комарова

Н.П. КрутькоВ.А. Кульчицкий М.И. МихадюкМ.В. Мясникович Д.Л. ПиневичО.О. Руммо Г.Б. Свидерский Н.С. СердюченкоБ.М. Хрусталев И.П. Шейко В.Н. Шимов А.Г. Шумилин

Главный редактор: Жанна Владимировна Комарова

Над номером работали: Ирина Емельянович Светлана Марковка Дарья Пронько Дизайн и верстка: Алексей Петров на обложке: коллаж Алексея Петрова

Отдел маркетинга и рекламы: Елена Верниковская

Адрес редакции: 220072, г. Минск, ул. Академическая, 1-129. Тел.: (017) 284-14-46 e-mail: [email protected], www.innosfera.by

Подписные индексы: 007 532 (ведомственная) 00 753 (индивидуальная) Формат 60X84 1/8. Бумага офсетная. Печать цифровая. Усл. печ. л. 9,3. Тираж 533 экз. Цена договорная. Подписано в печать 08.11.2018.

Издатель и полиграфическое исполнение: РУП «Издательский дом «Беларуская навука». Свид. о гос. рег. №1/18 от 02.08.2013. ЛП №02330/455 от 30.12.2013. г. Минск, ул. Ф.Скорины, 40. Заказ №248

© «Наука и инновации»При перепечатке и цитировании ссылка на журнал обязательна. За содержание рекламных объявлений редакция ответственности не несет. Мнение редакции не всегда совпадает с мнением авторов статей. Рукописи не рецензируются и не возвращаются.

Содержание

№11 (189) 2018

НАУКА В ФОК УСЕ ВРЕМЕНИ

Международная научная кооперация для Национальной академии наук Беларуси – стратегически важное направление деятельности не только для совместного достижения новых научных результатов мирового уровня, но и для обеспечения устойчивого экономического положения организаций, входящих в ее состав. Президиум НАН Беларуси большое внимание уделяет развитию международного научно-технического сотрудничества и наращиванию объемов экспорта высокотехнологичной продукции, работ и услуг. Достижения в этой сфере не вызывают сомнений. Так, если в 2013 г. нашими партнерами были научные организации и ученые из 74 стран, то в 2017 г. – уже из 101 государства.

Международное сотрудничество ученых Национальной академии наук Беларуси

h t t p : // i n n o s f e r a . by 3НАУКА И ИННОВАЦИИ h t t p : // i n n o s f e r a . by | №11 (189) | Ноябрь 2018 |

НАУКА В ФОКУСЕ ВРЕМЕНИ

Вцелях расширения взаимовыгодных связей НАН Беларуси только в 2017 г. было под-писано 31 соглашение. В их числе – прото-колы и договоры с организациями Китая, Египта, Кореи, Вьетнама, России, Украины, Франции, США, Индии и многих других

стран. Расширение взаимосвязей было бы невозмож-ным без планомерной работы ученых НАН Беларуси с зарубежными коллегами, направленной на поиск оптимальных форм взаимодействия. Надо напом-нить, что усилия по укреплению международных свя-зей имели место с первых дней основания Академии.

В первое десятилетие существования Белорусской академии наук (БАН) международное научное сотруд-ничество осуществлялось в первую очередь путем вза-имодействия с научными учреждениями Советского Союза. Становление отечественной науки крайне за-труднял недостаток подготовленных кадров. Поддерж-ку в этом плане оказывали крупнейшие ученые Ака-демии наук СССР (АН СССР) и Всеукраинской акаде-мии наук (ВУАН), многие из которых вошли в первый состав академиков БАН: президент АН СССР геолог А. П. Карпинский, почвовед-агроном В. Р. Вильямс, эпи-зоотолог С. Н. Вышелесский, историк М. Н. Покров-ский, президент Всеукраинской академии наук бак-териолог Д. К. Заболотный, геолог П. А. Тутковский, историк М. И. Яворский. В начале 1930-х гг. переехав-шие в БССР ученые стали у основ развития важных научных направлений: антропологии (А. К. Ленц), пра-ва (М. О. Гредингер), экономики (Т. Ф. Домбаль), мате-матики (Ц. Л. Бурстин), химии (В. В. Шкателов), физи-ки (В. Е. Сиротин).

Укрепление связей с научными учреждениями СССР в определенной мере обусловили и идеологи-ческие мотивы: советская наука была призвана ре-шать кардинальные проблемы. Заключенный в мар-те 1930 г. договор о социалистическом соревновании между Всесоюзной, Всеукраинской и Белорусской ака-демиями наук заложил основы их сотрудничества. Ре-гулярно проводились совместные декадники, сессии, совещания. Так, в мае 1933 г. в ходе декадника БАН и ВУАН рассматривались вопросы развития исследо-ваний в области биологии и генетики.

Масштабными были и совместные изыскания. В экс-педиции по исследованию Полесья летом 1932 г. при-няли участие представители трех академий – АН СССР, БАН и ВУАН. Перед ними стояла глобальная задача – изучить процессы колхозного строительства, пути

сообщения, классовые взаимоотношения, национально- культурное строительство, памятники материальной культуры, охрану здоровья и многие другие темы, ак-туальные на территории Беларуси и Украины.

Весомая помощь оказывалась в области подготов-ки кадров. Значительная часть ученых Геологического института БАН проходила подготовку в Москве и дру-гих городах СССР в начале 1930-х. В 1932 г. количество белорусских аспирантов, обучавшихся в научных уч-реждениях СССР, превышало 50 человек.

Интерес к работам Белорусской академии наук про-являли представители различных стран мира. Наши археологи были приглашены на Международный кон-гресс доисторических и протоисторических наук, ко-торый проходил в Лондоне в августе 1932 г. В апреле 1932 г. в ответ на запрос белорусской рабочей органи-зации «Воля» из Монтевидео (Уругвай) в библиотеку БАН были присланы различные научно-популярные издания. Наши ученые, в свою очередь, стремились донести до зарубежных коллег собственную позицию по вопросам развития науки. Президент БАН П. О. Го-рин в ходе VII Международного исторического кон-гресса в Варшаве в 1933 г. выступил с докладом о коло-ниальной политике царского правительства в Польше, который вызвал значительный интерес как содержа-нием, так и изложением материала на польском языке.

Однако сотрудничество со странами, не входивши-ми в СССР, в 1930-х гг. носило эпизодический характер. Хотя белорусские ученые были заинтересованы в за-рубежных поездках на научные мероприятия, стажи-ровках для работы в архивах и библиотеках. В плане зарубежных командировок на 1932 г. значились та-кие города, как Копенгаген, Берлин, Париж, Мадрид.

Владимир Гусаков,

Председатель Президиума НАН Беларуси, академик

4 | №11 (189) | Ноябрь 2018 |НАУКА И ИННОВАЦИИ h t t p : // i n n o s f e r a . by

которых участвовали белорусские ученые, были Меж-дународный комитет славистов, Международная ор-ганизация по исследованию мозга, Международная ассоциация научной гидрологии, Европейское физи-ческое общество и др.

Формы международных научных связей, поддержи-вавшихся белорусской Академией наук, были разноо-бразны: многосторонние и двусторонние совместные исследования, выступления с научными докладами, работа в научно-исследовательских центрах, чтение лекций, обучение в аспирантуре, оказание техниче-ской помощи, участие в выставках, изучение матери-алов зарубежных библиотек и архивов, обмен литера-турой. В 1960–1980-х гг. существовала и такая форма, как научный туризм, предполагавшая участие ученых АН БССР в работе международных научных конферен-ций, конгрессов и совещаний за счет личных средств. Однако, как отмечалось в отчетных документах Ака-демии, наиболее эффективными поездками за границу были командировки в страны с высоким научно-тех-ническим потенциалом по наиболее актуальным эко-номическим проблемам.

Зарубежные связи АН БССР с каждым годом рас-ширялись. Если в 1954–1956 гг. за границу выезжало 17 белорусских ученых, то в 1957–1959 гг. уже 52, в 1967 г. – 76, в 1970 г. – 87, в 1975 г. – 160, в 1983 г. – 178, в 1987 г. – 288 сотрудников. Научные учреждения АН БССР в 1967 г. соответственно посетило 79, в 1970 г. – 316, в 1975 г. – 531, в 1983 г. – 327, в 1987 г. – 820 иностранных специалистов.

Тесные связи АН БССР с научными учреждения-ми советских республик и государств социалистиче-ского содружества в 1950– 1980-х гг. были обусловлены существованием единого научного комплекса СССР. При этом стратегическая роль в определении научных направлений развития принадлежала Академии наук СССР, а в Минске осуществлялось текущее планиро-вание. Оно было нацелено на усиление эффективности исследовательских работ, использование передового зарубежного опыта, стимулирование разделения тру-да при совместной разработке приоритетных проблем. «Международные научные связи АН БССР имеют боль-шое значение для дальнейшего повышения авторите-та советской науки за рубежом, они приносят пользу для развития науки в нашей республике и стране, они помогают повышению квалификации наших научных работников, они способствуют ускоренному решению научных проблем и выявлению новых направлений в науке и научных исследованиях», – подчеркивалось

В частности, Институт биологии запланировал поезд-ку в Германию сроком на год для изучения болезней картофеля, Институт психоневрологии – во Фран-цию для ознакомления с аппаратурой и методикой работ по психофизиологии. Руководство Академии наук понимало необходимость развития междуна-родных контактов. Об этом свидетельствует, в част-ности, постановление Президиума БАН от 27 января 1935 г., в соответствии с которым все старшие науч-ные работники должны были выучить не менее двух иностранных языков, младшие научные сотрудники – один иностранный язык, но на уровне свободного вла-дения. Однако результаты академической проверки институтов, проведенной в середине 1930-х гг., пока-зали, что некоторые из них вообще не имели контак-тов с зарубежными научными центрами и учеными.

Во время Великой Отечественной войны совмест-ная научно-исследовательская деятельность ученых союзных республик была направлена на победу над немецко-фашистскими захватчиками. Восстановле-ние и развитие Академии наук БССР во второй поло-вине 1940–1950-х гг. также проходило при широком участии ученых АН СССР, приглашенных для руко-водства разработкой крупных научных проблем, под-готовки аспирантов и докторантов. У истоков бело-русских научных школ стояли А. К. Красин, А. В. Лы-ков, Б. И. Степанов, Н. Н. Сирота, А. С. Вечер и другие выдающиеся ученые, переехавшие на работу в Минск. Непосредственную помощь белорусской стороне ока-зывал основанный в 1945 г. в АН СССР Совет по ко-ординации научной деятельности республиканских академий и филиалов Академии наук.

В послевоенный период белорусские ученые стали активными участниками межгосударственных органи-заций самого высокого уровня: Организации Объеди-ненных Наций, ЮНЕСКО, Комиссии ООН по правам человека, Международного агентства по атомной энер-гии (МАГАТЭ). Например, в совещаниях МАГАТЭ ак-тивное участие принимал заместитель директора Ин-ститута физики АН БССР и будущий президент Ака-демии Н. А. Борисевич. Он входил в состав делегации БССР как на 1-й Генеральной конференции МАГАТЭ, так и на многих последующих заседаниях. А в нача-ле 1960-х на очередной сессии МАГАТЭ представите-ли белорусской науки докладывали о разработанном коллективом ученых Советского Союза и успешно вве-денном в эксплуатацию под Минском атомном реак-торе ИРТ-2000. Среди других организаций, в работе

5 | №11 (189) | Ноябрь 2018 | НАУКА И ИННОВАЦИИ


h t t p : // i n n o s f e r a . by

в Приложении к Решению научно-технической ко-миссии Совета народного хозяйства БССР от 1960 г. Объемы совместно выполняемых проектов стреми-тельно нарастали.

В середине 1970-х гг. учреждения АН БССР взаимо-действовали с 34 научными центрами Болгарии, Вен-грии, Польши, Восточной Германии, Югославии, Че-хословакии, Румынии, Индии, Франции, Швеции, Ан-глии и США по 23 проблемам. Совместные разработки в конечном счете были направлены на внедрение в на-родное хозяйство БССР и нередко решали проблемы, способные стимулировать научно-технический про-гресс. К примеру, Институт технической кибернети-ки АН БССР и научные центры ГДР работали над те-мой «Автоматизация проектирования и технической подготовки производства в машино- и приборострое-нии». По программе «Композитные материалы» учены-ми Института механики металлополимерных систем АН БССР и Государственного научно-исследователь-ского института древесины ЧССР во второй половине 1980-х был создан и передан для производства опыт-ный образец древесно-полимерного материала с улуч-шенными физико-механическими свойствами, соот-ветствующий лучшим мировым аналогам. Со значи-тельным экономическим эффектом на предприятиях БССР были внедрены десятки совместных разработок научных центров социалистических стран и институ-тов – тепло- и массообмена, торфа, технической ки-бернетики, электроники, проблем надежности и дол-говечности машин и др.

В то же время связи с капиталистическими страна-ми развивались в значительно меньшем объеме. Из 76 ученых АН БССР, выезжавших за границу в 1967 г., лишь 7 сотрудников посетили Францию, США, Вели-кобританию, Швейцарию, Японию, Испанию. Эта тен-денция сохранялась до конца 1980-х. Однако эффектив-ность данных поездок была несомненной. К примеру, заместитель директора Института тепло- и массооб-мена О. Г. Мартыненко, выполнявший в 1967 г. в США работы по исследованию структуры турбулентно-по-граничного слоя в течение 10 месяцев, за этот пери-од установил новые закономерности и разработал мо-дель турбулентности в пограничном слое, подготовил с американскими учеными ряд совместных статей, из-учил опыт исследований, проводившихся в Массачу-сетском технологическом университете, Иллинойском, Северо-Западном, Калифорнийском и Нью-Йоркском университетах.

Несомненно, многое в географии международных связей в 1950–1970-х гг. зависело от политической конъ-юнктуры. Так, потепление отношений с Китайской На-родной Республикой способствовало подписанию в де-кабре 1957 г. соглашения о научном сотрудничестве, ко-торое заложило основы для развития тесных контактов между академиями наук СССР и КНР. План, который стороны договорились разработать совместно, включал более 40 наименований научных тем из разных обла-стей знания. Уже в конце 1958 г. Министерством здра-воохранения СССР была командирована в КНР сроком на два месяца группа специалистов, в состав которой вошел старший научный сотрудник Центрального бо-танического сада АН БССР И. А. Кауров. Ученые изучи-ли средства китайской народной медицины, применяв-шиеся для лечения ряда заболеваний. В 1960 г. Китай посетила заместитель директора Института истории по научной работе член-корреспондент Н. В. Каменская. В свою очередь в Академии наук БССР в 1957–1959 гг. побывало двое китайских ученых. В первой половине 1960-х гг. китайские исследователи приняли участие в проводившихся в Минске Всесоюзном совещании по тепло- и массообмену и XV ежегодном совещании по ядерной спектроскопии. Однако различия в подхо-дах руководства СССР и КНР к вопросам внутренней и международной политики в середине 1960-х гг. при-вели к прекращению научных контактов, которые воз-обновились лишь во второй половине 1980-х.

С обретением Республикой Беларусь статуса неза-висимого государства значительные изменения про-изошли в географии, направлениях и формах между-народных научных связей Академии наук. Стреми-тельными темпами осуществлялась интеграция отече-ственной науки в глобальное научно-образовательное пространство. Впервые были разработаны масштабные программы сотрудничества с учреждениями Запад-ной Европы и США. Это стало возможным благодаря налаживанию прямых контактов с научными центра-ми зарубежных стран. В частности, в 1990 г. подобные соглашения были заключены с Болгарской академи-ей наук, Институтом науки и технологии Южной Ко-реи, Хэнаньской академией наук Китайской Народ-ной Республики.

В 1991–2000 гг. значительно увеличилось число на-учных выездов белорусских ученых в страны Евро-пейского союза. Этому способствовало открытие ряда программ, осуществлявших финансирование коман-дировок: Международной ассоциации по развитию


сотрудничества с учеными из новых независимых го-сударств бывшего СССР (ИНТАС), Международно-го научно-технического центра (МНТЦ), Германской службы академических обменов (DAAD). Содейство-вала расширению связей и поддержка ряда фондов из разных стран мира, в первую очередь Германии. За счет принимающей стороны белорусские исследо-ватели повышали квалификацию в ФРГ, США, Вели-кобритании, Польше и других странах. Таким обра-зом, оказанная ЕС помощь способствовала установ-лению научных контактов в тот период, когда Ака-демия наук Беларуси испытывала острую нехватку финансирования.

Значительным достижением 1990-х гг. стало сохра-нение и развитие связей Академии с научными учреж-дениями республик бывшего СССР, сформированных в течение предыдущих десятилетий, – как двусторон-них, так и многосторонних отношений, в первую оче-редь в рамках Международной ассоциации академий наук (МААН).

МААН была создана по инициативе президента Национальной академии наук Украины Б. Е. Патона 23 сентября 1993 г. Сегодня она включает 15 полно-правных и 7 ассоциированных членов, координиру-ет работу 17 Научных советов. Ее целью стало объе-динение усилий академических ученых для решения важнейших научных проблем, согласования научной политики, совместной поддержки наиболее перспек-тивных направлений исследований. В частности, Ас-социация неоднократно обращалась с предложения-ми в области науки и образования к руководству го-сударств – членов МААН, принимала участие в ор-ганизации научных форумов, программ и курсов, способствовала обмену информацией и установлению контактов между учеными разных стран. Заседания Совета МААН в 1995, 2000, 2016, 2017 и 2018 гг. про-ходили в Национальной академии наук Беларуси, ко-торая в настоящее время исполняет функции базовой академии наук в организационном и методическом со-провождении Ассоциации. Для нас это означает при-знание активной позиции ученых республики и про-явление высокого доверия.

В 1994 г. НАН Беларуси вошла в состав Ассоци-ации европейских академий наук (ALLEA), включа-ющей сейчас 60 членов. Белорусские представители принимали участие в Чрезвычайном стратегическом собрании ALLEA в ноябре 2009 г., на котором состо-ялось рассмотрение и обсуждение ключевых блоков

Стратегического плана этой организации на 2010–2015 гг., а также в ежегодных заседаниях Генеральной ассамблеи ALLEA. Очередное заседание Совета Ассо-циации в 2016 г. прошло в НАН Беларуси.

Активные связи поддерживаются с академиями на-ук стран СНГ, в первую очередь РАН и НАН Украи-ны. Ежегодно проводятся совместные заседания пре-зидиумов РАН и НАН Беларуси, организована работа меж академических советов и налажено тесное сотруд-ничество академических институтов. Имеется значи-тельный опыт реализации программ, финансируемых за счет средств бюджета Союзного государства, кото-рые позволяют эффективно реализовывать новатор-ские идеи ученых обеих стран. В этом аспекте можно упомянуть работы по обустройству первой белорус-ской антарктической станции, проектированию и из-готовлению микро- и оптоэлектроники, программу по использованию космического пространства, ис-следования в области генетики и многие другие мас-штабные разработки.

Международные контакты Национальной академии наук за последние годы не просто активизировались, а приобрели характер стратегического сотрудничества с ведущими мировыми центрами и исследователями, направлены на генерирование новых идей и предло-жений, создание наукоемких и высокоэффективных разработок. Только за 2017 г. реализовано более тыся-чи программ посещений Академии наук иностранны-ми делегациями; белорусскими учеными осуществле-но более 1900 зарубежных командировок.

Особенно актуализировались белорусско-китай-ские научные связи, которые охватывают всевозмож-ные области и уровни контактов. Так, в 2015 г. ученые двух стран совместно работали над 20 научно-техни-ческими проектами, в том числе в области новых ма-териалов и энергетики, фотоэлектроники, лазерной техники, технологий сельского хозяйства и биотех-нологий, информатики.

Реализован ряд важных совместных проектов:�� 4 сентября 2015 г. в Пекине прошел первый бело-

русско-китайский гуманитарный научный форум. 29 сентября 2016 г. было принято решение о созда-нии Белорусско-китайского аналитического цен-тра развития;

�� 17 июня 2016 г. в Харбине состоялась церемония торжественного открытия Китайско-белорусского центра сельскохозяйственной микробиологии. Учре-дителями новой структуры стали от Республики

7 | №11 (189) | Ноябрь 2018 | НАУКА И ИННОВАЦИИ



Беларусь – Институт микробиологии НАН Бела-руси, от КНР – Институт микробиологии Акаде-мии наук провинции Хэйлунцзян;

�� 4–5 августа 2016 г. в Минске прошел Белорусско- китайский форум по коммерциализации результа-тов научно-технической деятельности, на кото-ром было представлено около 200 белорусских инно-вационных проектов. Обсудить их коммерциализа-цию прибыли представители 20 компаний из КНР, в том числе 12 корпораций и организаций по управ-лению венчурным капиталом;

�� в декабре 2016 г. в Минске был открыт Китайско- белорусский центр коммерциализации инноваций, целью которого является сопровождение науч-но-технических и инновационных проектов, по-иск инвесторов с целью создания совместных про-изводств на базе индустриального парка «Вели-кий камень»;

�� в 2017 г. в рамках реализации инициативы «Один по-яс – один путь» подписаны договоры о сотрудниче-стве между НАН Беларуси и Линнаньским педагоги-ческим университетом, Хэнаньским университетом.Важнейшей составляющей международной деятель-

ности НАН Беларуси в последнее время стала коммер-циализация результатов выполнения совместных про-ектов. Объем экспорта товаров, работ и услуг Акаде-мии в 2017 г. составил 47,7 млн долл. В частности, Ин-ститутом математики разрабатывается программное обеспечение для партнеров из США; Институт защи-ты растений оказывает услуги по оценке экологиче-ской, биологической, экономической эффективности новых средств защиты растений для Нидерландов, Швейцарии, Австрии и Германии; ОАО «Бобруйский завод биотехнологий» поставляет продукцию на рын-ки Туркменистана, России, Польши, Украины и Лит-вы; Институт физико-органической химии работает над созданием полупромышленной установки для Са-удовской Аравии. И это только некоторые из проектов, реализованных академическими учеными.

НАН Беларуси стала площадкой для проведе-ния масштабных международных форумов, собира-ющих ведущих специалистов из различных стран мира. В 2013 г. одним из знаковых мероприятий стал XV Международный съезд славистов, на который съе-халось более 500 ученых, в 2014 г. – Международная на-учно-практическая конференция «Беларусь: памятное лето 1944 года», посвященная 70-летию освобождения нашей страны от немецко-фашистских захватчиков,

в работе которой участвовали 228 представителей на-учных, государственных и общественных организаций. В 2015 г. в ходе V Международной научно-технической конференции «АИСТ-2015» – «Альтернативные источ-ники сырья и топлива» – ведущие ученые Беларуси, России, Украины, Азербайджана, Вьетнама и других стран рассматривали важнейшие вопросы государ-ственной политики энергоэффективности и использо-вания возобновляемых источников энергии. Первый Международный научный конгресс белорусской куль-туры в мае 2016 г. собрал более 330 научных работников, в том числе 65 – из России, Украины, Литвы, Польши, США, Великобритании, Словении, Австрии, Вьетнама и Китая. Знаковым событием 2017 г. стал II Съезд уче-ных Беларуси, в котором приняли участие известные ученые Союзного государства, СНГ, ведущих зарубеж-ных академий наук, мировых научно-исследователь-ских организаций и центров. В это же время проходили заседания Совета МААН и Консультативного совета по вопросам охраны интеллектуальной собственно-сти и передачи технологий при МААН. НАН Беларуси выступила в качестве организатора VII Белорусского космического конгресса (2017 г.), XXXI Международ-ного конгресса Ассоциации участников космических полетов (сентябрь 2018 г.), XXV Юбилейного заседа-ния академий наук – членов МААН (сентябрь 2018 г.). А всего за 2017–2018 гг. организовано более 100 меж-дународных научных и научно-практических конфе-ренций, форумов, симпозиумов и конгрессов.

В Национальной академии наук стало традици-ей проведение двусторонних встреч для обсуждения важнейших вопросов научно-технического сотрудни-чества. Так, в 2017–2018 гг. проходили совместные фо-румы с представителями научных и деловых кругов Российской Федерации, Китая, Египта, США, Италии, Турции, Кубы, Пакистана, Казахстана. На постоянной основе идет работа по открытию международных ис-следовательских лабораторий и центров для разработ-ки, адаптации и продвижения на зарубежные рынки передовых технологий. В 2017 г. на базе научных ор-ганизаций НАН Беларуси действовало 36 таких цен-тров, многие находятся в стадии создания.

Международное сотрудничество было и остается приоритетом деятельности Национальной академии наук, дающим уникальную возможность развивать экономику знаний, стимулировать научный прогресс и обеспечивать республике позицию регионального центра науки и инноваций.

ОТДЕ

ЛЕНИ

Е ГУМ

АНИТ

АРНЫ

Х НАУ

К И И

СКУС

СТВ

Институт истории НАН Беларуси – ведущее научное учреждение в сфере исторических наук. Его сотрудниками разработана принципиально новая целостная концепция истории белорусской государственности.

Вячеслав Данилович,

директор Института истории НАН Беларуси, кандидат исторических наук

9 | №11 (189) | Ноябрь 2018 | НАУКА И ИННОВАЦИИ h t t p : // i n n o s f e r a . by

Конституция Республики Беларусь, провозгла-сив, что «человек, его права, свободы и гаран-тии их реализации явля-ются высшей ценностью

и целью общества и государства», а условие ее достижения – прин-цип взаимной ответственности государства перед гражданином, а гражданина – перед государством (ст. 2), засвидетельствовала, что в нашей стране утвердилась кон-цепция общества-государства. Это значит, что общество ориентируется на утверждение социального мира и согласия как необходимого усло-вия эволюционно-исторического развития. Поэтому белорусское государство не может существовать и развиваться без собственной иде-ологии государственности, которая составляет фундамент его внутрен-него единства и целостности.

Углубленное исследование и ар-гументированное обеспечение исто-рической правомерности белорус-ской государственности важно для отстаивания национально-государ-ственных интересов республики в мировом сообществе, сохранения духовных и материальных ценно-стей историко-культурного насле-дия нашего народа, укрепления международного престижа страны.

Концепция истории белорусской государственности

Здание сильной и процветающей Беларуси возводится, с одной стороны, на фундаменте конкурентоспособной экономики, всемерном повышении уровня жизни народа, а с другой – на собственных историко-культурных традициях и ценностях, способных сохранять и развивать национальную идентичность. К их числу следует отнести белорусскую государственность. Научно-теоретическое осмысление ее проблем неотделимо от социально-политических реалий нашей страны.



Ученые Института истории НАН Беларуси уделяют большое внимание этой проблеме, основы-ваясь на органичном соединении опытно-практических наработок археологов с абстрактно-логиче-скими рассуждениями историков. Методологическим фундаментом работы стала сформулирован-ная коллективом исследователей впервые в истории мировой науч-ной мысли принципиально новая трактовка дефиниции «государ-ственность». Она рассматривает-ся как внутренняя потенциальная способность этнонационального сообщества и его элиты обеспе-чивать право и возможность дли-тельного самостоятельного исто-рического существования и раз-вития. Государство же – это кон-кретно-историческое воплощение потенциала государственности, со-вокупность государствообразую-щих факторов. Формы олицетво-рения государственности могут меняться и эволюционировать. На процесс ее становления, раз-вития и само существование ока-зывает влияние конкретная исто-рическая ситуация.

В данном форматном определе-нии государственности как катего-рии исторической науки объектом исследования выступает натураль-ное условие и пространственная граница общности – территория расселения и проживания, что обе-спечивает реализацию неотъем-лемого права на длительное само-стоятельное историческое разви-тие. Такой подход обусловил воз-можность проследить эволюцию и определить формы белорусской государственности.

Согласно разработанной уче-ными Института истории НАН Бела руси концепции, белорусская

государственность как неразрыв-ное целое в процессе эволюции нашла воплощение в историчес-ких формах (они принадлежат не только белорусскому, но и дру-гим народам, на территории ко-торых существовали, так как яв-лялись полиэтническими образо-ваниями) и национальных (в них заложено национальное содержа-ние титульного этноса). Киевская Русь, Полоцкое и Туровское кня-жества, Великое Княжество Ли-товское, Русское и Жемойтское, Речь Посполитая, Российская им-перия – все это исторические фор-мы государственности на наших землях, в рамках которых посте-пенно формировалась, несмотря на различные трудности, государ-ственность белорусского народа, нашедшая воплощение в нацио-нальных формах: Белорусская Народная Рес публика, Социали-стическая Советская Республика Беларусь, Советская Социалисти-ческая Рес публика Литвы и Бела-руси, Белорусская Советская Со-циалистическая Республика, Рес-публика Беларусь.

Нова я тра ктовка дефини-ции «государственность» – это существенное достижение оте-чественной исторической мыс-ли, которое имеет принципи-альное значение для дальней-шей ра зраб о т к и и де о лог и и белорусской государственно-сти учеными и специалистами- обществоведами. Современное состояние научной информации позволяет рассмотреть те аспек-ты возникновения и развития государственности на террито-рии Бела руси, которые до этого находились вне поля зрения ис-следователей либо представля-лись в самом общем виде.

Фо

то Д

арьи

Пр

он

ько


КОНЦЕПЦИЯ БЕЛОРУССКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОСТИ

Безусловно, ранний этап форми-рования государственности на тер-ритории нашей страны имеет ис-ключительное значение для даль-нейшего осмысления понятия «на-циональная идея» белорусов.

Невозможно оспорить то, что история белорусского народа име-ет глубинные корни. Новейшие ар-хеологические исследования выя-вили в Белорусском Полесье самые древние на сегодня славянские по-селения, которые датируются IV в. В VIII–IX веках фиксируется массо-вое присутствие славян на террито-рии Беларуси. Дреговичи, кривичи и радимичи сыграли важную роль не только в формировании белорус-ского этноса, но и в образовании древнейших протогосударственных структур на наших землях.

Уже в IX в. сложились истори-чески важные для всех восточных славян территориально-полити-ческие объединения – Киевское, Новгородское и Полоцкое княже-ства, которые играли ведущую роль в государствообразующих процес-сах у восточных славян.

Киевская Русь объединила Ки-евское и Новгородское княжества, на разных условиях включила в свой состав другие восточноевропейские славянские и неславянские террито-рии. Особое место в Киевской Ру-си занимало Туровское княжество (земля), имевшее, как и ряд других земель этого государственного обра-зования, значительную автономию.

Княжество полочан послужи-ло основой отдельной территори-ально-политической структуры – Полоцкой земли, государствен-ное развитие которой проходило по тем же принципам, что и Киев-ской Руси. Полоцкая земля была ее равноправным партнером в меж-государственных отношениях.

Первый полоцкий князь Рогво-лод (около 976–980 гг.) «держал, вла-дел и княжил Полоцкую землю», что свидетельствует о начальном этапе оформления государствен-ности на территории нашей страны. Научные исследования отечествен-ных археологов не дают оснований для принятия норманнской теории, прежде всего в отношении этниче-ского облика варягов. Обнаружен-ные артефакты говорят о том, что если в Полоцке после 862 г. и жила варяжская знать, то ее этнический облик не имел коренного отличия от местного кривичского населения. Следует отметить, что формирова-ние границ Полоцкой и Туровской земель, утверждение политической системы с самостоятельными кня-жескими династиями совпадает с аналогичными процессами, про-текающими и у других европейских народов – чехов, моравов, хорватов, словенцев, поляков, а также с соз-данием первых централизованных государств в Скандинавии.

Самобытной исторической фор-мой государственности являлось Великое Княжество Литовское, Рус-ское и Жемойтское (ВКЛ) – мощ-нейшая европейская держава, соз-данная предками белорусов и ли-товцев. Основу ее составляли бе-лорусские земли, которые имели широкую автономию. Важно под-черкнуть, что к общегосударствен-ному управлению активно привле-кались представители белорусской знати. Языком государственного общения являлся старобелорус-ский – официальный язык госу-дарства, на котором были написа-ны основные государственные за-коны, в том числе Судебник 1468 г., Статуты 1529, 1566, 1588 гг., изданы шедевры белорусской письменно-сти XVI в. К тому же Статут ВКЛ



1588 г. оставался главным источ-ником права в Беларуси до 1840 г., то есть на протяжении 252 лет.

В результате сложных социаль-но-экономических, политических и этнических процессов, которые происходили на белорусских зем-лях в XIV–XVI вв., сформировалась самостоятельная этносоциальная общность – белорусская народность. Она имела свою историческую тер-риторию, право, язык, правящую элиту, этническое самосознание, ду-ховно-культурные ценности и общ-ность хозяйственной жизни.

Анализ культурного наследия того времени указывает на высо-кий интеллектуальный уровень на-ших предков, вызывая чувство ува-жения и восхищения. Их достиже-ния получали признание не только в ВКЛ, но и во всем европейском со-обществе. По глубине проникнове-ния в народные массы, по традици-ям они нисколько не уступали куль-туре других европейских народов.

К историческим формам госу-дарственности относится период Речи Посполитой (середина XVI – конец XVIII в.). Речь Посполитая в первые десятилетия своего суще-ствования являлась государствен-ным союзом (конфедерацией) Коро-левства Польского и ВКЛ, который постепенно эволюционировал в фе-дерацию – союзное государство. Од-нако Люблинская уния создала ус-ловия для постепенной сословной интеграции польского и белорус-ско-литовского шляхетства. Пере-нимая польские институты поли-тической и общественной органи-зации, культуру и язык, все больше обращаясь к «польщизне», белорус-ское (а также литовское) шляхет-ство встало на путь ассимиляции. В результате ВКЛ охватила соци-альная дезинтеграция, что в итоге

привело к упадку и регрессу куль-туры, существенно замедлило на-циональное развитие белорусско-го народа.

Период нахождения Белару-си в составе Российской импе-рии (конец XVIII – начало ХХ в.) – эпоха формирования историче-ских предпосылок объективного и субъективного характера, ко-торые обусловили возможность реализации национальной госу-дарственности. Ликвидация Речи Посполитой означала, что этни-ческие общности – польская, бе-лорусская, украинская и литов-ская, – носители совместной госу-дарственности, в новой ситуации могли выбрать два пути: напра-вить свою деятельность на вос-становление в той или иной фор-ме старой, но нежизнеспособной Речи Посполитой или реализо-вать идеи государственности пу-тем формирования и консолида-ции своих национальных элит, которые обеспечат дальнейшее развитие в рамках собственно-го титульного государства. Ана-лиз внутриполитических собы-тий XIX – начала ХХ в. дает ос-нования утверждать, что были предприняты попытки воплотить первый путь. Но он был простым и понятным только для бывше-го правящего класса – шляхты, и лишь незначительная часть кре-стьянства (основной массы насе-ления), надеясь на лучшее, при-няла участие в восстаниях 1794 г., 1830–1831 гг., 1863–1864 гг. В ито-ге молодая белорусская нацио-нальная элита осознала необхо-димость добиваться реализации права своего народа на самостоя-тельное историческое существова-ние. Об этом первыми возвестили белорусские народники из группы

«Гомон» в столице Российской империи – Санкт-Петербурге.

Конечно, нет необходимости идеализировать этот период. Од-нако даже самый критический ана-лиз позволяет утверждать, что в это время была остановлена полониза-ция белорусов, возрождались и раз-вивались национально-духовные традиции.

Не следует забывать и о том, что наши многочисленные предки счи-тали Российскую империю своим Отечеством, а белорусы рассма-тривались как часть ее триедино-го (великорусы, белорусы и малору-сы) титульного народа. Также нель-зя не отметить, что Российская им-перия при всех своих недостатках, в отличие от других держав того времени, стремилась не выкачивать средства из подвластных террито-рий, а развивать их социально-эко-номический и духовно-культурный потенциал. Неоспорим и тот факт, что для нашего народа она стала ко-лыбелью нации.

Консолидация белорусов в от-дельную нацию была объектив-ным и закономерным результатом социальных и геополитических процессов в период индустриаль-ной цивилизации. Одновременно с нацией формировался белорус-ский литературный язык, оказы-вающий важное влияние на раз-витие национального самосозна-ния и культуры.

Нациеобразующие процессы, происходившие на территории белорусских губерний на протя-жении XIX – начала ХХ в., были неразрывно связаны с государ-ствообразующими. Возникнове-ние самостоятельной националь-ной государственности тесно пере-плетено с формированием нации. Белорусы в своих стремлениях



не отличались от других народов Европы. Совершенно закономер-ным явлением была попытка само-определения белорусов в форме по-литических намерений и действий. Последние нашли воплощение в программах и организацион-но-пропагандистской работе по-литических партий.

Важнейшую роль в становле-нии белорусской нации и нацио-нальной государственности сы-грала газета «Наша ніва», которая в 1906–1915 гг. фактически явля-лась центром национального дви-жения, объединившим вокруг се-бя выдающихся представителей белорусского народа, в том числе классиков отечест венной литера-туры – Янку Купалу, Якуба Кола-са, Максима Богдановича.

Все, что было связано с вопро-сом автономии, находило отра-жение не только в публицисти-ке, но и в деятельности россий-ской Государственной Думы пе-риода 1906–1917 гг. Обсуждение этой проблемы в дискуссионных речах ее депутатов отразилось не-посредственно на всей дальней-шей послеимперской истории на-шей государственности.

Переломным моментом в по-литической жизни Беларуси стала Первая мировая война, резко обо-стрившая национальный вопрос, от решения которого зависела даль-нейшая судьба белорусского наро-да. Революционные события 1917 г. сформировали относительно бла-гоприятную конкретно-историче-скую ситуацию для дальнейшего развития национального движе-ния и окончательной его победы в борьбе за создание белорусского государства. Решения І Всебелорус-ского съезда, состоявшегося в де-кабре 1917 г., засвидетельствовали,

что общество было политически подготовлено к этому.

Усилия, направленные на созда-ние суверенного национального го-сударства, начали осуществляться с провозглашением в марте 1918 г. Белорусской Народной Республи-ки. По сути, впервые за всю исто-рию существования белорусского народа была не только сформули-рована идея национальной государ-ственности, но и сделаны практиче-ские шаги по ее реализации. Вместе с тем из-за неблагоприятных обсто-ятельств, прежде всего геополити-ческого характера, инициаторы соз-дания БНР не смогли добиться су-веренитета. Белорусская Народная Республика как государство не со-стоялась, но с ее провозглашением вопрос белорусской государствен-ности вошел в повестку дня евро-пейской геополитики.

Национальная государствен-ность на советской основе (Совет-ская Беларусь периода 1919–1991 гг.) стала для белорусов политической реальностью только после победы Октябрьской революции 1917 г. Со-циалистическая Советская Респу-блика Беларусь была провозглаше-на 1 января 1919 г. Этим актом был заложен прецедент образования по-литико-территориальной единицы с атрибутами белорусской государ-ственности в рамках советского строя. Это происходило в исклю-чительно сложной экономической и военно-политической обстанов-ке, обусловленной гражданской вой ной и военной интервенцией стран Антанты против Советской России. Однако ее правительство выполнило главное – обеспечило реальное решение вопроса о са-моопределении белорусов в форме создания независимого, самостоя-тельного белорусского советского

государства – национального до-ма нашего народа.

Важным этапом дальнейшего успешного развития белорусской государственности был период Со-юза Советских Социалистических Республик, среди основателей кото-рого была и Советская Социалисти-ческая Республика Беларусь. Имен-но в это время, в 1924 и 1926 гг., произошло воссоединение с БССР восточнобелорусских территорий, находившихся в составе Россий-ской Советской Федеративной Со-циалистической Республики.

На пути эволюционного укре-пления и развития белорусская государственность пережила тра-гедию территориального раздела 1921–1939 гг., когда по условиям Рижского мирного договора Запад-ная Беларусь была аннексирована Польшей. Однако все завершилось актом исторической справедливо-сти – воссоединением белорусско-го народа осенью 1939 г. в едином национальном государстве.

Нападение нацистской Герма-нии и ее союзников на СССР в ию-не 1941 г. поставило под угрозу дальнейшее существование (да-же биологическое) многих на-родов Советского Союза, вклю-чая и белорусский. Под вопро-сом была и государственность союзных республик, в том числе БССР. Поэтому Победа в Великой Оте чественной войне 1941–1945 гг. над немецко-фашистскими за-хватчиками, достигнутая благо-даря невиданной стойкости, му-жеству и самопожертвованию со-ветских людей, имеет колоссаль-ное значение.

В целом главным результатом советского периода было то, что белорусская государственность приобрела геополитический вес



и реальный социально-экономи-ческий базис, которой обеспечи-вал дальнейший прогресс страны. Так, в 1945 г. БССР стала одним из основателей ООН, получив тем самым мировое признание со сто-роны других государств и народов. Именно в составе СССР Беларусь выросла в индустриально разви-тую республику.

Современная Республика Бела-русь – независимое суверенное демократическое правовое соци-альное государство, историческая правопреемница Советской Бело-русcии. Декларация о государствен-ном суверенитете БССР, принятая Верховным Советом республики 27 июля 1990 г., стала последним конституционным актом Беларуси в составе СССР. В 1994 и 1996 гг. ос-новные идеи Декларации были ре-ализованы в Конституции страны. Начиная с этого времени нацио-нальная государственность нашего народа обрела надежный политиче-ский и правовой фундамент, стала важным фактором региональной и мировой геополитики.

К фундаментальным, неотъем-лемым правовым и идеологическим принципам, на которых базируется тысячелетняя история белорусской государственности как в историче-ских, так и в национальных формах, можно отнести идеи:�� утверждения в белорусском об-

ществе социального равенства и социальной справедливости;

�� движения общества к сильному правовому государству;

�� фундаментальной нормы, со-гласно которой институты по-литической власти должны слу-жить всему народу;

�� персонификации верховной по-литической власти, олицетво-ряющей государство;

�� формирования прямого наро-довластия и само управляю-щихся структур гражданского общества;

�� необходимости и обязательно-сти развития науки и образо-вания как основы прогресса об-щества и государства;

�� политической преемственности, ненасильственности и эволюци-онности, этапности и поступа-тельности в социальной жизни.Исторический опыт ВКЛ, Речи

Посполитой, СССР свидетельствует, что государственная элита по свое-му составу отличается неоднород-ностью. Корпоративные, групповые, классовые, идеологические, культур-ные и иные интересы у групп элиты, даже у членов правящей верхушки могут быть несовпадающими, раз-новекторными. Функционирова-ние каждой из частей государствен-ной элиты возможно лишь в рамках подготовки, принятия, реализации политических решений и изуче-ния ответной реакции общества на них. Однако если этнонациональ-ная общность не владеет способно-стью к самоорганизации, не может осмыслить и осознать свое право на самостоятельное историческое существование, она не будет бороть-ся за его реализацию в форме созда-ния или отстаивания собственного государства. И в случае, когда элита такой общности не будет способна обеспечить это право, государство будет нежизнеспособно.

Обратившись к истории послед-ней трети ХVIII в., можно просле-дить, как элита Речи Посполитой не смогла сохранить целостность своего государства, в результате чего оно исчезло с политической и исторической арены. В 1917 г. го-сударственная элита Российской империи оказалась не в состоянии



обеспечить ее жизнеспособность. Многонациональный советский народ как новая историческая общ-ность также имел право на само-стоятельное существование, у него была реальная возможность и да-лее его реализовывать, но государ-ственная элита – политическая, на-учная и культурная – оказалась не-способной обеспечить реализацию этого права, даже несмотря на волю народа, высказанную им на Всесо-юзном референдуме. Поэтому как общность советский народ, а вместе с ним и СССР в 1991 г. ушли с исто-рической арены.

Исходя из опыта становления белорусской государственности, каждый гражданин должен быть не только хорошим специалистом, но и патриотом своего Оте чества. Если человек ничего положитель-ного не видит в прошлом, осужда-ет историю, он становится марги-нальной личностью, разрушителем в отношении своего государства. Гордость за историческое прошлое – один из важнейших компонентов самосознания, который обуслов-ливает и формирует националь-ное достоинство. Потеря этих ка-честв приводит к формированию рабской психологии: в людях по-является чувство неполноценно-сти, бесперспективности, разоча-рования и духовного дискомфор-та. Недаром в нашем народе осо-бым уважением пользуется культ предков. Это святая славянская традиция, направленная на сохра-нение своей самобытности и исто-рического наследия.

Еще одним необходимым усло-вием в деле обеспечения будуще-го белорусской государственности является способность белорусской нации/народа к самоорганизации в форме диалектического единства

народа как источника власти, носи-теля суверенитета и действующей власти. Только соответствие интере-сам большинства народа делает го-сударство устойчивым. Именно дан-ный вектор развития выразительно представлен в современной Беларуси, где государственность тесно связа-на с институтом президентства, вы-полняющим общесоциальную кон-солидирующую функцию, выступа-ющим организационным началом в объединении национальной эли-ты для дальнейшего исторического прогресса белорусского общества, обеспечивающим национальную безопасность, социальную справед-ливость и общественный порядок. Это прекрасно осознают белорус-ские граждане, которые выступают за сильный институт президентства, объединяющий все прогрессивные силы общества для экономическо-го роста, упрочения правового го-сударства, создания необходимых условий для гармоничного и всесто-роннего развития личности.

С уверенностью можно конста-тировать, что институт президент-ства в Беларуси является ведущим органом государственной власти, а Президент Александр Лукашенко – не только юридический, но и фак-тический лидер нашего государ-ства, который пользуется поддерж-кой населения страны. Белорусская социально-экономическая и об-щественно-политическая модель, государственный аппарат доказа-ли свою эффективность. У нас су-ществует единство власти и наро-да на основе общей исторической цели – сильной и процветающей Беларуси – настоящего государства для народа. Все это в комплексе – источник силы белорусского го-сударства, необходимый залог его успешного развития в будущем.

Фо

то Д

арьи

Пр

он

ько


ОТДЕ

ЛЕНИ

Е ФИЗ

ИКИ,

МАТЕМ

АТИК

И И

ИНФО

РМАТ

ИКИ

Оптика – одно из наиболее прогрессивных направлений исследований Института физики НАН Беларуси им. Б. И. Степанова, в котором белорусские ученые достигли мирового признания.


ИНСТИТУТ современной оптики

Современная оптика – интегрированная область знаний, технологий и промышленности. Революционный сдвиг в технике и технологиях, который пришелся на 30–80-е гг. прошлого века, характеризуется мощным уровнем развития квантовой механики и электродинамики, лазеров, нелинейной и когерентной оптики, созданием новых оптических технологий, неотъемлемым образом связанных с современным обществом, основанным на информационных технологиях. Именно оптика совместно с микроэлектроникой позволила человечеству связаться в единое целое посредством развития Интернета, который в настоящее время обеспечивает переход к Интернету всего, что использует человек в своей деятельности.

из крупнейших физиков-теоретиков академика В. А. Фока. А. Н. Севченко, Б. И. Степанов совместно с Ф. И. Фе-доровым организуют сектор физи-ки и математики в Физико-техни-ческом институте АН БССР, на ба-зе которого в январе 1955 г. создает-ся Институт физики и математики. Первым директором становится А. Н. Севченко, заместителем ди-ректора – Николай Александро-вич Борисевич, незадолго до этого вернувшийся из Ленинграда после успешного окончания аспиранту-ры в ГОИ. В 1957 г. А. Н. Севченко назначается на должность ректо-ра БГУ, а Б. И. Степанов становит-ся директором Института физики и в этой должности работает в тече-ние 28 лет. С созданием Института физики оптического профиля оп-тика в Беларуси начинает стреми-тельно развиваться. Для подготовки научных кадров сразу организуется две оптические кафедры в БГУ (фи-зической оптики и спектрального анализа). Идет целенаправленный поиск и подготовка талантливых молодых ученых. Активно форми-руемая тематика исследований от-носится к самому передовому краю оптической науки – лазерной физи-ке и применению лазерного излу-чения для многочисленных прило-жений. Это требует развития глу-боких теоретических исследований взаимодействия излучения с разно-образными средами, включая и не-линейную оптику. С открытием лазеров новое развитие получили

СТАНОВЛЕНИЕ

Началом бурного развития оп-тики и физики вообще в Беларуси можно считать 1953 г., когда моло-дые по современным меркам ученые Государственного оптического ин-ститута (ГОИ) – сорокалетний Бо-рис Иванович Степанов, в то время уже лауреат Государственной пре-мии СССР, и пятидесятилетний Ан-тон Никифорович Севченко, уче-ник выдающегося физика-оптика академика С. И. Вавилова, защитив-ший в 1953 г. докторскую диссерта-цию, были избраны академиками Академии наук БССР и переехали из Ленинграда в Минск. В то время в Беларуси был только один канди-дат физико-математических наук – Федор Иванович Федоров, который в 1936 г. защитил диссертацию в Ле-нинграде под руководством одного



и традиционные оптические на-правления, включая атомно-моле-кулярную спектроскопию и иссле-дования плазмы. Были поставлены первые эксперименты по биологи-ческому влиянию лазерного излуче-ния. К глубине и качеству проводи-мых исследований предъявляются принципиально высокие требова-ния. Руководителями направлений становятся ученые мирового класса, работы которых, как показало вре-мя, позволили возглавляемым ими коллективам и их ученикам выпол-нять работы самого высокого уров-ня и тем самым оставаться востре-бованными и в современной науч-но-производственной сфере. Пре-жде всего это Б. И. Степанов и его ученики и коллеги П. А. Апанасе-вич, А. Н. Рубинов, А. С. Рубанов, В. П. Грибковский, А. М. Самсон. Ф. И. Федоров, выполнив в 1950-х гг. ряд пионерных работ в области оп-тики анизотропных сред, создал ба-зу для известной белорусской шко-лы кристаллооптики – Б. В. Бокуть, А. М. Гончаренко. Н. А. Борисевич и А. Н. Севченко, их ближайшие ученики и коллеги А. П. Войтович, Г. П. Гуринович и К. Н. Соловьев ос-новали научную школу атомной и молекулярной спектроскопии. Академик М. А. Ельяшевич, также приехавший из ГОИ в 1956 г., осно-вал школу в области спектроскопии и физики плазмы, которую актив-но развили В. С. Бураков, Л. И. Ки-селевский. При их руководстве соз-давалась первая аппаратура дис-танционного авиа- и космического спектрометрирования природных объектов.

Состав Института растет коли-чественно и качественно. Из 15 со-трудников и аспирантов в 1955 г. к 1970 г. создается мощный кол-лектив, в котором работает более

700 человек в Минске, около 150 – в Могилевском отделении и почти 500 – в Специальном конструктор-ско-технологическом бюро с опыт-ным производством. Круг решае-мых практических задач расширя-ется вследствие развития в Белару-си оптической промышленности. Первенец этой отрасли – Минский механический завод имени С. И. Ва-вилова начал свою работу в 1957 г. На его базе в 1971-м было образова-но Белорусское оптико-механиче-ское объединение (БелОМО), в рам-ках которого затем были созданы заводы «Зенит» в Вилейке, «Диапро-ектор» в Рогачеве, «Свет» в Жло-бине. В 1970 г. начал работать за-вод «Оптик» в Лиде. БелОМО бы-стро заняло лидирующее положе-ние в оптической отрасли СССР. Уже в 70-е гг. на БелОМО начался серийный выпуск лазерной тех-ники. До этого она изготовлялась только в СКТБ с ОП Института фи-зики. В 1979 г. при ЦКБ «Пеленг» организован Межведомственный конструкторский отдел (ныне на-учно-производственное предпри-ятие «ЛЭМТ» в составе БелОМО), призванный внедрять результа-ты научных исследований и раз-работок в практику. В 1984 г. всту-пило в строй действующих круп-ное Минское опытно-промышлен-ное предприятие АН СССР (ныне приборостроительный завод «Оп-трон»), одной из задач которого ста-ло тиражирование лазерных систем и приборов, разрабатываемых в ин-ститутах и КБ АН БССР и других организациях СССР. С самого нача-ла научные исследования и разра-ботки в области оптики в Беларуси, как правило, выполнялись по высо-ким постановлениям, были инте-грированы в крупные всесоюзные программы, проводились в тесной

кооперации с научными и произ-водственными организациями Ле-нинграда, Москвы и других городов страны, хорошо финансировались, в основном по хозяйственным до-говорам с организациями оборон-ного комплекса.

Многочисленные ученые, специ-алисты и государственные деяте-ли, посещавшие Институт физики в тот период, отмечали творческую атмосферу и высокий научный потенциал коллектива. Акаде-мик В. А. Амбарцумян, знакомясь с работой учреждения, отмечал, что «причиной быстрого развития Ин-ститута является направленность и целеустремленность, с которой замечательный советский ученый, академик Б. И. Степанов руководит Институтом, следя за всеми деталя-ми работы и вместе с тем предостав-ляя своим талантливым сотрудни-кам широкую возможность прояв-ления инициативы. Этот Институт есть Институт современной оптики. У каждого, кто знакомится с резуль-татами его работы, возникает жела-ние использовать эти результаты…». Лауреаты Нобелевской премии ака-демики Н. Г. Басов и В. Л. Гинзбург пишут в книге почетных посети-телей: «Достижения Института ве-лики и охватывают многие области современной оптики. … Это только начало, и в ближайшее время мы будем свидетелями еще более вы-дающихся достижений Института». Лауреат Нобелевской премии ака-демик Ж. И. Алферов так отзывает-ся об Институте: «Институт, с кото-рым связано очень много в истории советской физики и в истории на-уки Ленинграда и Бела руси». Лет-чик-космонавт, дважды Герой Со-ветского Союза В. В. Коваленок отмечает: «Надеюсь, что совре-менная космонавтика с большой


пользой и перспективой будет ис-пользовать результаты исследова-ний Института в своих практиче-ских делах по освоению космиче-ского пространства».

Институ т, как и большин-ство организаций Академии наук, не просто пережил период, связан-ный с распадом СССР. Благодаря мерам, предпринятым руковод-ством Республики Беларусь, и вы-сокой активности специалистов, работавших в области оптики, на-копленный ранее потенциал в ос-новном удалось сохранить и при-способить к работе в новых усло-виях. Важнейшую роль здесь сы-грали организация в Республике Беларусь государственных научных и научно-технических программ, программ Союзного государства, создание Белорусского республи-канского фонда фундаментальных исследований, активное исполь-зование грантов международных фондов (INTAS, МНТЦ и др.) и рас-ширение научных связей с органи-зациями стран дальнего зарубежья. Способствовало этому и возникно-вение малых предприятий и фирм по разработкам и производству ла-зерной техники, таких, например, как «ЛЭМТ», «ЛОТИС-ТИИ», «СО-ЛАР», «СОЛАР ЛС», «СОЛАР-ТИИ», «ЛЮЗАР», «Магия света», «Гологра-фическая индустрия», с которыми у Института сложились деловые отношения.

ТРАДИЦИИ, НАСТОЯЩЕЕ И БУДУЩЕЕ

Невозможно в небольшой ста-тье привести все результаты дея-тельности Института физики, его достижения по развитию оптики в Беларуси. Ниже собраны лишь не-которые примеры, показывающие

результативную связь поколений ученых через развитие созданных в стране научных школ и, в ряде случаев, демонстрирующие эффек-тивную коммерциализацию науч-ных разработок, примеры, содер-жащие в себе опыт, остающийся актуальным и теперь.

Лазеры и их применение

Крупнейшим событием в обла-сти оптики явилось открытие ла-зеров в 1960 г. и связанное с ними возникновение нелинейной оптики и лазерной спектроскопии. Бело-русские физики быстро и эффек-тивно включились в разработку проблем этого важнейшего раздела современной оптики. Уже в 1962 г. В. А. Пилиповичем был запущен первый в Беларуси лазер и нача-ты экспериментальные исследо-вания в этой области. В течение 2–3 лет лазерная тематика заняла ведущее место в Институте физи-ки АН БССР.

Этому в немалой мере способ-ствовало развитие еще в «долазер-ный» период Б. И. Степановым и его учениками методов и подходов, ко-торые оказались полностью при-годными для расчета энергетиче-ских и временных характеристик многих типов лазеров. В частно-сти, в работах по теории поглоще-ния света и люминесценции были получены соотношения, описыва-ющие эти процессы с учетом вы-нужденного испускания и нели-нейной зависимости от мощности падающего излучения, то есть со-отношения, лежащие в основе те-ории лазеров. В 1958 г. А. П. Ивано-вым было показано, что при высо-ких освещенностях коэффициент поглощения света сложными мо-лекулами в некоторой области ча-стот может стать отрицательным,

среда из поглощающей может пре-вращаться в усиливающую.

Лазеры на растворах красителей

Одним из самых выдающихся достижений белорусских ученых в области лазерной физики стало предсказание и получение лазерной генерации на растворах красителей.

Идея молодого аспиранта А. Н. Рубинова использовать в ка-честве активной среды лазера рас-творы сложных органических со-единений (красителей) многими не воспринималась. Но его научный руководитель Б. И. Степанов, несмо-тря на кажущуюся одиозность этой идеи, ее поддержал. Одиозность за-ключалась в том, что предлагалось использовать не трех- или четырех-уровневую, а двухуровневую схе-му, не с метастабильным, а с весь-ма короткоживущим исходным для генерации уровнем, и со спектром излучения не в виде узкой линии, а в виде широкой спектральной по-лосы. То есть, по сути, все класси-ческие требования были заменены на противоположные.

В 1966 г. А. Н. Рубинов вместе с поступившим к тому времени в аспирантуру Института физи-ки В. А. Мостовниковым впервые получили эффект генерации света на красителях экспериментально.

Следует отметить, что успеху этих экспериментов во многом спо-собствовала еще одна новация, вве-денная авторами, – использование для возбуждения красителей лазер-ной накачки – излучения других лазеров. Этот тип накачки оказал-ся весьма удобным и впоследствии получил широкое распространение, причем не только в отношении кра-сителей, но и применительно к дру-гим активным средам.

ОПТИКА



Одновременно с вышеупомяну-тыми авторами из Института фи-зики и независимо от них эффект генерации света растворами кра-сителей обнаружили П. Сорокин в США и Ф. Шефер в ФРГ. Эти три группы признаны как отечествен-ной, так и зарубежной научной об-щественностью первооткрывателя-ми лазеров на красителях.

Чрезвычайно интересные свой-ства лазеров на красителях и бо-гатые возможности их примене-ния привели к тому, что разработ-кой и изучением этого типа лазер-ных источников стали заниматься многие исследователи в ряде ла-бораторий мира. Весьма активно эти работы развивались и в Ин-ституте физики. Здесь был развер-нут целый комплекс исследований, включающий в себя такие направ-ления, как поиск и изучение раз-личных классов красителей, позво-ляющих полностью перекрыть ла-зерным излучением всю область спектра от ближнего ультрафиоле-та до ближней инфракрасной обла-сти; детальное изучение механиз-ма генерации при лазерной и при ламповой накачке; разработка раз-личных схем управления спектром лазерного излучения; создание те-ории лазеров этого типа и др. На-ряду с исследовательской работой в Институте была организована конструкторская разработка и из-готовление серии приборов на ос-нове лазеров на красителях с раз-личным типом накачки и гибким управлением спектральными ха-рактеристиками, предназначенных для широкого применения в спек-троскопии и нелинейной оптике.

Следует отметить, что разра-ботка приборных вариантов лазе-ров на красителях стимулирова-ла развитие тонких оптических

технологий в СКТБ Института фи-зики, таких как многослойные ди-электрические зеркала на различ-ные области спектра, глубокий оп-тический контакт, высокоточная обработка поверхности, изготов-ление моноблочных интерфероме-тров Фабри – Перо. Одновременно это стимулировало развитие ква-лифицированных конструкторских кадров, специализирующихся в об-ласти лазерной техники, и в целом позволило повысить эксперимен-тальную вооруженность лаборато-рий Института.

Институт физики стал при-знанным лидером и организато-ром исследований в области ла-зеров на красителях в масштабах всего Советского Союза. Он ор-ганизовал и регулярно проводил по этой тематике всесоюзные кон-ференции с международным уча-стием. Для развития работ в обла-сти лазеров на красителях в мас-штабах страны Институту была выделена огромная по тем време-нам сумма – около двух миллио-нов рублей. Используя эти воз-можности, Институт не только укрепил свою эксперименталь-ную базу, но также заказывал рос-сийским организациям разработ-ку различных типов красителей, специальных импульсных ламп, необходимых компонентов, реги-стрирующих и других устройств, что ускорило исследования и раз-работки данного направления в целом по стране.

За открытие, исследования и разработку лазеров на красите-лях Б. И. Степанов, А. Н. Рубинов и В. А. Мостовников в 1972 г. были удостоены Государственной пре-мии СССР.

В последующие годы в Ин-ституте физики в лаборатории

А. Н. Рубинова был проведен боль-шой комплекс исследований и раз-работок РОС-лазеров на красите-лях. Ряд созданных приборов по-ставлялся для исследовательских целей в другие организации, в том числе за рубеж. Среди них РОС-ла-зер «Гном-2», который был удосто-ен Золотой медали международной Лейпцигской ярмарки. Особенно «элегантной» разработкой стал го-лографический РОС-лазер, в кото-ром отсутствуют какие-либо допол-нительные оптические элементы и который при размерах всего око-ло одного сантиметра обеспечива-ет эффективную генерацию узкой спектральной линии с перестрой-кой по спектру и при большой ча-стоте повторения импульсов. Рабо-та отмечена Государственной пре-мией Беларуси за 2000 г.

Большое разнообразие свойств лазеров на красителях открыли новые богатые возможности их применения в исследовательских и практических целях. Так как этот тип лазеров способен генерировать широкий спектр излучения, то это, с одной стороны, позволило создать сверхчувствительный метод абсор-бционного анализа на основе вну-трирезонаторной спектроскопии, а с другой – обеспечило возмож-ность получения сверхкоротких импульсов пико- и фемтосекунд-ного диапазона в различных обла-стях спектра, что подняло методы кинетической спектроскопии на ка-чественно новый уровень. Вместе с тем оказалось, что лазеры на кра-сителях способны генерировать и чрезвычайно узкие спектраль-ные линии высокой интенсивности, причем с плавной перестройкой в широком спектральном диапа-зоне. Это открыло абсолютно уни-кальные возможности для лазерной


спектроскопии. Например, при ис-пользовании метода селективной многоступенчатой оптической ио-низации оказалось возможным де-тектировать сверхмалые количества вещества, вплоть до одиночных ато-мов, даже если они находятся в сме-си других веществ.

Реализованные в лазерах на кра-сителях новые принципы – двух-уровневая система, широкий спектр излучения на лазерном переходе, использование лазерной накачки – были затем положены в основу по-иска нового типа активных сред на основе кристаллов. В резуль-тате позднее был найден ряд кри-сталлических сред, среди которых особенно эффективным оказался сапфир, активированный титаном. Эти среды, получившие в послед-ние годы широкое распростране-ние, работают по тому же прин-ципу, что и растворы красителей, и во многом именно им обязаны своим появлением.

Общая теория оптических квантовых генераторов и полупроводниковые лазеры

На первом этапе развития ла-зеров были необходимы инженер-ные методы расчета их энергетиче-ских характеристик. Б. И. Степанову и его ученикам В. П. Грибковскому, А. С. Рубанову и А. М. Самсону уда-лось решить эту задачу очень бы-стро. Уже в 1964 г. в «Успехах фи-зических наук» была опубликована статья Б. И. Степанова и В. П. Гриб-ковского, в которой они, используя полученные ими ранее соотноше-ния для теории люминесценции атомарных систем, получили все ос-новные энергетические соотноше-ния и для активного вещества ла-зера. Этот принцип аналогии был успешно использован ими и далее,

при обобщении полученных соот-ношений, включая универсальное соотношение Степанова, на полу-проводники. В результате прове-денной работы в Институте было создано новое направление по фи-зике полупроводниковых лазеров и оптике полупроводников. Науч-ные работники организованной ла-боратории оптики полупроводни-ков Института физики детально изучили особенности полупрово-дниковых лазеров на квантовораз-мерных гетероструктурах, что по-зволило им создать новые типы по-лупроводниковых лазеров с опти-ческой и электрической накачкой. По этой теме опубликованы тыся-чи научных статей, изданы моно-графии, книги, учебники и посо-бия, получено около 90 авторских свидетельств и патентов на изобре-тения, подготовлено и защищено 6 докторских и более 35 кандидат-ских диссертаций. За цикл работ, включающий 159 публикаций, в том числе монографию «Методы рас-чета оптических квантовых гене-раторов» в 1976 г. Б. И. Степанову и его ученикам В. П. Грибковско-му, А. С. Рубанову и А. М. Самсону присуждена Государственная пре-мия БССР в области науки. За вре-мя существования лаборатории вы-полнено множество хоздоговоров и контрактов с отечественными и зарубежными научными и про-изводственными организациями. Основными партнерами и заказчи-ками в Беларуси были МНИИРМ, «ЛЭМТ», ЦКБ «Пеленг», «ИЗОВАК», «СОЛАР ЛС» и др., среди зарубеж-ных потребителей – Россия, Герма-ния, Франция, Швеция, Саудовская Аравия, Индия, Китай, Италия.

Успешное проведение исследова-ний в области полупроводниковых диодных лазеров и создание на их

основе перспективных лазерных систем с диодной накачкой, каче-ственный и количественный рост научных кадров способствовали созданию в Институте физики Цен-тра лазерной техники и техноло-гий. Центр продолжает развивать лазерную тематику, успешно вы-полняет контракты с белорусски-ми предприятиями, промышлен-ными и научными организациями США, Германии, Франции, России, Индии, Китая. Возглавляет эту ра-боту Г. И. Рябцев.

Успешно развивают направле-ние, заложенное на заре станов-ления Института физики, в цен-трах, возглавляемых С. В. Гапонен-ко и Г. П. Яблонским, где проводят-ся самые передовые исследования в области нанофотоники и полу-проводниковых гетероструктур.

Нелинейная оптика

С созданием лазеров становят-ся важными эффекты, которые при использовании обычных или есте-ственных источников света в силу их малой интенсивности не про-являются. Нелинейно-оптические эффекты делают оптику значитель-но более богатой по новым прояв-лениям света при его взаимодей-ствии со средами. В Институте сло-жилось несколько научных школ этого направления.

Нелинейная кристаллооптика

Опираясь на методы Ф. И. Фе-дорова, предложенные им для решения задач кристаллоопти-ки, был установлен ряд новых закономерностей.

Так, был предсказан и исследо-ван новый тип фазового синхро-низма в кристаллах при нелиней-но-частотном смешении световых волн различной поляризации, так

ОПТИКА

В лаборатории нелинейной оптики академика В.А.Орловича



использовании различных меха-низмов его нелинейного взаимо-действия с кристаллами позволи-ли создать богатую гамму лазер-ных устройств, обеспечивающих чрезвычайно широкий диапазон управления спектральными, вре-менными, пространственными и энергетическими параметрами излучения. Эти работы были отме-чены премией Ленинского комсомо-ла Беларуси в 1978 г. (С. А. Батище, В. Н. Белый, Н. С. Казак, В. А. Орло-вич, Н. М. Палтарак, А. Н. Сердю-ков), Государственной премией СССР в 1984 г. (Б. В. Бокуть) и Го-сударственной премией Республики Беларусь в области науки и техники в 2000 г. (А. А. Афанасьев, В. Н. Бе-лый, Н. С. Казак, В. А. Орлович, Т. Ш. Эфендиев).

Фундаментальные результаты белорусских исследователей соста-вили основу развития современной нелинейной кристаллооптики. Сре-ди результатов, полученных Б. В. Бо-кутем, Н. С. Казаком и соавторами, – предсказанный нелинейно-оптиче-ский эффект генерации переменно-го электрического поля, реализация метода «нелинейного зеркала» для

управления параметрами излуче-ния сложных лазерных систем, раз-работка нелинейно-оптических ме-тодов измерения параметров лазер-ного излучения и вещества в УФ- и ИК-диапазонах, метод пассивной абсорбционной спектроскопии, ис-следование нелинейных фотореф-рактивных кристаллов, построение модифицированных материальных уравнений и граничных условий, корректно описывающих нелиней-но-оптические явления в фотореф-рактивных (ФР) кристаллах. На их основе В. Н. Белый и Н. А. Хило уста-новили существование нового ти-па низкоэнергетических простран-ственных солитонов в ФР-кристал-лах с дрейфовым механизмом оп-тической нелинейности.

К важнейшим достижениям в области линейной кристалло-оптики следует отнести создание общей феноменологической тео-рии оптических свойств магнит-ных и поглощающих кристаллов, разработанной Л. М. Томильчиком, С. С. Гиргелем, В. В. Филипповым, кристаллов со спиральной ани-зотропией – авторов И. В. Семченко, С. В. Хахомова, а также обнаружение

называемый синхронизм 2-го типа (Б. В. Бокуть, А. Г. Хаткевич, Н. С. Ка-зак, В. Н. Белый и др.).

Впервые получено мощное плав-но перестраиваемое УФ-излучение при нелинейном преобразовании частоты лазеров на красителях, предложен метод фазового согла-сования и установлены закономер-ности нелинейного преобразования частоты при смешении в кристал-ле разнополяризованных гауссо-вых пучков в условиях векторного синхронизма с совмещенными по-токами энергии, установлены осо-бенности удвоения частоты широ-кополосного лазерного излучения. Выявлены основные особенности явления нелинейной оптической ак-тивности, изучено нелинейное пон-деромоторное действие излучения на кристаллы. Результаты получе-ны А. Н. Рубиновым, Н. С. Казаком, Б. В. Бокутем, В. А. Мостовниковым, А. Г. Мащенко, В. Н. Белым, А. Г. Хат-кевичем, А. С. Лугиной, В. А. Баты-ревым, А. Н. Сердюковым.

Проведенные эксперименталь-ные исследования и разработка но-вых методов преобразования ча-стоты лазерного излучения при


Ф. И. Федоровым и Н. С. Петровым возможности существования в кри-сталлах неоднородных волн, изуче-ние особенностей распространения поверхностных акустоэлектриче-ских, магнитостатических и маг-нитоупругих волн, выполненное под руководством В. В. Филиппова. Ученые развили теорию дифрак-ции оптического излучения в ани-зотропных средах, предсказали воз-можность бездифракционного рас-пространения и безлинзового фоку-сирования световых пучков вблизи оптических осей гиротропных дву-осных кристаллов, установили за-кономерности распространения га-уссовых и лагерр-гауссовых пучков в условиях конической рефракции. В этой работе принимали участие А. Г. Хаткевич, В. Н. Белый, С. Н. Ку-рилкина, А. М. Гончаренко, Н. А. Хи-ло, А. П. Хапалюк, А. М. Бельский.

Большой вклад был сделан в те-орию акустооптического взаимо-действия в кристаллах с электроин-дуцированной анизотропией и ги-ротропией, исследовано влияние пьезоэлектрических и фотоупругих свойств кристаллов на фоторефрак-тивный эффект и выходные харак-теристики голограмм. Результатом фундаментальных работ в области электродинамики заряда в полупро-водниковых кристаллах стало со-здание непротиворечивой теории решеток заряда в полупроводни-ках, разработаны основы теории электрического управления свето-выми пучками и созданы управля-емые дефлекторы и линзы.

Эти изыскания послужили ос-новой для работ в новом направ-лении – оптики кристаллических структур и метаматериалов. Од-ним из наиболее важных дости-жений в этой сфере стало обосно-вание возможности существенного

(на порядок) усиления эффекта Фарадея при сохранении низкого уровня оптических потерь в сло-исто-периодической среде. Рабо-ты выполнены С. Н. Курилкиной, М. В. Шубой. Они были реализо-ваны в новых оптических устрой-ствах, таких как электро- и акусто-оптические дефлекторы, модулято-ры и линзы, приборы для форми-рования азимутально и радиально поляризованных квазибездифрак-ционных бесселевых световых пуч-ков, перспективных в фотолито-графии, конфокальной микроско-пии и оптической записи-считы-вании информации; установки для удержания микрочастиц и молекул и управления их движением, транс-портировки энергии лазерного из-лучения в открытом пространстве и полых световодах; различные схе-мы цилиндрических объектов; пло-ские линзы, позволяющие достигать разрешения до 30 нм в ближнем по-ле и до 300 нм в дальнем.

Белорусская школа кристалло-оптики заслужила высокую оцен-ку мирового научного сообщества. Заключены крупные контракты на выполнение работ в этом на-правлении. В планах – дальнейшее развитие оптики сред со сложной анизотропией, в том числе новых перспективных материалов – фо-тонных кристаллов и метамате-риалов с целью разработки новых устройств нанофотоники.

Вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР)

Одним из первых нелинейно- оптических эффектов было исследо-вано явление ВКР. Уже в 1965 г. вы-шла теоретическая работа П. А. Апа-насевича и Б. И. Степанова по вну-трирезонаторному ВКР. Первые

экспериментальные исследования ВКР в Институте начали проводить-ся с 1968 г. в лаборатории нелиней-ной спектроскопии В. А. Орловичем с сотрудниками. В последующем для создания предельно компакт-ных и малотребовательных к техни-ческому обслуживанию лазерных источников, генерирующих в УФ, видимом и инфракрасном диапа-зонах спектра, потребовалось со-средоточиться на исследованиях эффекта в кристаллах, конкуриру-ющих с ВКР нелинейностях, на раз-работке методов нелинейно-оптиче-ского преобразования частоты ди-одно-накачиваемых лазеров. В хо-де этих работ впервые реализована непрерывная ВКР-генерация в кри-сталлах и получено ВКР-преобра-зование частоты в них на фемто-секундных временных интервалах, достигнут значительный прогресс в разработке принципов генера-ции безопасного для зрения излу-чения. Выявлен канал потерь в ре-зонаторах твердотельных лазеров вследствие присутствия примес-ных редкоземельных ионов, экспе-риментально продемонстрировано существенное увеличение яркости пучков преобразованного излуче-ния в режиме ВКР-генерации, реа-лизована самосинхронизация мод в ВКР-лазерах, обнаружено резкое снижение порогов нелинейно-оп-тических эффектов вблизи стоп-зо-ны глобулярных фотонных кри-сталлов, предложены и исследова-ны новые лазерные среды. Иссле-дования в этой области проводятся П. А. Апанасевичем, В. А. Орловичем, А. С. Грабчиковым, В. А. Лисинец-ким, Р. В. Чулковым, В. И. Дашкеви-чем, И. А. Ходасевич, А. И. Водчицем.

В настоящее время работы по ВКР выполняются сотрудни-ками Центра нелинейной оптики

ОПТИКА

Излучатель мощного твердотельного лазера нового поколения



и активных материалов Институ-та физики. Их научные наработки использованы при создании экс-периментальных образцов лазер-но-оптических комплексов, среди них – лазерные комплексы, обе-спечивающие генерацию излу-чения, непрерывно перестраи-ваемого в спектральной области 0,26–8,1 мкм, узкополосного излуче-ния с длинами волн в пределах 188–1800 нм, полностью твердотельная лазерная система, генерирующая на 20 длинах волн в диапазоне 266–1600 нм, модульный научно-учеб-ный лазерный комплекс с перестра-иваемыми спектральными характе-ристиками генерации, параметри-ческие генераторы света, различные

типы ВКР-преобразователей лазер-ного излучения, в том числе имею-щие мини- и микрочип-конфигура-ции, источники ультрафиолетового и безопасного для глаз излучения (В. А. Орлович, В. В. Квач, П. А. Апа-насевич, В. И. Дашкевич, Р. В. Чулков, С. Г. Круглик).

Результаты исследований эф-фекта ВКР, а также разработанный в 1980-х гг. самый мощный в СС-СР лазер на АИГ: Nd и оператив-но-перестраиваемый в широкой спектральной области узкополос-ный лазер на красителях послу-жили основой для освоения вы-пуска лазерной системы «Спек-трон» на НПП АН СССР в Мин-ске. В последующие десятилетия

на базе разработок Института фи-зики компания «СОЛАР ЛС» на-чала выпуск твердотельных ПГС и ВКР-преобразователей, а «ЛЭМТ» БелОМО развернуло производство дальномеров и систем дистанцион-ного зондирования с использова-нием безопасных для глаз лазеров. Лазерно-оптическая продукция, производимая этими предприяти-ями, востребована на рынках стран ближнего и дальнего зарубежья.

Динамическая голография

Белорусские ученые активно ис-следовали физические основы ди-намической голографии. В 1971 г. сотрудники института Б. И. Сте-панов, Е. В. Ивакин и А. С. Рубанов впервые продемонстрировали эф-фект обращения волнового фронта (ОВФ) при четырехволновом сме-шении (ЧВС) в растворах органи-ческих красителей. Данное явле-ние открыло новые возможности для решения ряда практических задач, среди которых активная ла-зерная спектроскопия, получение предельной яркости лазерного из-лучения за счет компенсации фазо-вых искажений в двухпроходовых усилителях и самонаведение лазер-ного излучения на мишень малых размеров. Б. И. Степанов, П. А. Апа-насевич, Е. В. Ивакин, А. С. Рубанов удостоены в 1982 г. Государствен-ной премии СССР.

Лазерное зондирование атмосферы

Активно развиваются исследо-вания рассеяния света в различ-ных средах, начатые еще на заре создания института А. П. Ивано-вым. Выполнен большой цикл работ по установлению закономерностей рассеяния света в воде, атмосфере, различных искусственных средах.


организации в СССР сети дистан-ционного мониторинга стратосфе-ры были разработаны и изготовле-ны лидарные станции. Следствием высокого научного и технического уровня изысканий в этой области, осуществляемых под руководством А. П. Чайковского, стало включе-ние Института физики, единствен-ной организации в СНГ, в между-народную программу по созданию Европейской лидарной сети в рам-ках проектов 5–7-й Рамочных про-грамм Европейского союза и про-граммы «Горизонт 2020».

В 2004 г. коллективом ученых Беларуси, России и Кыргызстана создана лидарная сеть CIS-LiNet, включающая 7 станций для контро-ля параметров атмосферного аэро-золя и озона в регионах СНГ. Веду-щей организацией в этом проекте выступил Институт физики НАН Беларуси.

Созданный при нем Центр оп-тического дистанционного зонди-рования занимается проведением фундаментальных и прикладных научных исследований и разрабо-ток, обеспечивающих выполнение важных национальных задач в об-ласти дистанционного контроля атмосферы и природных объектов на земной поверхности. Здесь со-здана комплексная лидарная и ра-диометрическая станция дистан-ционного зондирования атмосфе-ры, включенная в международные лидарные и радиометрические сети. Она обеспечивает контроль транс-граничного переноса загрязнений на территории нашей страны по за-даниям Национальной системы мониторинга окружающей среды в Республике Беларусь.

Учеными предложено и разви-то новое направление дистанци-онного зондирования атмосферы

и подстилающей поверхности, ба-зирующееся на результатах ком-плексных дистанционных измере-ний активными (лазерными) и пас-сивными (радиометрическими) си-стемами наземного и спутникового базирования. Синергетический эф-фект от объединения данных ком-плексных измерений достигается посредством координации изме-рительных процедур различных систем наблюдения и использова-ния регуляризующих алгоритмов решения обратных задач при об-работке данных. Новая методика комплексного лидарного и радио-метрического зондирования атмос-ферного аэрозоля и программное обеспечение для ее реализации вне-дрены на 11 объединенных стан-циях Европейской лидарной сети EARLINET и международной ра-диометрической сети AERONET.

Наработки Центра оптическо-го дистанционного зондирования нашли применение в исследовани-ях Антарктиды. Впервые на Бело-русской научной станции был соз-дан и введен в эксплуатацию мно-гофункциональный аппаратурный комплекс дистанционного мони-торинга атмосферы и земной по-верхности, включающий многовол-новые лидары и солнечные спек-трофотометры. Он благополучно прошел испытание на полигоне Антарктиды, где было организо-вано тестирование метода внеш-ней калибровки оптических кана-лов мультиспектральной съемоч-ной системы белорусского спутни-ка БКА и российского – Канопус-В.

Квантовая оптика и квантовая информатика

Работы по квантовой элек-тродина мике процессов рас-сеяния света были выполнены

На их основе созданы эффективные методы и аппаратура определения характеристик атмосферы, водных бассейнов и других объектов, один из таких методов – многоволновое лазерное зондирование. Решен ряд проблем видения, локации и связи через рассеивающие среды.

Теория переноса излучения и видения в светорассеивающих средах развиты в работах Э. П. Зе-ге и И. Л. Кацева. Исследованиями в области распространения излуче-ния в плотноупакованных средах, оптикой биотканей, фотографи-ческих материалов и жидких кри-сталлов занимаются А. П. Иванов и В. А. Лойко. Их фундаментальные наработки определили тематику экспериментальных исследований и создание различных приборов. Впервые предложен и реализован метод экспериментального моде-лирования при изучении процессов распространения света в мутных средах, что обеспечило значитель-ный экономический эффект при решении многих научных и при-кладных задач, поскольку позво-лило уйти от дорогостоящих на-турных опытов. Была создана се-рия погружных гидрооптических устройств и проведены натурные исследования оптических харак-теристик воды в морях и океанах.

Разработка аппаратуры и мето-дов дистанционного зондирования атмосферы и формирование на их основе систем регионального мони-торинга – главная задача сформиро-ванного научно-производственного кластера, в который вошли Инсти-тут физики НАН Бела руси, Белорус-ский государственный университет и ряд конструкторских предприя-тий республики.

В 1980-х гг. в научных учреж-дениях Академии наук БССР для

ОПТИКА



Д. С. Могилевцевым, Д. Б. Хорош-ко, Т. М. Маевской, В. Н. Шатохи-ным, А. Б. Михалычевым.

В 2001 г. С. Я. Килин, А. П. Низов-цев с сотрудником Штутгартского университета Й. Врахтрупом впер-вые в мире предложили и обосно-вали использование NV-центров в алмазе в качестве перспективных элементов для реализации кванто-вого компьютера. В настоящее вре-мя центры окраски в алмазах ин-тенсивно изучаются во всем мире также и для создания различных квантовых сенсоров, в том числе высокочувствительных сенсоров градиентов магнитного поля.

В последние годы стремитель-ное развитие получила квантовая криптография. В 2007 г. в лаборато-рии квантовой оптики Института физики группой ученых под руко-водством С. Я. Килина создана пер-вая в СНГ волоконно-оптическая система квантовой криптографии, осуществляющая квантовое рас-пределение ключа на основе кван-тового кодирования во временные интервалы и позволяющая эффек-тивно распределять ключи на рас-стояние до 10 км по оптоволокну.

Разработки лаборатории уже на-шли применение в такой важной области, как создание высококаче-ственных генераторов случайных чисел (ГСЧ), гарантия качества ко-торых обеспечивается законами квантовой физики. Разработанные и созданные в экспериментальной группе под руководством В. Н. Чи-жевского генераторы случайных чисел по своим характеристикам занимают лидирующую позицию в этом классе приборов.

На базе лаборатории кванто-вой оптики в Институте создан Центр квантовой оптики и инфор-матики. Его сотрудники активно

занимаются разработкой теории квантовых измерений, кванто-вой метрологией, диагностикой и томографией квантовых состо-яний и процессов, квантовой ми-кроскопией и антеннами, кванто-вой физикой открытых систем, не-марковской коллективной дефази-ровкой и потерями. Возглавляют эти направления ученые С. Я. Ки-лин, Д. С. Могилевцев и А. Б. Ми-халычев. Результаты работы Цен-тра представлены в высокорейтин-говых журналах, таких как Nature Communications, Physical Review Letters, Physical Review, Scientific Reports и др. Выполняются проек-ты программы «Горизонт 2020».

Начиная с 1992 г. регулярно про-водятся представительные между-народные конференции по кванто-вой оптике и квантовой информа-тике – ICQOQI. В работе предше-ствующих конференций, обычно проводимых в Минске, принима-ли участие ведущие специалисты по квантовым технологиям признан-ных научных центров – Массачусет-ского технологического института (США), Высшей нормальной школы (Франция), Оксфордского универ-ситета (Великобритания), Королев-ского технологического института (Швеция), Института квантовой оп-тики им. М. Планка (Германия) и др.

Медицинское применение лазеров

Белорусскими физиками пред-ложены методы и созданы аппара-ты лазерной терапии для широкого круга заболеваний различного ге-неза, в том числе желтухи новоро-жденных, глазных болезней. Науч-ные рекомендации, предложенные в Институте физики, использова-ны в России и Беларуси при раз-работке и организации серийного

Б. И. Степановым и П. А. Апана-севичем еще в 1959 г. с целью ре-шения вопроса о классифика-ции вторичного излучения, по-ставленного еще С. И. Вавиловым. Особого упоминания заслужива-ет впервые предсказанный в 1963 г. П. А. Апанасевичем эффект расще-пления спектра спонтанного ис-пускания двухуровневого атома на три компоненты под воздей-ствием резонансного монохрома-тического излучения – фундамен-тальный квантово-опти ческий эф-фект. Эти работы составили основу развития квантовой оптики – на-правления исследований, которое продолжил С. Я. Килин. Им пред-сказан эффект группировки и ан-тигруппировки разночастотных фотонов при рассеянии света на од-ном атоме. За пио нерную работу «Квантовая теория резонансно-го рассеяния мощного лазерного излучения» С. Я. Килин был удо-стоен в 1982 г. Премии Ленинско-го комсомола Беларуси, а за цикл «Квантовая электродинамика в сре-де: квантовая и ядерная оптика» отмечен Государственной преми-ей Республики Беларусь в 2002 г. В созданной в 1995 г. лаборатории квантовой оптики были предска-заны новые явления, относящие-ся к физике взаимодействия оди-ночных атомов и фотонов. Среди них – явление одноатомной оп-тической бистабильности, замо-раживание спонтанного распада излучателей, неоднородным об-разом взаимодействующих с фо-тонами разных частот, генерация сжатых и других неклассических состояний света в многофотонных процессах, обобщенных когерент-ных состояний одно атомным ла-зером. Эти работы выполнялись С. Я. Килиным, Т. Б. Карлович,

Физиотерапевтический аппарат «Экстрасенс»

Аппарат «Малыш» для лечения желтухи новорожденных

Лазеротерапевтический аппарат «Жень-шень ИФ»


выпуска нескольких типов лазер-ных медицинских приборов для офтальмологии и лазерной хирур-гии. В частности, на БелОМО был организован выпуск лазерных ме-дицинских приборов, специали-зированных для нейро- и офталь-мохирургии (глаукома, трансскле-ральная фотокоагуляция). Цикл работ «Механизмы развития, ме-тоды и средства лечения глауко-мы, катаракты, фотоповрежде-ний сетчатки глаза» удостоен Го-сударственной премии Республики Бела русь в области науки и техни-ки за 2000 г. Цикл представлен кол-лективом авторов, включающих сотрудников Института физики, медицинских работников и пред-ставителя БелОМО.

Физиками открыто явление за-щитной реакции пигментов орга-нов зрения на действие лазерного и рентгеновского излучений. Изго-товленные в Институте медицин-ские приборы успешно применя-ются в клиниках республики и за ее пределами.

Под руководством Б. М. Джага-рова проводятся исследования в об-ласти фотодинамической терапии опухолей. При этом основой фото-сенсибилизатора «Фотолон», выпу-скаемого РУП «Белмедпрепараты» и широко используемого ныне для лечения опухолей различной ло-кализации, является пигмент хло-рин е6, инициатором применения которого в таком качестве высту-пил академик Г. П. Гуринович. Для практической реализации фототе-рапии опухолей в Институте соз-дан и сертифицирован «ФДТ-ла-зер», с помощью которого проле-чены сотни пациентов с различ-ными нозологическими формами злокачественных новообразований.

Благодаря поддержке Б. И. Сте-панова инициатив В. А. Мостовни-кова, который в 1977 г. получил до-стоверные данные о влиянии ла-зерного излучения на функцио-на льн у ю а ктивность к леток человека в культуре и радиозащит-ном эффекте указанного физиче-ского фактора в отношении клеток,

предварительно облученных пото-ком нейтронов, в республике по-ложено начало новому направле-нию – изучению фотофизических механизмов, определяющих био-логическую активность низкоин-тенсивного лазерного излучения. Полученные знания были исполь-зованы при разработке аппарату-ры для лечения широкого круга за-болеваний и ее серийном выпуске. Работы по данной тематике про-должаются в центре «Лазерно-оп-тические технологии для медици-ны и биологии» Института физики им. Б. И. Степанова.

Практически все клинические учреждения республики оснаще-ны аппаратурой для низкоинтен-сивной лазерной терапии, разра-ботанной учеными Института, что позволило решить задачу импорто-замещения фототерапевтического оборудования.

В отечественной аппаратуре реализованы новые подходы, ко-торые направлены на повышение терапевтической эффективности

ОПТИКА



метода: комбинированное воздей-ствие лазерного излучения различ-ных длин волн; комбинированное действие лазерного излучения и из-лучения миллиметрового диапазо-на (КВЧ-терапия); сочетанное дей-ствие лазерного излучения и маг-нитного поля, модуляция излуче-ния по интенсивности и др.

Лазерные фототерапевтические аппараты повышенной эффектив-ности созданы на основе результа-тов исследований закономерностей взаимодействия лазерного излуче-ния с биологическими системами различного уровня организации. Следует отметить, что в Институ-те физики НАН Беларуси впервые была выдвинута гипотеза о нерезо-нансном (нефотохимическом) ме-ханизме регуляторного действия лазерного излучения, объясняю-щем зависимость биологического действия указанного физического фактора от таких лазероспецифи-ческих параметров, как когерент-ность и поляризация.

Сегодня можно смело утвер-ждать, что фототерапия гипербили-рубинемии новорожденных – один из наиболее ярких примеров эффек-тивного использования оптических технологий в медицине. Аппарат «Малыш», созданный на базе новых источников света – сверхъярких светодиодов сине-зеленой области спектра, не имеет аналогов по эф-фективности лечения желтухи. Он позволяет примерно в 3 раза сокра-тить продолжительность фототе-рапии, исключает побочные небла-гоприятные эффекты, присущие традиционно используемым лам-повым источникам света. Приме-нение аппарата «Малыш» для лече-ния тяжелых форм гемолитической желтухи в подавляющем большин-стве случаев позволяет отказаться

от заменного переливания крови младенцу – процедуры, в некоторых случаях приводящей к летальному исходу. В медучреждения поставле-но свыше 2 тыс. аппаратов, из них более 600 – в Россию.

РЕЗУЛЬТАТЫ МИРОВОГО УРОВНЯ

Белорусскими учеными полу-чен ряд результатов, которые вхо-дят в мировые анналы оптической науки.� В долазерный период созда-

на теория люминесценции и по-глощения, корректно учитываю-щая проявление в них вынужден-ного испускания теплового излу-чения и нелинейности поглощения. Установлено универсальное соотно-шение спектров поглощения и лю-минесценции, получившее назва-ние универсального соотношения Степанова и удостоенное Золотой медали имени С. И. Вавилова, при-суждаемой Президиумом АН СССР (1967 г.)� Развита спектроскопия сво-

бодных сложных молекул. Деталь-но изучены процессы термолизации колебательного движения возбуж-денных молекул в парах и явление стабилизации-лабилизации элек-тронно-возбужденных многоатом-ных молекул, зарегистрированное Н. А. Борисевичем и Б. С. Непорен-том как открытие. Получена лазер-ная генерация на парах сложных молекул.� Создана ковариантная тео-

рия электромагнитных волн в ани-зотропных средах и на их грани-це, открыто явление бокового сме-щения светового луча при полном внутреннем отражении, зареги-стрированное как открытие «сдвиг Федорова».

� Детально изучены спектраль-но-люминесцентные свойства мо-лекул хлорофилла, порфиринов и родственных соединений, уста-новлена роль синглетного кис-лорода в процессах фотоокисле-ния и фотодеструкции, обнару-жено и изучено явление фото-выжигания провалов в спектрах металлопорфиринов.� Разработаны методы и соз-

даны комплексы оптической ап-паратуры для исследования плаз-мы в лабораторных и натурных условиях, включая плазму об-текания ракет при их движении в атмосфере и авиакосмическое спектрометрирование природных объектов.� Теоретически и эксперимен-

тально установлены закономерно-сти накачки и работы ряда типов газовых лазеров (гелий-неоновых, СО2, аргоновых и т. п.). Многие ис-следования этого направления про-водились по заказам организаций, производивших такие лазеры.� Разработаны эффективные

методы расчета и выполнен систе-матический анализ зависимости энергетических и временных ха-рактеристик лазеров от параме-тров резонатора, активной среды и накачки; предложены способы повышения эффективности гене-рации и качества пучка генериру-емого излучения.� На основе глубокого изучения

дифракции инфракрасного излу-чения в порошкообразных средах разработаны и созданы дифрак-ционные фильтры инфракрасно-го диапазона.� Изучены закономерности рас-

пространения гауссовых пучков в анизотропных и многослойных средах, включая оптические волно-воды с анизотропным заполнением.


Разработаны технологии получения элементов планарной интеграль-ной оптики.� Детально проанализировано

действие мощного лазерного излу-чения на спектрально-оптические характеристики резонансных сред и процессы релаксации. Предска-заны явление расщепления линий спонтанного испускания и погло-щения на три компоненты под дей-ствием мощного резонансного из-лучения и явление группировки и антигруппировки фотонов резо-нансной флуоресценции.� Развиты методы нелинейной

лазерной спектроскопии, разрабо-таны уникальные спектрометры внутрирезонаторного поглощения, когерентного четырехволнового смешения и фемто- и пикосекунд-ного разрешения.� Установлены закономерно-

сти лазерной генерации поляри-зованного излучения и развиты ме-тоды поляризационной лазерной спектроскопии.� Изучена физика плазмоди-

намических процессов, возника-ющих при воздействии лазерного излучения на поверхность твердых тел, установлен ряд закономерно-стей лазерно-плазменного воздей-ствия на металлы и композицион-ные материалы.� Разработаны методы и соз-

даны аппараты лазерной терапии широкого круга заболеваний раз-личного генеза, в том числе жел-тухи новорожденных, глазных бо-лезней; открыто явление защитной реакции пигментов органов зрения на действие лазерного и рентгенов-ского излучений. Разработанные и изготовленные в Институте ме-дицинские приборы успешно ис-пользуются в клиниках республи-ки и за ее пределами.

� Внесен большой вклад в изуче-ние закономерностей работы и со-здание образцов лазерного гиро-скопа на основе кольцевого лазера с анизотропным резонатором и ак-тивной средой в магнитном поле.� Реализовано широкомасштаб-

ное внедрение методов атомного и молекулярного спектрального анализа на предприятиях респуб-лики. Разработаны новые мето-ды определения свойств углево-дов и белков, полимерных матери-алов, льноволокна и т. п.

Таким образом, белорусские ученые и организации внесли боль-шой вклад в развитие современной науки о свете, в оптические техно-логии и технику. Их достижения отмечены двумя Ленинскими пре-миями, восьмью Государственны-ми премиями СССР, семью – БССР и девятью – Республики Беларусь, другими государственными и науч-ными наградами. За успехи в раз-витии физики и подготовку высо-коквалифицированных кадров Ин-ститут физики первым среди ор-ганизаций АН БССР награжден Орденом Трудового Красного Зна-мени. Ведущие ученые в области оптики, создатели крупных науч-ных школ, внесших неоценимый вклад в развитие физической нау-ки, академики А. Н. Севченко (1971), Б. И. Степанов (1973), Ф. И. Федоров (1978), Н. А. Борисевич (1978) удо-стоены звания Героя Социалисти-ческого Труда.

И сегодня проводимые в Инсти-туте физики имени Б. И. Степанова НАН Беларуси исследования, науч-но-технические разработки и про-изводство оптической техники со-ответствуют мировому уровню,

а накопленный потенциал развива-ется и эффективно работает на благо нашей республики. Институт про-должает оставаться Институтом со-временной оптики, и круг решаемых им научных и практических задач продолжает расти.

Свет – не только идеальный но-ситель информации, но и уникаль-ный инструмент для тонкой неин-вазивной диагностики. Он широко применяется в различных областях биологии и медицины, становясь активным элементом не только из-учения, но и разнообразного воз-действия на биоструктуры. Как промышленный инструмент ла-зерный свет уже незаменим для раскроя любых материалов, явля-ется ключевым при создании ап-паратуры для микроэлектронного производства. Все более привлека-тельными становятся возможности, таящиеся в квантовых особенно-стях света – его фотонной струк-туре, которая оценивается как ос-нова новых квантово-информаци-онных приложений, включая со-здание квантовых компьютеров. Возможности нанофотоники за-хватывают воображение – от за-медления света до использования необычных свойств наноматериа-лов. Исследование полупроводни-ковых гетероструктур и создание эффективных светодиодов на их основе изменили весь рынок ис-кусственного освещения. Осваива-ются возможности терагерцового излучения. Сверхкороткие лазер-ные импульсы приближают осво-ение термоядерного синтеза. Этот список можно продолжать. Как это ни странно, несмотря на тысяче-летнюю историю освоения света, все это только начало...

ОПТИКА

Фото Дарьи Пронько

ОТДЕ

ЛЕНИ

Е ФИЗ

ИКО-

ТЕХНИ

ЧЕСК

ИХ Н

АУК

Пример успешной работы демонстри-рует Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова – один из лидеров НАН Беларуси по разработке и продвижению высоких технологий и оборудования на мировой рынок.


Новшества в технологиях всегда играют важную роль для промышленности и государства, были и остаются основой устойчивого развития.

Поставщиком новаций является наука – именно она выступает главной силой, обеспечивающей рост экспорта и внедрение результатов исследований в народнохозяйственный комплекс Беларуси. В последние годы научные организации страны сочетают ориентированные фундаментальные исследования с прикладными разработками, соответствующими запросам реального сектора экономики.

История создания методаФактически в основе создания метода обработки

оптических изделий лежал технологический запрос оп-тической промышленности СССР, согласно которому необходимо было найти передовую или создать новую технологию, превосходящую по качеству традицион-ное полирование. В конце 1980-х гг. группе сотрудни-ков Института тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси (ИТМО), возглавляемой кандидатом технических наук Л. К. Глебом, удалось представить макет и экспериментальную технологию, продемон-стрировавшую непревзойденное качество обработ-ки оптических изделий без применения химически агрессивных веществ и высокоэнергетических воздей-ствий. Предложенный революционный метод назва-ли магнитореологическим полированием (МРП), так как в его основе лежало применение магнитореологи-ческой жидкости (МРЖ). Первая публикация по этой тематике датирована 1987-м, а всего год спустя разра-ботчики метода Л. К. Глеб и Г. Р. Городкин были удо-стоены серебряной медали ВДНХ СССР на выставке «Совершенствование технологии оптического произ-водства». Впоследствии активное участие в развитии этого метода приняли И. В. Прохоров, В. И. Кордон-ский, Б. Э. Кашевский, С. Р. Городкин, А. Д. Мацепуро и З. А. Новикова.

Краткие вехи становленияПервоначально были созданы экспериментальные

установки для магнитореологического полирования,

Магнитореологическая обработка точных изделий

Андрей Худолей,

заведующий лабораторией высокоточной обработки поверхности Института тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси, кандидат технических наук, доцент


в которых МРЖ находилась в кольцевой открытой ем-кости – кювете. Такое оборудование позволяло обра-батывать лишь плоские детали. В дальнейшем в связи с более широким применением станков с числовым программным управлением (ЧПУ) процесс полиро-вания был автоматизирован, что избавило от рутин-ного труда высококвалифицированных оптиков. Зна-чительно упростилось изготовление оснастки – ин-струмент (жидкость) был готов к работе в течение нескольких секунд, а процесс обработки управлял-ся оператором.

В 1988–1992 гг. ИТМО совместно с Институтом хи-мии высокочистых веществ им. Г. Г. Девятых (Горький) проводил работы по высококачественному полирова-нию поликристаллического селенида цинка, а с НИИ измерительных систем им. Седакова (Нижний Новго-род) – по полированию полупроводникового арсенида галлия. Обработка нержавеющих сплавов деталей для искусственного клапана сердца выполнялась с Кон-структорским бюро точного электронного машино-строения (Минск), а полирование полупроводникового арсенида галлия – с Минским НИИ радиоматериалов.

В 1991 г. для нужд Министерства среднего маши-ностроения СССР (завод «Элекстросталь», Москов-ская обл.) был разработан экспериментальный обра-зец станка для магнитореологического полирования внутренних поверхностей труб большой длины (до 6 метров) и малого диаметра (15–40 мм) из нержавеющих

специальных сплавов для системы охлаждения плу-тониевых реакторов на быстрых нейтронах.

В 1990–1992 гг. на установках финишного магни-тореологического полирования изготавливались па-раболические линзы для офтальмологических при-боров, гиперболические – для системы наблюдения местности, линзы с уравнением поверхности 20-го порядка для филиала фирмы «Leica Technologies Inc.» (США).

Совместные исследования ИТМО с Центром оп-тического производства (одного из крупнейших в ми-ре лазерных центров с исследовательской установкой термоядерного синтеза «Омега-10») университета Ро-честера (США) по дальнейшему совершенствованию технологии магнитореологического полирования ла-зерной оптики осуществлялись с 1992 по 1996 г.

В настоящее время в передовых странах около 80% оптики и лазерных компонентов специального и двойного назначения обрабатывается с использо-ванием предложенного в ИТМО метода. В то же вре-мя область применения технологии МРП не ограни-чивается только оптикой и лазерами. Она демонстри-рует высокую эффективность при производстве ком-понентов медицинской техники, полупроводниковых приборов, механизмов точной механики и авиацион-но-космической целевой аппаратуры.

Основа методаОбработка поверхности изделия ведется жидко-

стью, которая выступает в роли рабочего инструмен-та. Как показала практика, использование коллоидных магнитных жидкостей с ферромагнитными частица-ми размером 5–50 нм оказалось недостаточным для реализации технологии МРП. Успех новой техноло-гии обеспечила магнитореологическая жидкость. Она, в отличие от типичных магнитных жидкостей, состо-ит из достаточно больших (0,5 мкм и более) ферромаг-нитных частиц, что позволяет при приложении маг-нитного поля не только управлять формой жидкости, но и добиваться изменения ее внутреннего строения за очень малые промежутки времени. Так, время пере-строения (структурирования и магнитной седимента-ции жидкости) в магнитном поле составляет несколь-ко миллисекунд. Как правило, магнитореологическая жидкость – это дисперсионная фаза (вода), магнитные частицы (карбонильное железо), наноабразив (ультра- или нанодисперсный алмазный порошок) и химиче-ские стабилизаторы (ПАВ, ингибиторы коррозии и т. п.).



Рис. 1. Схема осуществления магнитореологического полирования: 1 – жидкость с абразивными наночастицами; 2 – магнитные частицы

Под действием сильного магнитного поля (более 0,3 Тл) в рабочей зоне вязкость магнитореологической жид-кости возрастает более чем в тысячу раз, и она как бы «замерзает», разделяясь при этом на два слоя: первый – структурированные, нежестко связанные между со-бой ферромагнитные частицы, и второй – жидкая фа-за с наноабразивом. Разность скоростей движения ос-новы полировального инструмента и обрабатываемой детали создает сдвиговые деформации в МРЖ, что по-зволяет уносить с поверхности тончайшие слои мате-риала. После снятия магнитного поля жидкость воз-вращается в свое первоначальное неструктурирован-ное состояние. Это характеризует ее как умный мате-риал, а процесс – как быстропротекающий.

Реализация технологииПри магнитореологическом полировании (рис. 1)

жидкость подают из сопла на твердую немагнит-ную поверхность вращающегося инструмента. По-верхность обрабатываемой детали вводят в контакт с МРЖ и выдерживают постоянным зазор между ней и поверхностью основы инструмента. В зоне контак-та на детали и МРЖ дополнительно воздействуют не-однородным магнитным полем – 0,3 Тл и более, что формирует достаточно небольшую по размерам ра-бочую зону – область локальной обработки (пятно обработки). В рабочей зоне образуется твердообраз-ное ядро, а в области между ядром и поверхностью обрабатываемой детали, где сдвиговые напряжения минимальны, происходит сдвиговое течение тонкой разжиженной прослойки жидкости. Твердообразное ядро и разжиженная прослойка образуют полирую-щую систему. При этом ядро играет роль эластич-ной подложки, а тонкий слой жидкости, в котором находятся абразивные частицы, – полирующей сре-ды. В отличие от традиционной технологии жесткого притира, где необходим длительный подгон (распо-лировка) инструмента к обрабатываемой поверхно-сти, в магнитореологическом полировании происхо-дит мгновенная адаптация поверхности обрабатывае-мой детали и МРЖ в зоне их контакта. Для обработки всего изделия рабочую зону необходимо перемещать по заданному алгоритму – это реализуется за счет определенной кинематической схемы оборудования. Для данной цели создают программу автоматизиро-ванной полировки, которая учитывает количество проходов обработки, траекторию и скорость движе-ния обрабатываемой детали относительно основы

инструмента. В технике такая технология классифи-цируется как обработка поверхности изделия мало-размерным инструментом.

Результат воздействия рабочей зоны на материал можно изучить путем измерения топографии обраба-тываемой поверхности. Из рис. 2 видно, что размеры пятна обработки составляют 7–10 мм.

Геометрические параметры пятна обработки – длина, ширина, глубина (величина уноса материала) необходимы в первую очередь для моделирования и расчета программ обработки поверхности детали, то есть управляемого процесса формообразования. Существенной особенностью, значительно усложня-ющей моделирование параметров, является то, что распределение уноса материала в пятне обработки крайне несимметрично по оси А–А и симметрично по оси B–B (рис. 2Б).


Рис. 2. Воздействие магнитореологической жидкости на обрабатываемую поверхность: топография поверхности (А) и профили пятна уноса (Б), визуализирующие результат

Рис. 3. Траектория перемещения пятна обработки относительно поверхно-сти детали: А − по спирали Архимеда; Б – растровая

А Б

А–А

В–В

А Б

МАГНИТОРЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОЛИРОВАНИЕ

Относительное перемещение детали, инструмен-та и, как следствие, пятна контакта по поверхности детали по специальным алгоритмам и разработан-ному программному обеспечению определяет управ-ляемое формообразование. Как правило, применяет-ся два вида траектории движения: спираль Архимеда и растровая (рис. 3).

Для разработки алгоритма и программного обе-спечения, которые управляют процессами съема ма-териала по всей поверхности детали и, соответственно, формообразования, необходимы данные интерферен-ционного контроля поверхности в виде топографиче-ской матрицы, в узлах которой даны отклонения вол-нового фронта от теоретической поверхности в циф-ровом виде. На рис. 4 представлена схема топографи-ческой матрицы и пятна обработки.

Компьютерные программы, созданные в ИТМО, применяются для обеспечения управляемого фор-мообразования выпуклых и вогнутых сферических, асферических, а также плоских поверхностей. Тех-нологический процесс финишной доводки поверх-ностей деталей с использованием программного обе-спечения осуществляется итерационным способом

с учетом коррекции формы поверхности по результа-там интерферометрического контроля. При этом про-исходит послойное контролируемое снятие материала с поверхности. По сути, это операция, обратная адди-тивным технологиям, которые наращивают материал на поверхности.

Таким образом, магнитореологическая обработка позволяет реализовать три принципиально разных режима: полирование, формообразование и ретушь. Полирование поверхности обеспечивает равномер-ный съем тончайшего слоя материала. Формообразо-вание осуществляется посредством контролируемого удаления части материала, целенаправленного изме-нения (корректировки) формы поверхности. Ретушь характеризуется локальным снятием неравномерного по величине припуска материала с различных участ-ков поверхности. Безусловным преимуществом дан-ной технологии является то, что ее промышленная реализация не требует создания вакуума и исполь-зования химически агрессивных веществ, а увели-чение температуры в зоне обработки не превышает 2–3 градусов.

Современные технологические вызовы

Стремительное развитие техники ставит все более сложные задачи, решение которых зачастую требует привлечения высококвалифицированных специали-стов, использования уникального оборудования и вы-деления значительных средств на освоение производ-ства. Они под силу только тем, кто находится на пе-редовом крае науки и техники. Среди современных технологических запросов в области высокоточной обработки поверхности можно назвать:�� отклонение от заданной формы менее 10 нм;�� обеспечение радиуса кривизны в несколько десят-

ков километров;�� формирование клиновидности поверхности в не-

сколько секунд;�� дообработка уже нанесенных тонких пленок

и нанопокрытий;�� повышение адгезии наносимых слоев;�� контролируемое удаление с поверхности тончайших

слоев и формирование повторяющихся нанорельефов;�� существенное увеличение лучевой прочности (стой-

кости) компонента;�� получение атомарно гладкой поверхности;�� изготовление волновой пластины.



Рис. 4. Схематическое изображение топографической матрицы контроля обрабатываемой поверхности: 1 – пятно обработки; 2 – направление движения по линии растра; 3 – i-номер узла матрицы

Создание модуля и оборудованияМногообразие поставленных технологических

проблем на практике можно решить с использовани-ем универсального модуля для магнитореологиче-ской обработки и посредством интегрирования его с координатной системой, имеющей требуемое кине-матическое исполнение. В качестве последней может быть применен портальный станок, робот или специ-альная конструкция.

Функционально модуль обеспечивает перемешива-ние, циркуляцию жидкости и поддержание ее в ста-бильном состоянии на протяжении обработки (рис. 5). Это позволяет параметрам инструмента в процес-се работы оставаться неизменными. Если провести аналогию с резцом, то это режущая кромка, которая не притупляется во время обработки. Стабилизация осуществляется посредством охлаждения жидкости, перемешивания и фильтрации, а также дозирования несущей среды. Модуль полирования состоит из трех блоков – рабочего инструмента, циркуляции полиро-вальной жидкости и управления. В ИТМО разрабо-тана линейка модулей для МРП-обработки изделий от 3 мм до 4 м.

На рис. 6 представлен общий вид МРП-модуля, который поставлен Институтом на предприятие «Оптическое станкостроение и вакуумная техника»

(Беларусь) для доукопмлектования полировального станка с ЧПУ для обработки прецизионных асфери-ческих деталей диаметром от 100 до 600 мм. Даль-нейшая эксплуатация станка будет осуществляться на ОАО «Пеленг».

Формирование кластера по обработке изделий

Очевидно, что ближайшее будущее неразрыв-но связано с еще более широким применением про-мышленных и специальных роботов. В этой связи в ИТМО активно развивается направление по встра-иванию роботов в технологические процессы поли-рования и формообразования. В рамках выполнения задания программы Союзного государства «Техноло-гия-СГ» на базе четырехкоординатного мини-робо-та, имеющего кинематическую схему SCARA, изго-товлен макет установки для магнитореологического формообразования и финишной обработки оптиче-ских элементов спутниковых лазерных систем. По-сле выполнения задания установка будет задейство-вана в ИТМО для обработки серий лазерных элемен-тов габаритными размерами до 100 мм. Данная рабо-та была продемонстрирована Президенту Республики Беларусь А. Г. Лукашенко в ходе его посещения НАН Беларуси в апреле 2017 г.


Рис. 5. Структурная схема модуля для МРП1 – рабочее колесо; 2 – магнитная система; 3 – сопло; 4 – магнитореологическая жидкость; 5 – съемник; 6 – миксер; 7,8 – насосы; 9 – гаситель пульсаций; 10 – датчик давления; 11 – система термостабилизации МРЖ; 12 – система дозирования компонентов МРЖ

Рис. 6. Общий вид модуля для обработки изделий от 0,1 до 0,6 метра


Одним из сложных и одновременно перспектив-ных направлений для технической реализации яв-ляется интегрирование систем контроля в промыш-ленное оборудование. Суть идеи в том, что деталь один раз устанавливается на станке, далее ее обра-ботка, начальный, промежуточный и конечный кон-троль производятся на нем же. В этой связи Инсти-тут проводит комплекс работ по созданию уникаль-ного широкоапертурного интерферометра ИТ300 с двумя каналами (полноапертурным и субапер-турным) оптического контроля, в качестве источ-ника излучения в котором используется лазер с пе-рестраиваемой длиной волны. Работы выполняются совместно с российскими учеными Института при-кладной физики РАН, непосредственными участни-ками международного проекта LIGO (Нобелевская

премия 2017 г. в области физики за работы по детек-тированию гравитационных волн методами лазер-ной интерферометрии).

В ИТМО завершается создание технологического кластера по автоматизированной высокоточной об-работке оптических изделий и лазерных компонентов размером до 600 мм. Он будет снабжен диагностиче-ским оборудованием для контроля формы и шерохо-ватости поверхности, шлифовально-полировальными и полировальными станками с ЧПУ, установленными в чистые помещения классов ИСО 6 и 8. Таким обра-зом, в ближайшем будущем Институт тепло- и массо-обмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси сможет не толь-ко изготавливать оборудование, но и проводить об-работку высокоточных изделий на собственных про-изводственных площадях.

БЛОК ГИДРАВЛИКИ

МУЛЬТИКООРДИНАТНАЯ СИСТЕМА ЧПУ

БЛОК РАБОЧЕГО ИНСТРУМЕНТА

БЛОК УПРАВЛЕНИЯ

СОСТАВ ПРИГОТОВЛЕНИЕ КОНТРОЛЬ

ЕДИНЫЙ ПАНЕЛЬНЫЙ

УПРАВЛЯЮЩИЙ КОМПЬЮТЕР

УПРАВЛЕНИЕ РЕЖИМАМИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ДЕТАЛИ И/ИЛИ

РАБОЧЕГО ИНСТРУМЕНТА

КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ ТЕЧЕНИЯ

МРЖ

ПОДДЕРЖАНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ

МРЖ

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА

ИЗДЕЛИЕ

УСТАНОВКА МРП

ТЕХНОЛОГИЯ МРП

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

МРЖ



Рис. 7. Обобщенная схема осуществления магнитореологической обработки

Сотрудничество с Российской Федерацией и Китайской Народной Республикой

Недавно разработанные Институтом технология и оборудование для обработки крупногабаритных оптических компонентов (кварцевые пластины, во-дорастворимые кристаллы KDP) уже использованы при реализации мегапроекта Российской Федерации по термоядерному лазерному синтезу, согласно ко-торому на территории технопарка «Саров» (Ниже-городская область) создается самый мощный в мире 192-канальный лазер с размером пучка 400×400 мм2. Поставленное ИТМО оборудование (рис. 8) позволяет обрабатывать изделия в три смены, то есть фактически непрерывно. Также ведутся работы в интересах ряда организаций Госкорпорации «Росатом» по обработ-ке длинномерных изделий из немагнитных сплавов.

Налажено сотрудничество на постоянной осно-ве с главным оптическим центром КНР – Чаньчун-ским институтом оптики, точной механики и физи-ки (CIOMP) Китайской академии наук. Китайским партнерам за последние пять лет поставлена вся ли-нейка модулей для магнитореологической обработки крупногабаритных и сверхкрупногабаритных изде-лий. На первом этапе технология МРП была успеш-на применена для изготовления первичного (624 мм) и вторичного (140 мм) зеркал космического спутника серии «The Jilin-1», предназначенного для дистанци-онного зондирования поверхности Земли с высоким

разрешением. По плану до 2020 г. китайской сторо-ной будет изготовлено и доставлено на орбиту 60 спутников этой серии.

Следующим шагом стало изготовление в 2017 г. адаптивного телескопа с первичным зеркалом 2 м из карбида кремния (рис. 9). Применение магнито-реологической обработки для коррекции формы обе-спечило точность лучше λ/40.

В текущем году специалисты CIOMP успешно об-работали самое большое в мире зеркало для телеско-па из цельной заготовки карбида кремния диаметром 4,03 м (рис. 10). Масса зеркала составляет 1,6 т, точность формы – не хуже 20 нм.



Рис. 8. Установка для магнитореологического полирования плоских оптических деталей размером до 0,85 м

Рис. 9. Адаптивный телескоп (А) и его первичное зеркало диаметром 2 м (Б) http://english.ciomp.cas.cn/banner/201710/t20171030_185059.html

А Б

Высокий уровень сотрудничества между ИТМО и CIOMP был отмечен президентом Китайской ака-демии наук Баем Чуньли во время посещения Инсти-тута в мае текущего года. (рис. 11). По инициативе ки-тайской стороны начаты переговоры о создании со-вместной международной лаборатории.

Экспортер оборудования и технологий под ключ

Благодаря выполненному комплексу работ с заказ-чиками из Российской Федерации и КНР, успешной маркетинговой стратегии за последние пять лет Инсти-тут тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова фактически стал мировым поставщиком высокотехнологичного

оборудования и критических технологий для высоко-точной обработки на экспорт. Его разработки содержат ноу-хау и защищены патентами Республики Беларусь и Российской Федерации, а также Евразийским патентом.

Линейка оборудования, разрабатываемая, изготав-ливаемая и поставляемая под заказ, очень широкая:�� трех-, пятикоординатные станки с ЧПУ для маг-

нитореологической обработки, с основанием из при-родного камня с использованием линейных приводов: УМП1 –для обработки изделий 20–300 мм; УМП2 – для изделий 200–600 мм; УМП3 – для полировки из-делий 300–800 мм; УМП4 – для изделий 400–1500 мм;

�� одно-, двухкоординатные модули для доукомплек-тования станков и координатных систем: МРП1 – диаметр рабочего колеса 135 мм, для обработки из-делий до 300 мм; МРП2 – с диаметром рабочего ко-леса 160 мм, для полировки изделий 200–600 мм; МРП3 – диаметр рабочего колеса 200–240 мм, для обработки изделий 400–1500 мм; МРП4 – с диаме-тром рабочего колеса 350 мм, для полировки изде-лий 800–4000 мм и более;

�� магнитореологические полировальные жидкости на водной и безводной основах: МРЖ1 – для обработ-ки изделий из кварца, ситалла, церодура, карбида кремния и др.; МРЖ2 – для полировки изделий из оп-тического стекла К8 и др.; МРЖ3 – для обработки изделий из водорастворимых кристаллов KDP и др.В 2017–2018 гг. Институт изготовил и поставил

на экспорт уникальный восьмикоординатный ста-нок с ЧПУ, оснащенный двумя двухкоординатными



Рис. 10. Цельная заготовка из карбида кремния для изготовления зеркала телескопа диаметром 4,03 мhttp://english.ciomp.cas.cn/banner/201710/t20171030_185059.html

Рис. 11. Посещение лаборатории высокоточной обработки поверхности делегацией Китайской академии наук

модулями и съемным поворотным столом, для обра-ботки изделий сложной формы размером от 0,3 до 1,5 м (рис. 13). Высокая степень локализации производства и широкая кооперация с отечественными предприя-тиями по изготовлению отдельных компонентов и уз-лов оборудования позволяет маркировать продукцию «Сделано в Беларуси».

Будущее – открытый космос

До настоящего времени освоение космического про-странства осуществлялось путем изготовления всех комплектующих и узлов на Земле, далее в космосе из ма-лых частей собирались большие конструкции, поэтому выдвигались дополнительные требования к прочности всех компонентов, чтобы они могли выдержать пере-грузки, связанные с транспортировкой в космическое пространство. Будущее успешное освоение космоса, без-условно, связано с переносом технологий изготовления и оборудования непосредственно на околоземную ор-биту и далее – в открытое космическое пространство, причем одна часть технологий и оборудования долж-на быть стационарно размещена на фабриках будущего, а другая, как аптечка в автомобиле или техничка у ре-монтников, – следовать вместе с космическим аппара-том. Таким образом, например, первичные и вторич-ные зеркала будут изготавливаться непосредственно в космосе и при необходимости там же полироваться и переполировываться в процессе длительной их экс-плуатации. В этом аспекте у технологии МРП есть все шансы работать в космосе, так как в основе ее реализа-ции лежит управление свойствами жидкости при по-мощи магнитного поля, то есть она критически не за-висит от гравитации и поэтому может быть реализо-вана в условиях невесомости.



Рис. 13. 8-координатный станок с ЧПУ для обработки изделий от 0,3 до 1,5 м

Рис. 12. Отполированное SiC зеркало телескопа диаметром 4,03 м, общий вид оборудованияhttp://english.cas.cn/newsroom/mutimedia_news/201808/t20180823_196454_1.shtml

ОТДЕ

ЛЕНИ

Е ХИМ

ИИ И

НАУ

К О З

ЕМЛЕ

Химия компонентов нуклеиновых кислот получила успешное развитие в Институте био органической химии. Научные основы модификации нуклеозидов и методов их синтеза обусловили создание новых биологически активных соединений методом целенаправленного моделирования структуры.


В 2004 г. за цикл работ по созданию

оригинальных химических и химико-

энзиматических технологий и организации

производства линейки противоопухолевых

препаратов коллектив авторов в составе

Е. Н. Калиниченко, Н. М. Литвинко,

И. А. Михайлопуло, Г. В. Зайцевой, А. И. Зинченко,

П. Т. Петрова удостоен звания лауреатов

Государственной премии Республики Беларусь

в области науки и техники. Итогом деятельности

ученых стало объединение всех этапов умного

производства: от научной идеи и разработки

принципиально новых методов синтеза до их

практического воплощения.

Исследования в области химии компонентов нуклеиновых кислот проводятся в нашей стране более 45 лет. Точкой отсчета раз-

вития этого направления в Беларуси стал 1970 г., когда начал создаваться Институт биоорганической химии и первый директор института ака-демик Афанасий Ахрем пригласил кандидата химических наук Игоря Михайлопуло создать лабораторию химии нуклеотидов и полинуклео-тидов. Под руководством молодого ученого проводились систематиче-ские исследования в сфере хими-ческого и энзиматического син-теза модифицированных нуклео-зидов и нуклеотидов, разработки

УМНОЕ ПРОИЗВОДСТВО: от научной идеи до ее практического воплощения

Лауреаты Государственной премии Республики Беларусь в области науки и техники 2004 г.: Е.Н. Калиниченко, Н.М. Литвинко, И.А. Михайлопуло, П.Т. Петров, А.И. Зинченко


новых, высокоэффективных мето-дов получения широкого спектра этого класса соединений, многие из которых являются противови-русными и противоопухолевыми препаратами, а также ценными инструментами биохимических и молекулярно-биологических изы-сканий, нацеленных на выяснение фундаментальных основ функцио-нирования клетки.

Трудно переоценить вклад Иго-ря Михайлопуло в изучение хи-мии, биохимии и биотехнологии компонентов нуклеиновых кислот. Им сформулирована концепция химико-энзиматического синтеза модифицированных нуклеозидов и нуклеотидов, разработаны науч-ные основы модификации большо-го числа нуклеозидов и методов их синтеза, что обусловило поиск но-вых биологически активных сое-динений методом целенаправлен-ного моделирования структуры. Кроме того, И. Михайлопуло впер-вые предложил комплексный био-технологический подход к созда-нию модифицированных нуклео-зидов и олигонуклеотидов, исходя из ДНК или РНК, и получил новые знания об особенностях функцио-нирования ряда ферментов нукле-инового обмена.

Новые методы трансформации нуклеозидов

Установление структуры дез-оксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), выяснение генетического кода и механизма реализации на-следственной информации в бес-конечное многообразие белков, постоянно углубляющееся пони-мание биохимии вирусной инфек-ции и трансформации нормальной клетки в злокачественную обусло-вили огромный интерес исследо-вателей к этой области науки. Как

правило, нуклеозиды не проявляют биологической активности, и долгое время считалось, что они не могут служить источником химиотера-певтических средств. Однако в се-редине 1940-х гг. было высказано предположение, что внесение не-которых изменений в углеводную или гетероциклическую часть ну-клеозидов может привести к со-зданию соединений с интересными биологическими свойствами. Уже к началу 60-х первые препараты для лечения вирусных инфекций и ин-гибирования опухолей вошли в ме-дицинскую практику.



Первоначально исследования, проводившиеся в лаборатории хи-мии нуклеотидов и полинуклеоти-дов ИБОХ, фокусировались на по-иске новых высокоэффективных химических методов трансформа-ции природных нуклеозидов, а так-же на получении нуклеозидов пу-тем конденсации гетероцикличе-ских оснований с производными сахаров (конвергентный подход). В это время были разработаны ме-тоды синтеза аналогов природных соединений, модифицированных нуклеозидов, которые до сих пор находят применение как в лабора-торных исследованиях, так и в ви-де технологических схем синтеза лекарственных препаратов.

Белорусскими учеными бы-ли созданы новые высокоэф-фективные методы, позволяю-щие осуществлять направлен-ные превращения 1,2-диольных групп сахаров и нуклеозидов в дезокси-, хлор- и фтордезокси-производные. Для получения хлордез оксинуклеозидов пред-ложен новый реагент – хлоран-гидрид ацетилсалициловой кис-лоты (ХААСК). В результате си-стематического изучения пре-вращений 1,2-диольных групп сахаров и нуклеозидов под дей-ствием ХААСК был выяснен ме-ханизм трансформации и опре-делена область применения ши-рокого спектра аналогов природ-ных соединений. На основе этого реагента разработана высокоэф-фективная технология получе-ния противолейкозного препа-рата «Цитарабин», считающаяся по настоящий день лучшей в ми-ре. Он зарегистрирован в СССР в 1987 г. и стал первым противо-опухолевым препаратом, кото-рый выпускался из отечественной

фармсубстанции на эксперимен-тальном заводе Института орга-нической химии Латвийской ССР, ныне фирма «Гриндекс». В 1989 г. за создание и внедрение в произ-водство «Цитарабина» сотрудни-ки Института биоорганической химии АН БССР И. А. Михайло-пуло и Е. Н. Калиниченко в со-ставе коллектива авторов были удостоены Премии Совета Ми-нистров Латвийской ССР. В 1998 г. это противолейкозное средство начало изготавливаться на Респу-бликанском унитарном предпри-ятии «Белмедпрепараты».

Разрабатывались новые типы модифицированных нуклеозидов, потенциально активных в отно-шении вируса иммунодефицита (ВИЧ), в результате чего был соз-дан препаративный метод синтеза 2’,3’-дидезоксицитидина, зареги-стрированного в Республике Бе-ларусь в качестве лечебного сред-ства для ВИЧ-инфицированных больных под торговым названи-ем «Замицит®».

Нельзя не отметить огромный вклад в организацию производства этого препарата кандидата химиче-ских наук Петра Петрова, которым экспериментально и теоретически были обоснованы закономерности физико-химических превращений биополимеров под влиянием раз-личных модифицирующих факто-ров (ионизирующее излучение, уль-тразвуковая и термодеструкция), разработаны технологические осно-вы получения лекарственных форм противовирусных (6-меркаптопу-рина, тиогуанина) и противоопухо-левых лекарственных средств «Ци-тарабина» и «Лейкладина».

В лаборатории химии нуклео-тидов и полинуклео тидов про-водились широкие исследования

зависимости «структура – стерео-химия», представляющие значи-тельный интерес для понимания механизмов химических и биохи-мических реакций. Особенно вы-деляются работы по изучению мо-лекулярно-биологических аспектов нуклеинового обмена, соответству-ющих VI технологическому укла-ду, в результате которых установ-лено, что ферменты рестрикции EcoRI, BamHI и HindIII в присут-ствии (2’-5’)олигоаденилатов те-ряют свою сайт-специфичность и функционируют подобно не-специфическим ДНКазам. Этот эффект зависит от структуры (2’-5’)олигоаденилата, его концентра-ции и типа рестриктазы. 5’-Дефос-форилированные олигомеры влия-ют на вторичную структуру ДНК λ, способствуя образованию односпи-ральных участков, которые могут расщепляться нуклеазой S1. Разли-чия в способности тримеров вли-ять на вторичную структуру ДНК связаны с их конформационными особенностями. Вопреки существу-ющему мнению, экспериментально доказано, что стереохимический, а не структурный, фактор опреде-ляет устойчивость фтордезоксио-лигомеров к гидролизу 2’-фосфоди-эстеразой и активацию РНКазы L – ключевого фермента в механизме действия интерферона, от которого зависит эффективность расщепле-ния вирусных мРНК. Эти данные позволили выявить соединения с высокой стабильностью и одно-временно более высокой активи-рующей способностью, чем при-родный медиатор 2–5А.

Под руководством Е. Н. Калини-ченко разработаны новые методы химического и химико-энзимати-ческого синтеза широкого спектра соединений, впервые установлено,

Рис. 1. Эндогенная противовирусная защита клетки, которая индуцируется интерфероном в ответ на молекулы РНК, синтезирующиеся в вирус- инфицированных клетках


ХИМИЯ КОМПОНЕНТОВ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

что роль альтернативных кофак-торов – доноров фосфатных групп для нуклеозидкиназ – могут вы-полнять не только аденозин-5’-три-фосфат (АТФ), но и 3’-дезоксиаде-нозин-2’-трифосфат и 2’-дезокси-аденозин-3’-трифосфат. Круп-ным научным вкладом является установление зависимости между структурой гетероциклического основания, с одной стороны, и сте-реохимией и геометрией фураноз-ного кольца – с другой. Изучение большого набора фтордезоксину-клеозидов впервые позволило об-наружить конформационно жест-кие молекулы нуклеозидов, не со-держащие дополнительных связей между гетероциклом и углеводным фрагментом молекулы. Жесткость последней определялась ориен-тацией атома фтора в углеводном фрагменте либо сочетанием мо-дифицированного определенным образом гетерооснования и дезок-сифторфуранозного кольца. Уста-новлена важная роль структур-ных и стерео химических факторов (2’,5’)олигонуклеотидов в регуля-ции литической активности кле-ток иммунной системы (природ-ных киллеров, макрофагов) и клю-чевых ферментов противовирусно-го действия интерферона.

Результатом перечисленных ра-бот стало создание в Республике Бела русь промышленного произ-водства различных современных лекарственных средств для лечения рака крови, СПИДа, других вирус-ных заболеваний.

Доктором химических наук На-тальей Литвинко впервые была установлена и экспериментально обоснована определяющая роль ну-клеозидфосфатов в регуляции фос-фолипидного обмена путем усиле-ния активности внутриклеточных

фосфолипаз, нарушение которой в цепочке последующих реакций приводит к апоптозу (клеточной смерти). Обнаружено образование прочного комплекса компонентов нуклеиновых кислот с гомогенной фосфолипазой А2 – ферментом, гидролизующим фосфолипиды и не относящимся к нуклеиновому обмену. Предложены эффективные способы разделения комплекса, по-казано сопряжение увеличения ак-тивности фосфолипазы А2 с акти-вацией монооксигеназной системы при превращении лекарственных средств в организме.

На пути синтеза соединений нуклеозидной природы

Поиск подходов к направленно-му регулированию природной за-щитной функции организма от ви-русных инфекций и ряда патологий, а именно таковую осуществляет 2–5А-система, позволяет не только изучить механизм ее функциони-рования, но и создать соединения с высоким терапевтическим потен-циалом (рис. 1). Обширный цикл работ, выполненный в лаборатории химии нуклеотидов и полинуклео-тидов, увенчался получением новых биологически активных соедине-ний, позволивших выявить некото-рые структурные и конформацион-ные факторы, определяющие про-цессы функционирования 2–5А-си-стемы [6, 7, 10–12]. Так, например, аналоги, у которых 2’ (3’)-терми-нальный аденозиновый фрагмент молекулы был замещен на 9-(2,3-ан-гидро-β-D-рибофуранозил)аденин или 9-(2,3-ангидро-β-D-ликсофура-нозил)аденин, не обнаружили ток-сичности, оказались значительно более стабильными в сравнении

с природным медиатором 2–5А (рис. 1). При этом они селектив-но ингибировали интерлейкин-2, играющий ключевую роль в про-цессе отторжения пересаженных органов. Действительно, в экспе-риментах по трансплантации поч-ки у кроликов и затем обезьян было установлено: оба соединения в низ-ких концентрациях препятству-ют отторжению и, что исключи-тельно важно, повышают природ-ные защитные функции организма в отношении вирусных инфекций вследствие увеличения концентра-ции лейкоцитарных интерферонов α и γ приблизительно в два раза.

Вместе с тем оставалась нере-шенной проблема синтеза биологи-чески важных соединений нуклео-зидной природы. Многие из них были ограниченно доступны или вовсе недоступны для углубленных медико-биологических исследова-ний, что замедляло их продвиже-ние в клиническую практику. Наи-более многообещающей стратеги-ей представлялось рацио нальное

Сектор активных фармацевтических ингредиентов (А) и сектор готовых лекарственных форм (Б)

А Б



сочетание эффективных химиче-ских методов синтеза и фермента-тивных трансформаций. Послед-ние должны были заменить низ-коэффективные, многостадийные химические схемы, в первую оче-редь реакции создания гликозид-ной связи между гетероцикличе-ским основанием и углеводным фрагментом. Для химико-энзима-тического синтеза модифицирован-ных нуклеозидов были объединены усилия сотрудников лаборатории химии нуклеотидов и полинукле-отидов Института биоорганиче-ской химии и лаборатории биотех-нологии соединений нуклеиновой природы Института микробиоло-гии НАН Беларуси, которой руко-водил доктор биологических наук А. И. Зинченко.

Итогом совместных исследо-ваний стали аналоги компонен-тов нуклеиновых кислот, что де-лает эти соединения доступны-ми для углубленного изучения их

свойств и возможного последую-щего практического использова-ния. Особо следует отметить раз-работку оригинальных технологий получения высокоэффективных лекарственных препаратов нового поколения «Лейкладин» (кладри-бин; 2-CdA) и «Флударабел» (флу-дарабина фосфат), которые имеют широкий спектр клинической ак-тивности в отношении лимфоид-ных злокачественных новообра-зований. Оба лекарства облада-ют огромным, дополняющим друг друга потенциалом в отношении различных злокачественных и ау-тоиммунных заболеваний. В 2002 г. в Республике Беларусь были заре-гистрированы субстанция и ле-карственная форма «Лейкладин», а в 2005 г. – «Флударабел» и орга-низовано их производство.

НПЦ «ХимФармСинтез»

Разработка высокоэффективных противоопухолевых препаратов

обусловила создание в 2012 г. на базе Института биоорганической химии НАН Беларуси научно-производ-ственного центра «ХимФармСин-тез», который возглавила член-кор-респондент Елена Калиниченко. Это уникальное открытое произ-водство, охватывающее полную технологическую цепочку изготов-ления высокоэффективных про-тивоопухолевых лекарственных средств – от научных исследований с использованием современных ме-тодов докинга до выпуска высоко-технологических фармсубстанций и готового препарата на базе отече-ственных разработок. Такая про-дукция сочетает в себе значитель-ную наукоемкость, высокий уро-вень импортозамещения и может достойно конкурировать не толь-ко с азиатскими, но и европейски-ми производителями.

«ХимФармСинтез» занял свою нишу в области разработки и вы-пуска высокотехнологичных узко-специализированных препаратов, направленных на лечение редких заболеваний. Сегодня в портфеле предприятия более 26 зарегистри-рованных наименований джене-риков и уникальных молекул. Обе-спечение производства лекарствен-ных средств фармацевтическими субстанциями – залог стабильно-сти работы отечественной фарма-цевтики, что весьма важно с точ-ки зрения национальной безопас-ности страны.

Стратегия научно-производ-ственного центра – ориентация на современные высокотехнологич-ные субстанции, такие как пеметре-ксед, децитабин, бортезомиб, кла-дрибин, клофарабин, флударабина фосфат, ингибиторы тирозинкина-зы и др. На фармацевтическом рын-ке они, как правило, отсутствуют.



Изготовляют их 1–2 страны, име-ющие высокий научный потенциал.

В НПЦ «ХимФармСинтез» со-здана и внедрена система управле-ния качеством. Получен сертификат соответствия ТКП 030–2013 «Над-лежащая производственная прак-тика (GMP)» (26.10.2015 г.), под-твержденный в 2018 г., №ВY/112 05 01.077 04388, удостоверяющий со-ответствие требованиям СТБ ISO 9001–2009 системы менеджмента качества применительно к произ-водству. Контрольно-аналитиче-ская лаборатория аккредитована на соответствие требованиям СТБ ИСО/МЭК 17025 по 300 методикам анализа.

На молодом предприятии за шесть лет работы разработаны оригинальные технологии произ-водства 14 субстанций и 12 гото-вых лекарственных форм (ГЛФ), которые реализуются в Беларуси и России. Они полностью соответ-ствуют требованиям европейских и американских фармакопей по ка-честву, а в ряде случаев и превос-ходят их. Созданы высокоэффек-тивные технологии получения ря-да новых соединений, а также из-вестных, но малодоступных ранее нуклеозидных антибиотиков.

На основе химических методов синтеза на НПЦ «ХимФармСинтез» ежегодно производится более 100 кг иматиниба мезилата альфа-формы для нужд УП «Академфам».

Особо следует отметить раз-работку лекарственного средства «Бортезомиб», лиофилизированный порошок для приготовления рас-твора для внутривенного введения, 3,5 мг и 2,0 мг, для лечения паци-ентов с множественной миеломой. Это генерическое лекарственное средство, фармацевтически эквива-лентное оригинальному препарату

«Велкейд®» и произведенное по пол-ному циклу, начиная с отечествен-ной фармацевтической субстанции. Сравнительный анализ «Велкейда®» (BSP Pharmaceuticals S. r. l., Италия/Janssen Pharmaceutica N. V., Бельгия), «Бортезомака» (Натко Фарма ЛТД, Индия) и «Бортезомиба» подтвер-дил высокое качество отечествен-ного препарата, его чистоту и низ-кое содержание примесей. Любая не специфицированная примесь составляет 0,06% при норме 0,3%, то есть в 5 раз ниже, чем у ориги-натора «Велкейд®», что подтверж-дено Протоколом испытаний №20/1 от 06.01.2016г ЛФФА РУП «ЦЭИЗ».

В рамках Государственной про-граммы «Импортозамещающая фармпродукция» разработана тех-нология производства фармсуб-станции и лекарственной формы отечественного препарата «Пеме-трексед» с учетом того, что воз-можности его применения для те-рапии опухолевых заболеваний да-леко не исчерпаны.

В результате проведенного ис-следования улучшен промыш-ленный способ получения клю-чевого полупродукта – тозилата пеметрекседа, что позволило со-кратить время протекания реак-ции глутаминирования карбоно-вой кислоты до 30–60 мин и сни-зить содержание примесей до 3,6%. Эта технология позволила также уменьшить суммарное количество сопутствующих примесей в суб-станции, которое, согласно дан-ным ВЭЖХ, не превышало 0,11%, при этом энантиомерная чисто-та препарата составляла не ни-же 99,85%. Для доказательства были химически синтезированы все примеси, и анализ выполнял-ся на колонках, предназначенных для контроля энантиомеров.

Еще одним эффективным отече-ственным противоопухолевым пре-паратом, производимым по полно-му циклу, начиная с синтеза фарм-субстанции, является «Азацити-дин». Его сравнительный анализ с оригиналами «Вайдазой®» (Baxter Oncology GmbH, Германия) и «Вин-дузой» (Dr. Reddy’s, Индия) по всем показателям подтвердил высокое качество отечественного лекар-ственного средства.

Производство от молекулы до готовой лекарственной формы

Ограничивающим фактором для широкого использования в ме-дицинской практике «Азацити-дина» и «Децитибина» является их высокая гидролитическая не-стабильность в водных растворах по сравнению с природным анало-гом цитидином и известным про-тивоопухолевым препаратом «Ци-тарабином». Возможное решение проблемы устойчивости «Азаци-тидина» – поиск новых производ-ных, сходных по эффективности, но обладающих более высокой стабильностью и менее выражен-ной токсичностью. В этих целях был осуществлен синтез, изуче-на гидролитическая стабильность и биологическая активность новых аналогов «Азацитидина», содер-жащих атом фтора при С2’/С3’-по-ложениях углеводного фрагмен-та. Обнаружено одноименное ве-щество с атомом фтора при С(2’) в арабино-конфигурации, прояв-ляющее в 1,7 раза более высокую стабильность при физиологиче-ских рН и 9–10-кратное усиление специфического цитотоксическо-го эффекта по сравнению с извест-ным препаратом «Азацитидином»,

Рис. 2. Модель связывания фторсодержащего структурного аналога иматиниба в активном центре онкобелка – мутантной тирозинкиназы



что делает его перспективным для дальнейших биологических иссле-дований in vivo.

Среди разнообразных пури-новых фторнуклеозидов аналог 2’-фтор-арабиноаденозина с ато-мом хлора во 2-м положении гете-роциклического основания, извест-ный как «Клофарабин», обладает высокой активностью в отношении ряда опухолевых клеточных ли-ний и используется в медицинской практике в качестве эффективного терапевтического средства нового поколения при лечении острой лей-кемии у детей. Из доступных про-изводных фтор-арабинофуранозы в НПЦ разработан и запатентован в Республике Беларусь оригиналь-ный препаративный метод синте-за фармсубстанции клофарабина и организовано производство его лекарственной формы. Он зареги-стрирован в Беларуси в 2017 г., на-чата его регистрация в России.

Особо следует отметить инно-вационное лекарственное сред-ство «Лейковир» в форме кишечно-растворимых таблеток, которое рассматривается как перспектив-ное для лечения рецидивирующе-го и хронического прогрессиру-ющего рассеянного склероза. Это

иммунодепрессант второго поколе-ния, имеющий более избирательное влияние на Т-лимфоциты по срав-нению с такими депрессантами, как «Азатиоприн», «Циклофосфан» и «Метотрексат». Супрессорный эф-фект «Лейковира» проявляется в от-ношении Т-клеток, тогда как В-кле-точное звено иммунитета в диапазо-не эквивалентных доз активируется. Препарат угнетает экспрессию ан-тигенов СD4+ лимфоцитов и значи-тельно слабее влияет на СD8+ клет-ки, что приводит к снижению их со-отношения в 4 раза в сторону пре-обладания супрессорной функции Т-лимфоцитов. После его курсового применения селективный иммуно-супрессорный эффект продолжает-ся несколько месяцев. «Лейковир» влияет также на экспрессию и се-крецию воспалительных и регуля-торных цитокинов и хемокинов, ве-дет к стабилизации состояния паци-ентов и в ряде случаев способству-ет снижению инвалидизации при рассеянном склерозе.

В настоящее время в НПЦ «Хим-ФармСинтез» проводятся исследо-вания по разработке аналогов ин-гибиторов тирозинкиназы и созда-ния технологий производства со-временных таргетных препаратов.

Последние используются для ле-чения хронического миелоидного лейкоза. Учитывая вторичную ре-зистентность пациентов, обуслов-ленную появлением мутантных форм гибридного белка BCR-ABL тирозинкиназы, специалистами научно-производственного центра предложен подход к дизайну новых соединений, заключающийся в за-мене бензольного линкера в струк-туре иматиниба на менее объемный пиррольный фрагмент. Комбина-торным методом создана библио-тека соединений, включающая 5 вариантов структурных фрагмен-тов для аденинового кармана, 5 ва-риантов линкера и 2 фрагмента для DFG-out-кармана, аналогичных ин-гибиторам нилотиниба и понати-ниба. В качестве рецепторов при-меняются трехмерные структуры ряда терапевтически значимых белков класса тирозинкиназ. Удоб-ным средством поиска их потенци-альных ингибиторов, а также ана-лиза комплексов «белок – лиганд» является молекулярный докинг на базе программного обеспечения AutoDock Vina.

Осуществлен химический син-тез ряда новых структурных про-изводных иматиниба, нилотиниба и сорафениба. Проведена компью-терная оценка эффективности свя-зывания полученных соединений в активном центре тирозинкина-зы методом молекулярного докин-га (рис. 2).

На основании анализа результа-тов докинга известных ингибито-ров были сформированы критерии для фильтрации соединений-кан-дидатов. Выявлены структуры, наи-более перспективные для синте-за и дальнейшего изучения в каче-стве потенциальных ингибиторов протеинкиназ.

Рис. 3. Схема молекулы химерного белка «Аннексин-Аденозиндезаминаза»



Ориентация на использование результатов научных исследований в практике и создание современного высокотехнологичного научно-про-изводственного центра «ХимФарм-Синтез» позволили организовать производство с применением разра-ботанных химико- энзиматических и химических технологий новых оте-чественных фармсубстанций и вы-сокоэффективных препаратов, яв-ляющихся социально важными для отечественного здравоохранения.

Рекомбинантные ферменты

Результаты фундаментальных исследований ферментов микро-организмов легли в основу ориги-нальных химико-ферментативных технологий, разработанных в ла-боратории молекулярной биотех-нологии нуклеиновых кислот Ин-ститута микробиологии НАН Бела-руси, возглавляемой членом-корре-спондентом Анатолием Зинченко. За 20-летний период ее деятельно-сти здесь выполнено большое число работ, связанных с целенаправлен-ной трансформацией нуклеиновых кислот и их компонентов.

Впервые в мире предложен уни-кальный биохимический подход к получению модифицированных компонентов нуклеиновых кислот, синтез которых только химически или ферментативно затруднен или невозможен. Удалось выявить ми-кроорганизмы, клетки которых в наших технологиях выполняют роль маленьких химических фа-брик. Семь культур микроорганиз-мов, отобранных и селектирован-ных в качестве продуцентов фер-ментов, необходимых для гидролиза нуклеиновых кислот и трансфор-мации их компонентов, переда-ны во Всероссийскую коллекцию

промышленных микроорганизмов Института «ВНИИ генетика» РАН. Эти штаммы в настоящее время включены в Белорусскую коллекцию непатогенных организмов, которая официально признана объектом на-ционального достояния.

Сконструирован и запатентован рекомбинантный штамм бактерий, продуцирующий плазмиды, харак-теризующиеся наибольшим среди известных аналогов числом имму-ностимулирующих CpG-мотивов. Впервые в мире получены нанораз-мерные частицы А1, Mg-слоистых двойных гидроксидов, содержащих фармакологически перспективные CpG-ДНК и цикло-диГМФ, и пока-зана способность высвобождать их в среду рН-зависимым способом. Эти данные свидетельствуют о пер-спективности использования по-лученных нанокомплексов в каче-стве рН-контролируемой системы доставки нуклеиновых соединений в клетки-мишени. По результатам исследований защищена диссер-тация «Разработка биотехнологи-ческих способов получения имму-ностимуляторов нуклеиновой при-роды – CpG-ДНК и цикло-диГМФ», которая победила в конкурсе ВАК Республики Беларусь на лучшую

кандидатскую диссертацию 2015 г. в номинации «Естественные науки».

Кроме того, в лаборатории скон-струированы и изучены три новых ре-комбинантных штамма Escherichia coli, продуцирующих нуклеозидфосфо-рилазы термофильной бактерии Thermus thermophilus. Впервые с ис-пользованием указанных ферментов синтезировано более десятка фарма-кологически перспективных, но ма-лодоступных фторсодержащих ну-клеозидов, в том числе не описан-ный в литературе 3’-фтор-2’,3’-дидез-окси-2-фтораденозин.

В итоге совместно с ИБОХ НАН Беларуси был установлен молеку-лярный механизм активации клю-чевого биокатализатора в синтезе компонентов нуклеиновых кислот (пуриннуклеозидфосфорилазы), который позволил определить ис-ходные нуклеозиды для создания лекарственных препаратов с про-тивоопухолевой и противовирус-ной активностью и синтезировать фармакологически перспективные фторпроизводные дезокси- и дидез-оксинуклеозидов. Разработка вошла в топ-10 результатов деятельности ученых НАН Беларуси в области фундаментальных и прикладных исследований за 2015 г.

Рис. 4. Биореакторы, на основе которых решаются поставленные задачи в энзимотерапии и диагностике

БИОРЕАК ТОРЫ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ

К АСК А ДНЫЕ БИОРЕАК ТОРЫ НА ОСНОВЕ СИСТЕМ:

«фосфолипаза А2 – лиганд»

«фосфолипаза А2 – цитохром Р450»

«фосфолипаза А2 – гемоглобин»

2В4 3А43А4

ФОСФОЛИПАЗАОтщепленная

жирная кислота

ФОСФОЛИПАЗА

БИОБЕЗОПАСНОСТЬ ПЕСТИЦИДОВ

ПРОТИВОЯДИЯ И ПРОТИВОВОСПАЛИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА

БЕЗОПАСНАЯ ДОЗА АНТИБИОТИКОВ

АНТИОКСИДАНТНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ

яда змеи яда змеипанкреаса панкреаса

Диагностика панкреатита

Hb

ВНЕДРЕНИЕ



Под руководством Анатолия Зинченко сконструирован штамм бактерий, продуцирующих химер-ный белок, состоящий из человече-ского аннексина-А5 и бактериаль-ной аденозиндезаминазы (рис. 3). Согласно данным научной литера-туры, такой белок должен «снимать тормоз» с противоопухолевого им-мунитета человека и служить вы-сокоэффективным препаратом для терапии широкого круга онкологи-ческих заболеваний.

Предполагается, что по сравне-нию с аналогами препарат на ос-нове химерного белка будет иметь более широкий спектр действия и отсутствие побочных эффектов. Эти особенности обусловлены тем, что в результате адресной достав-ки вещество будет связываться с молекулярной мишенью – фос-фолипидом, который выстилает поверхность только раковых кле-ток и отсутствует на поверхности

пода вл яющего большинства здоровых.

В лаборатории молекулярной биотехнологии экспериментально обоснована возможность металли-зации плазмидной CpG-ДНК на-ночастицами меди в качестве од-ного из этапов при создании оте-чественного противоопухолевого препарата. Предложенный вари-ант более экономичен и экологи-чески дружественен по сравнению со стандартными методами метал-лизации плазмид.

В перспективе лаборатория планирует изучить возможность создания на основе иммуности-муляторов нуклеиновой приро-ды (CpG-ДНК и цикло-диГМФ) оригинального вакцинного пре-парата, способного превращать любую опухоль в «вакцину in situ», то есть в вакцину против самой себя. Имеются веские основа-ния предполагать, что в скором

времени она станет главным ору-жием в арсенале терапевтическо-го инструментария клиницистов в борьбе с раком.

Энзимотерапия и энзимодиагностика

Полученные результаты фунда-ментального характера, в том числе выявление участия в фосфолипо-лизе цитидин-содержащих нуклео-зидов и причастности фосфолипа-зы А2 к утилизации лекарственных средств, послужили основой для создания двух новых направлений прикладных изысканий и практи-ческих приложений фосфолиполи-за – энзимотерапии и энзимодиа-гностики. Работы в этой области ведутся в лаборатории приклад-ной энзимологии Института био-органической химии НАН Белару-си под руководством доктора хи-мических наук Натальи Литвин-ко. Для обеспечения исследований Рис. 5. Уникальная тест-система для контроля биобезопасности пестицидов

ФЛА2

ТЕСТКОНТРОЛЬ 1 ТЕСТКОНТРОЛЬ 2 ТЕСТКОНТРОЛЬ 3 ТЕСТКОНТРОЛЬ 4

Липосома – модель клеточной стенки кишечника (субстрат)

Действие на фермент

Гемолиз цельных эритроцитов крови, инкубируемых в изотоническом растворе в присутствии ФЛА2, и испытуемого соединения, без которого фермент не способен разрушать клеточную оболочку этих форменных элементов крови

Отечественный пестицид «Грасп» (граминицид)

Мицеллы – модель фрагмента пищи (субстрат)

Гелевая пластинка с яичным желтком (субстрат)

Наблюдаемый эффект в предельно допустимых дозах: отсутствие действия – биобезопасность, ингибирование или активация

приводит к патологии



такого рода разработан ряд биока-талитических систем (рис. 4). Од-на из них – биореактор 1-го типа на основе системы «фосфолипаза А2 – лиганд», в которой в качестве лиганда выступают низкомолеку-лярные биорегуляторы – произво-дные нуклеозидов, простагланди-нов, циклогександионов, органи-ческих кислот и др. Когда их ин-кубировали с ФЛA2 кобры, были обнаружены соединения с анти-гемолитическим действием – по-тенциальные антидоты (проти-воядия), при применении ФЛA2 поджелудочной железы – потен-циальные противовоспалитель-ные вещества со свойствами про-тив панкреатита.

В настоящее время в качестве инновационных форм лекарствен-ных препаратов используются конъюгаты (два соединения, свя-занные между собой химической связью) биологически активных

нуклеозидов с фосфолипидами, которые обеспечивают проникно-вение через клеточную мембрану, полностью ассоциированы с био-логической средой и могут достав-лять нуклео тид в различные клетки, в том числе в такие труднодоступ-ные участки тела человека, как лим-фатические узлы. Однако при про-хождении таких конъюгатов к ор-гану-мишени через желудочно-ки-шечный тракт возможно изменение их устойчивости вследствие разру-шительного воздействия на фосфо-липидный «якорь» липолитических ферментов, в частности панкреати-ческой фосфолипазы А2.

Следует отметить, что до сих пор о химии и биологической ак-тивности химерных конъюгатов компонентов нуклеиновых кислот с фосфолипидами известно немно-го, а их устойчивость к действию пищеварительной ФЛА2 практи-чески не изучена.

При использовании нуклеози-дов в качестве лигандов в биоре-акторах 1-го типа обнаружено, что устойчивость конъюгатов, образо-ванных в результате многостадий-ного химического синтеза компо-нентов нуклеиновых кислот и фос-фолипидов, к атаке панкреати-ческой фосфолипазы А2 зависит от нуклеозидной компоненты суб-страта. При этом показано прямое действие моно-, ди- и трифосфатов нуклеозидов на фермент, без уча-стия киназ. Найдены эффективные ингибиторы фосфолиполиза – фос-фодиэфирные производные аци-кловира, аденозина и рибаверина.

В отсутствие лиганда при ус-ловии использования липосом в качестве субстрата для ФЛА2 панкреаса проведена оценка их противоэнзимной устойчивости и предложены составы липосом, наименее подверженные фермента-тивному разрушению. Обнаружены



липонуклеотиды с повышенной устойчивостью к действию ФЛА2: на основе фосфатидилэтанолами-на с замещенным этаноламиновым фрагментом на ацикловир, а также уридинсодержащее производное компонента нуклеиновых кислот с фосфатидовой кислотой. На их основе получены липосомы как по-тенциальная лекарственная форма нового поколения.

На основе биреакторов 2-го ти-па была разработана система мо-ниторинга безопасности пести-цидов, состоящая из серии тесто-вых контролей. Пестицид инкуби-руется с пищеварительной ФЛA2 (рис. 5). И ее активность определя-ется на основе четырех контроль-ных тестов. В первом используются гелевые пластины с яичным желт-ком в качестве пищевого элемента. Второй тест имитирует отдельный акт переваривания пищи – гидро-лиз фосфолипида, эмульгирован-ного желчными кислотами. Третий контроль показывает влияние ФЛA2 в присутствии пестицида на липо-сомы в качестве модели кишечной стенки. В четвертом испытании пе-стициды апробируют на способ-ность инициировать разрушение клеточной стенки эритроцита под действием ФЛA2, которая обычно не может гидролизовать фосфоли-пиды красных кровяных телец. На-блюдаемый эффект в максимально допустимых дозах: отсутствие дей-ствия – биобезопасность, ингиби-рование или активация – приводит к патологии. Было опробовано бо-лее 30 пестицидов разных классов. Выход гемоглобина из эритроцитов наблюдался только в присутствии пестицидов, имеющих структуру циклогександиона.

В лаборатории, возглавляе-мой Натальей Литвинко, созданы

каскадные биореакторы, содержа-щие два белка, вступающие в дей-ствие поэтапно на основе систем «фосфолипаза А2 – цитохром Р450», предложенные с целью определе-ния безопасной для желудочно-ки-шечного тракта дозы антибиотиков. Показано, что в их присутствии ци-тохром вызывает увеличение актив-ности фосфолипазы А2 поджелудоч-ной железы, которая затем при пре-вышении допустимого уровня мо-жет разрушить стенку кишечника. Таким образом, наблюдаемый эф-фект показывает: без проявления действия доза безопасна, при инги-бировании или активации ФЛA2 – ее необходимо уменьшить.

Биореакторы 2-го типа «фосфо-липаза А2 – гемоглобин» исполь-зованы для создания и внедрения в клиническую практику не имею-щего аналогов в мире диагности-ческого набора «ФЛА2-ФОА» для выявления больных некротиче-ским панкреатитом. Уровень ак-тивности PLA2 известен как диа-гностический маркер этого заболе-вания. В качестве количественного показателя активности фосфоли-пазы A2 специалисты лаборато-рии применили разностный спектр гемоглобина. Доклинические и кли-нические испытания набора «ФЛА2-ФОА» в обоих случаях показывают хорошую корреляционную актив-ность этого фермента с наличием или отсутствием панкреатита.

Совместно с ХОП ИБОХ создано производство набора «ФЛА2-ФОА», которое с 2015 г. осуществляет его выпуск. В настоящее время систе-ма «фосфолипаза А2 – гемоглобин» апробирована с целью определе-ния антиоксидантного статуса ор-ганизма – критерия, важного для принятия решения о необходимо-сти хирургического вмешательства

и способности организма восстано-виться после этого.

Впервые в мире для установле-ния повреждающего действия ак-тивных форм кислорода на био-структуры, широко исследованно-го учеными, задействована его пер-вичная мишень – непосредственно фосфолипиды вместо традицион-но применяемого вторичного про-дукта их частичной деградации – малонового диальдегида. Инстру-ментом впервые послужила ак-тивность сверхчувствительного к окисленным фосфолипидам фер-мента фосфолипазы А2, определяе-мая по спектральным изменениям гемоглобина в области полосы Соре. Это обеспечило более полную оцен-ку общей антиоксидантной актив-ности, то есть позволило охаракте-ризовать сопротивляемость орга-низма и его резервы к восстанов-лению в результате оперативного вмешательства. Приоритет этого направления подтвержден патен-тами Республики Беларусь №19670 и №19669.

Антиоксидант Trolox и сыво-ротка крови человека оказывали защитный эффект к действию уль-трафиолета – уменьшали наблюдае-мое превышение активности ФЛA2 по отношению к окисленным фос-фолипидам, что делает эту модель перспективной для определения об-щей антиоксидантной активности биологических жидкостей.

Обнаружена хорошая корреля-ция между защитной способностью сыворотки крови к ультрафиолето-вому облучению олеиновой кисло-ты путем обнаружения спектраль-ных изменений миоглобина и уров-нем развития панкреатита. Также показана действенность этого под-хода на примере защитной спо-собности черного и зеленого чая



к ультрафиолетовому облучению фосфатидилхолина. За открытие нового универсального индикато-ра антиоксидантного потенциала организма на основе фосфолиполи-за УФ-облученных фосфолипидов эти результаты включены в топ-10 НАН Беларуси 2017 г. Новизна по-лученных результатов защищена более чем 15 патентами Республи-ки Беларусь и Евразийского патент-ного ведомства.

Новые инструменты биотехнологии нуклеозидов

В последние годы членом-кор-респондентом Игорем Михайло-пуло совместно с Отделом биотех-нологии Института биоорганиче-ской химии им. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН (заведую-щий отделом – академик Анатолий Мирошников) предложена мульти-ферментная, каскадная стратегия синтеза биологически значимых модифицированных нуклеозидов.

Установлен молекулярный ме-ханизм активации ключевого био-катализатора в синтезе компонен-тов нуклеиновых кислот (пуринну-клеозид фосфорилазы, в том чис-ле из бактериальных источников), который позволил определить ис-ходные нуклеозиды для создания лекарственных препаратов с про-тивоопухолевой и противовирус-ной активностью и синтезировать фармакологически перспективные дезокси- и 2’,3’-дидезоксинуклеози-ды, содержащие атом фтора в угле-водной части молекулы. Проведе-но сравнительное изучение ката-литической активности нативного фермента и его мутанта, у которо-го аминокислота каталитического центра серин-90 заменена на ала-нин. В результате был получен

фермент с измененными свойства-ми и изучен ряд новых аналогов природных субстратов. Созданы также новые модифицированные нуклеозиды, представляющие ин-терес с точки зрения их биологиче-ских свойств и в качестве инстру-ментов биохимических и молеку-лярно-биологических исследова-ний. Эта работа была выполнена в кооперации с учеными лаборато-рии биоорганической химии и хи-мической биологии Центра нано-технологий Технопарка Мюнстера (Германия) и Университета штата Мэриленд (Балтимор, США). По-лученные результаты позволили авторам сформулировать подходы к направленному биотехнологиче-скому синтезу модифицированных нуклеозидов для молекулярной биологии и в качестве компонен-тов коротких олигонуклеотидов, которые, по мнению ученых, пер-спективны для создания препара-тов нового поколения для лечения вирусных и онкологических забо-леваний. В настоящее время изу-чается механизм функциониро-вания пиримидиннуклеозид-фос-форилаз, которые, наряду с ПНФ, стали важными инструментами биотехнологии модифицирован-ных нуклеозидов.

Таким образом, научное направ-ление химии компонентов нуклеи-новых кислот успешно развивается, о чем свидетельствуют полученные награды и внедренные в производ-ство разработки.

Фундаментальные результа-ты удостоены Премии НАН Бела-руси и РАН (И. А. Михайлопуло), включены в топ-10 НАН Белару-си в 2015 г. (И. А. Михайлопуло,

А. И. Зинченко) и 2017 г. (Н. М. Лит-винко), публикуются в престиж-ных научных журналах с высоким импакт-фактором.

Работы поддержаны МНТЦ и Белорусским республиканским фондом фундаментальных иссле-дований. Подготовлен отдельный проект, в котором предлагается по каскадному принципу приме-нить ферменты фосфолиполиза (фосфолипазу D и фосфолипазу А2) для синтеза липонуклеотидов с последующим установлением ре-зистентности их фосфолипидного «якоря» к деградации (руководите-ли Н. М. Литвинко, И. А. Михайло-пуло, А. И. Зинченко).

Активно ведется подготовка на-учных кадров. Так, на счету чле-на-корреспондента Игоря Михай-лопуло – 10 кандидатов наук и кон-сультирование двух докторских диссертаций; члена-корреспонден-та Елены Калиниченко – 2 кандида-та наук и консультирование защи-ты докторской, под руководством члена-корреспондента Анатолия Зинченко защитилось 8 диссер-тантов; доктор химических наук Н. М. Литвинко подготовила 3 кан-дидатов наук, 2 магистрантов и ку-рировала написание более десятка дипломных работ.

Исследованиями в этой области был заложен потенциал для созда-ния лекарственных средств новых поколений, аналогов которых по-ка нет ни в нашей стране, ни за ру-бежом. Это таргетные препара-ты, конъюгаты фармацевтически важных нуклеозидов с фосфоли-пидами, а также полинуклеотиды, сочетающие интерфероногенную активность и свойства депо-форм противовирусных и противоопу-холевых субстанций.

ОТДЕ

ЛЕНИ

Е БИО

ЛОГИ

ЧЕСК

ИХ Н

АУК Институт микро

биологии – научноисследовательский центр республики в области промышленных, инновационных и наукоемких микробных биотехнологий.

ОБЪЕКТЫ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ БИОТЕХНОЛОГИЙ


Визитной карточкой Института микробиологии являются биотехнологии – новейшие разработки на основе живых организмов, находящие применение во многих отраслях хозяйственной деятельности и выступающие

одним из драйверов экономического роста во всем мире. В поле зрения ученых института – изучение биоразнообразия, экологии, физиологии, биохимии и генетики микроорганизмов; селекция и генно-инженерное конструирование штаммов-продуцентов ценных соединений; создание микробных биотехнологий для сельского хозяйства, промышленности, медицины, охраны окружающей среды. Среди практических разработок, внедренных в производство, – биологические средства защиты растений, микробные удобрения, пробиотики, биодезинфектанты, биоконсерванты, ферментные препараты, кормовой белок, биофармацевтические технологии, диагностикумы и другая импортозамещающая продукция.

Биотехнологии ферментных препаратов

Разработкой биотехнологий по-лучения и применения фермент-ных препаратов занимается одно из старейших структурных подраз-делений института – лаборатория ферментов, образованная в январе 1969 г. У истоков ее создания стоя-ли член-корреспондент АН БССР С. А. Самцевич, кандидат биоло-гических наук С. М. Сосина, док-тора биологических наук А. Г. Лоба-нок, Н. И. Астапович, В. Г. Бабицкая, Р. В. Михайлова. С 1972 г. бессмен-ный руководитель лаборатории – академик НАН Беларуси, заслу-женный деятель науки Республики Беларусь Анатолий Лобанок. Иссле-дования конститутивного синтеза микроорганизмами внеклеточных ферментов, проведенные под его началом кандидатами биологиче-ских наук Б. Х. Шкляром, С. Г. Сни-гиревой, Л. А. Шукан, В. В. Гребенко, С. Л. Романовым, Ж. И. Павловской, О. Н. Зинченко, Л. И. Сапуновой, по-служили основой для создания на-учной школы по биогенезу микроб-ных ферментов, которая успешно развивается.

Высокую оценку научной об-щественности получили фунда-ментальные работы по изучению множественных молекулярных



Сотрудники лаборатории фер-ментов совместно с коллегами из Белорусского государственного университета и Института генетики и цитологии НАН Бела руси впер-вые в стране сконструировали про-дуценты промышленно значимых ферментов – глюкозо изомеразы, глюкозооксидазы, фитазы. Были разработаны способы выделения, очистки, иммобилизации и моди-фикации ферментных белков с це-лью улучшения их каталитических свойств. Продолжается выявление новых штаммов-продуцентов фер-ментов, в том числе катализирую-щих реакции синтеза олигосаха-ридов пребиотического действия in vivo и in vitro.

Научные результаты исследо-ваний лаборатории внесли зна-чительный вклад в развитие фун-даментальных представлений

микробиологии и энзимологии, ис-пользованы при создании биотех-нологий получения и способов при-менения ферментных препаратов. Многие из них запатентованы, ре-ализованы в опытно-промышлен-ных условиях, взяты на вооружение в научных изысканиях, аналитиче-ской химии, клинической диагно-стике, пищевой и текстильной про-мышленности, кормопроизводстве.

К примеру, препараты «Пекто-мацерин», «Пектолиазин» и «Пек-таллиацин», катализирующие огра-ниченный гидролиз полимеров рас-тительной клеточной стенки, стали основой ферментативных спосо-бов получения экстрактов биоло-гически активных веществ из пря-но-ароматических трав, экспресс- определения устойчивости клубней картофеля к внутренним механи-ческим повреждениям, получения льняной тресты и пищевого цитру-сового пектина. Обоснована эффек-тивность применения названных препаратов в технологиях произ-водства нектаров, пюре, соков ос-ветленных и с мякотью, а декстра-назы, разработанной совместно с российским ВНИИ биотехноло-гии, – для улучшения фильтраци-онных свойств диффузионных со-ков, а также в составе зубных паст. В отделе льна Белорусского НИИ земледелия внедрен экспресс-метод оценки новых сортов льна-долгунца на первых этапах селекции с приме-нением препарата пектатлиазы ма-церирующего действия. Для дегра-дации ароматических эфиров ко-роткоцепочечных жирных кислот и индикации фосфорорганических соединений предложены препара-ты ацетилэстеразы и карбоксил-эстеразы; для удаления остатков пе-рекиси, используемой в технологии отбеливания тканей, – каталазы;

форм вне- и внутриклеточных ми-кробных ферментов. Их результа-том стало выявление молекуляр-но-функциональной гетероген-ности микробных гидролаз, ок-сидоредуктаз, эстераз и изомераз, различий свойств и механизмов ре-гуляции синтеза отдельных моле-кулярных форм ферментов. Это по-зволило определить конститутив-ный, устойчивый к репрессии ка-таболитом контроль как базовый механизм регуляции образования функционально наиболее значимых ферментов. На различных модель-ных микроорганизмах определена роль субстратов, их структурных аналогов и продуктов фермента-тивной деструкции, кофакторов ферментов, оксидантов и низкомо-лекулярных антиоксидантов, дру-гих соединений в регуляции синте-за оксидоредуктаз и гидролаз.


для улучшения качества котонизи-рованного льноволокна и суровых хлопкосодержащих трикотажных волокон – пероксидазы.

Среди достижений лаборато-рии – новые ресурсосберегающие технологии; производство фермент-ного препарата «Глюкозооксидаза» для клинической диагностики; ин-дикаторного слоя бимедиаторных тест-полосок «Глюкосен» и моди-фицированного биосенсора «Глю-косен-М» для определения глюко-зы в крови (в сотрудничестве с ОАО «Минский НИИ радиоматериалов»). Для пищевой промышленности разработана технология производ-ства ферментированного и нефер-ментированного ржаного солода (совместно с Белорусским нацио-нальным техническим университе-том и ОАО «Машпрод»); получены ферментные препараты иммобили-зованной глюкозоизомеразы для производства сиропов из осахарен-ного крахмалсодержащего сырья, бета-галактозидазы – для безлак-тозных продуктов питания и га-лактоолигосахаридов. Совместно с Витебской государственной ака-демией ветеринарной медицины разработаны первые на рынке Бела-руси пребиотические кормовые до-бавки «КриптоЛайф®» и «Крипто-Лайф®-С», содержащие живые (ак-тивные) дрожжи. Начаты исследо-вания по получению конъюгатов ферментных белков и наночастиц благородных металлов, изучению взаимодействия оксидоредуктаз с медиаторами различной приро-ды, обосновывается возможность их использования как компонента биотопливных ячеек и тест-систем для определения глюкозы.

Изучение механизмов секре-ции продуктов микробного мета-болизма обусловило формирование

нового научного направления, по-лучившего дальнейшее развитие в рамках созданного в 1990 г. но-вого структурного подразделения – лаборатории биохимии микроорга-низмов (с 1995 г. – лаборатория мо-лочнокислых и бифидобактерий). Сначала его возглавила член-кор-респондент НАН Беларуси Наталия Астапович, а затем – кандидат био-логических наук Наталья Головнева.

Все разработки лаборатории ферментов по праву можно на-звать импортозамещающими, со-циально значимыми и высокоэф-фективными. Например, выпуск препарата «Глюкозооксидаза» по-зволил полностью удовлетворить потребности больных сахарным диабетом в датчиках для измере-ния уровня глюкозы в крови и бо-лее чем в 10 раз окупить затрачен-ные на его создание бюджетные

средства. Экономический эффект от использования кормовой био-добавки «КриптоЛайф» за период освоения производства в 11,5 раза превысил расходы на ее разработку.

С 2010 г. лаборатория аккредито-вана на соответствие требованиям СТБ ИСО/МЭК 17025–2007 в сфере проведения испытаний для пище-вой, текстильной промышленно-сти, изготовления дезинфициру-ющих и моющих средств, кормо-производства и кормов. Ежегодный объем выполняемых хозяйствен-ных работ по оценке качества по-ступающих на рынок Беларуси фер-ментных препаратов составляет 15–20 тыс. руб.

Результаты выполненных в ла-боратории теоретических и при-кладных исследований обобщены в 10 монографиях, опубликованы более чем в 800 экспериментальных

БИОТЕХНОЛОГИИ



и обзорных статьях по актуальным проблемам современной микробио-логии, биотехнологии и энзимоло-гии, защищены 80 авторскими сви-детельствами и патентами на изо-бретения, ноу-хау.

В планах коллектива – скрининг и генно-инженерное конструиро-вание микроорганизмов – конку-рентоспособных продуцентов фер-ментов; выделение и характеристи-ка генов, ответственных за синтез ферментных белков, изучение регу-ляторных механизмов их экспрес-сии; разработка современных им-портозамещающих биотехнологий для промышленности, сельского хо-зяйства, медицины и клинической диагностики. Продолжаются ис-следования по созданию биосенсо-ров нового поколения, содержащих нано материалы в составе биорецеп-торного элемента, а также по раз-работке кормовых продуктов ком-плексного действия на основе жи-вых дрожжей и их биологически активных метаболитов.

Биотехнологии для аграрного сектора

В институте существует круп-ная научная школа по биологиче-ским основам взаимоотношений микроорганизмов почвы и выс-ших растений, основоположни-ком которой является член-корре-спондент АН БССР, заслуженный

деятель науки БССР Семен Сам-цевич. Под его руководством ор-ганизована лаборатория взаимоот-ношений микроорганизмов почвы и высших растений, исследования которой направлены на повышение продуктивности и качества уро-жая важнейших зерновых, бобо-вых, технических и овощных куль-тур, возделываемых на территории нашей станы, а также на изучение микробных ценозов почв и восста-новление почвенного плодородия биологическим путем. В настоя-щее время лабораторию возглав-ляет кандидат биологических наук Ирина Ананьева.

В нашей стране значительное внимание уделяется органическо-му земледелию, внедрение которо-го в агропромышленное производ-ство способствует восстановлению плодородия почвы и максималь-ной реализации потенциальных возможностей сельскохозяйствен-ных культур биологическим спосо-бом. Учитывая актуальность дан-ной тематики, в лаборатории иссле-дуется влияние антропогенной на-грузки на микробное разно образие; изучается взаимодействие микро-организмов с растениями; разра-батываются научные основы вос-становления выведенных из сель-скохозяйственного оборота почв с использованием биометодов; соз-даются технологии производства

Рис. 1. Однокомпонентные (А), двухкомпонентные (Б) и трехкомпонентные (В) микробные удобрения; 1 – азотфиксирующие бактерии; 2 – фосфатсолюбилизирующие бактерии; 3 – арбускулярные микоризные грибы



и применения комплексных ми-кробных удобрений.

Среди разработок следует отме-тить однокомпонентные удобрения «СояРиз», «Сапронит», «Ризобакте-рин» и «Фитостимофос», которые обеспечивают сохранение положи-тельного азотно-фосфорного балан-са почв и значительное повышение урожайности важнейших сельско-хозяйственных культур (рис. 1А). К примеру, предпосевная иноку-ляция семян сои биоудобрением «Соя Риз» улучшает рост и развитие растений, повышает урожайность культуры на 7,8 ц/га без внесения азотных удобрений (рис. 2А). При-менение «Сапронита» для обработки семян также увеличивает количество клубеньков и продуктивность бобо-вых на 10–15% (рис. 2Б). «Ризобакте-рин» повышает урожайность зер-новых в среднем на 15%, «Фитости-мофос» – корнеплодов и овощных культур в среднем на 24%, зерно-вых – до 30,0 ц/га при снижении доз азотных и фосфорных удобрений.

Комплексом положительных свойств, высокой выживаемо-стью и эффективностью микроор-ганизмов в полевых условиях ха-рактеризуются двухкомпонент-ные микробные удобрения «Био-линум», «Ризофос» и «Гордебак». В их составе – азотфиксирую-щие и фосфатсолюбилизирующие бактерии (рис. 1Б). Использование

«Биолинума» позволяет снизить до-зы азотных удобрений на 10 кг/га и фосфорных – на 20 кг/га и обеспе-чивает урожайность соломы, тресты и выход волокна на уровне полной дозы минеральных удобрений. «Ри-зофос» повышает урожайность бо-бовых культур на 20–25% (рис. 2В), способен заменить азотные удо-брения на 15–30%, фосфорные – на 20–30%, что положительно вли-яет на плодородие почвы. «Гордебак» ускоряет рост и развитие растений, до 10% увеличивает урожайность пивоваренного ячменя с высоки-ми технологическими свойства-ми (рис. 2Г); дозы вносимых азот-ных и фосфорных удобрений при выращивании культуры снижают-ся на 15–20%.

Особого внимания заслужива-ют трехкомпонентные микробные удобрения «Бактопин», «АгроМик» и «МаКлоР», содержащие азотфик-сирующие и фосфатмобилизующие бактерии, а также арбускулярные микоризные грибы (рис. 1В). Этим биоудобрениям присущ комплекс полезных свойств: они положитель-но воздействуют на растения, обе-спечивают их макро- и микроэле-ментами, защищают от болезней, делают более устойчивыми к небла-гоприятным биотическим и абио-тическим факторам.

«Бактопин» эффективен для предпосевной обработки семян

Рис. 2. Влияние микробных удобрений «СояРиз» (А), «Сапронит» (Б), «Ризофос» (В), «Гордебак» (Г), «Бактопин» (Д) на рост и развитие растений (1 – опыт; 2 – контроль)



и вегетирующих деревьев хвойных пород (рис. 2Д), «АгроМик» – три-тикале, цветочных, декоративных хвойных и древесно-кустарнико-вых растений. Их использование повышает приживаемость сеянцев ели и сосны в 1,3 и 2 раза соответ-ственно, увеличивает высоту ку-старников и цветов, способствует более раннему началу фаз бутони-зации и цветения. «МаКлоР» соз-дан для адаптации, стимуляции роста и развития голубики, брус-ники и клюквы. Его применение благоприятствует развитию мощ-ной корневой системы микрокло-нов ягодных культур – их масса в 20 раз превышает контрольную, обе-спечивает увеличение облиствен-ности культур на 53–96%, площа-ди листовой поверхности в 4 раза и приживаемости до 100%.

Еще одна инновационная разра-ботка – биоудобрение «ПолиФун-Кур», полученное на основе аэроб-ной ферментации подстилочного куриного помета и обогащенное азотфиксирующими бактериями. Его использование обеспечивает

до 32% прибавки урожая клубней картофеля и до 14% прироста содер-жания в них крахмала. До 41% по-вышается сбор зеленой массы куку-рузы и до 17% – содержание сыро-го протеина в ней, а также урожай сахарной свеклы до 41 ц/га с уве-личением ее сахаристости до 18%. «ПолиФунКур» также повышает урожайность озимой пшеницы, стимулирует активное развитие декоративных растений.

Ряд актуальных научно-исследо-вательских работ выполнен в рам-ках международного сотрудниче-ства. Совместно со специалиста-ми Никитского ботанического сада (Ялта, Россия) изучено микробное сообщество ризосферы декора-тивных культур в почвах степно-го Крыма, освоен способ обработ-ки микроорганизмами семян и кор-невой системы сеянцев плодовых культур (патент Республики Бела-русь №19961). По контракту с ТОО «Biotron Group» (Казахстан) выделе-ны и отобраны штаммы фосфатмо-билизующих и азотфиксирующих бактерий, разработана технология

получения на их основе комплекс-ного биоудобрения. С учеными Ве-несуэльского института научных исследований создано комплексное биоудобрение для широкого спек-тра бобовых культур – сои, лядвен-ца, фасоли, вигны.

В настоящее время сотрудни-ки лаборатории работают над но-вым трехкомпонентным микроб-ным удобрением «БактоФиш», со-держащим азотфиксирующие и фосфатмобилизующие бактерии и предназначенным для улучше-ния естественной кормовой базы рыбоводных прудов. Его примене-ние обогащает водоемы биологиче-ским азотом и фосфором, увеличи-вает естественную рыбопродуктив-ность карпа на 15% при снижении кормовых затрат на 18–20%.

Широкий научный и практиче-ский интерес для растениеводства Беларуси представляют эндофит-ные бактерии, которые проника-ют внутрь семян, стеблей, листьев и корней растений, развиваются в них и благотворно влияют на раз-витие сельскохозяйственных куль-тур. Это обусловлено их способ-ностью улучшать азотное и фос-форное питание растений, выде-лять витамины и сидерофоры, что уменьшает вред, наносимый па-тогенными грибами, бактериями, вирусами, насекомыми и немато-дами. Этот аспект стал предметом исследований лаборатории наря-ду с изучением бактерий, устойчи-вых к хлориду натрия, отобранных из почвы в районе Старобинского месторождения калийных солей. Ученые получили солеустойчивые азотфиксирующие и фосфатмоби-лизующие бактерии и создали их коллекцию. Оказалось, что выде-ленные штаммы в комплексе с бо-бовыми растениями перспективны



для восстановления выведенных из хозяйственного оборота засолен-ных малоплодородных почв. На ос-нове коллекционных микроорга-низмов планируется разработать технологию получения и примене-ния микробного удобрения для по-вышения устойчивости придорож-ных насаждений к высокому содер-жанию в почве хлорида натрия. Это позволит минимизировать послед-ствия использования противоголо-ледных реагентов, сократить затра-ты на мероприятия по замене и вос-становлению зеленых насаждений на 10–15% и значительно улучшить экологическую ситуацию.

Таким образом, есть твердая уверенность в том, что разработ-ки лаборатории позволят перейти от традиционного к органическо-му ведению сельского хозяйства, что полностью отвечает стратегии устойчивого развития Беларуси и будет способствовать обеспече-нию продовольственной безопас-ности республики.

Биотехнологии для здравоохранения

Лаборатория молекулярной биотехнологии под руководством члена- корреспондента НАН Бела-руси Анатолия Зинченко выполня-ет исследования, связанные с целе-направленной трансформацией ну-клеиновых кислот и их компонентов ферментами микроорганизмов. Из-учена субстратная специфичность ферментов нуклеинового обмена микроорганизмов в отношении ши-рокого спектра природных нуклео-зидов и нуклеотидов и их модифи-цированных аналогов. Полученные фундаментальные данные о связи структуры молекул субстратов с их активностью позволили совмест-но с Институтом биоорганической

химии НАН Беларуси разработать оригинальный химико-фермента-тивный подход к синтезу модифи-цированных нуклеозидов и нуклео-тидов, получение которых только химическим или ферментативным путем затруднено или невозможно. Результаты этих исследований во-шли в цикл работ «Химико-энзи-матическая модификация компо-нентов нуклеиновых кислот и био-химическое моделирование как на-учно-практическая основа поиска, создания и производства противо-вирусных и противо опухолевых ле-карственных средств», отмеченный в 2004 г. Государственной премией Республики Беларусь в области на-уки и техники.

В лаборатории сконструирован штамм бактерий, продуцирующих химерный белок, который состо-ит из человеческого аннексина-А5 и бактериальной аденозиндезами-назы. Согласно исследованиям, та-кой белок должен «снимать тормоз» с противоопухолевого иммунитета человека и служить высокоэффек-тивным препаратом для терапии

онкологических заболеваний. Пред-полагается, что по сравнению с ана-логами подобный препарат будет иметь широкий спектр действия и отсутствие побочных эффектов. Эти особенности обусловлены тем, что в результате адресной достав-ки он будет связываться с молеку-лярной мишенью – фосфолипидом, который выстилает поверхность только раковых клеток и отсутству-ет на поверхности подавляющего большинства здоровых клеток.

Охрана окружающей среды

Лаборатория природоохран-ных биотехнологий, возглавляе-мая кандидатом биологических наук Еленой Глушень, занимается разработкой биотехнологических подходов для решения экологиче-ских проблем, наиболее актуальной из которых является очистка про-изводственных и коммунальных стоков. В лаборатории создан пер-вый в республике микробный пре-парат «Клинбак» на основе микро-организмов, разлагающих органику



с высокой скоростью. Он может ис-пользоваться на промышленных предприятиях, для жилищно-ком-мунальных нужд, в сельском хозяй-стве, в быту. Эффективность очист-ки при применении препарата до-стигает 90%.

Методом адаптивной селекции получены высокоактивные ми-кроорганизмы-деструкторы жи-ров и масел, на их основе создан микробный препарат «Антойл». Его высокая эффективность про-демонстрирована на биологических очистных сооружениях предпри-ятий ЖКХ и мясо-молочной про-мышленности. Внесение деструк-торов жировых веществ, состав-ляющих основу препарата, способ-ствовало интенсификации процесса очистки, улучшению качества об-работанного активного ила и по-вышению его окислительной спо-собности. Использовать «Антойл» можно не только на предприяти-ях, но и в автономных канализа-циях коттеджной застройки. По-явление его на рынке положило конец доминированию зарубеж-ных биопрепаратов и обеспечи-ло импортозамещение. Сейчас со-трудники лаборатории работают над усовершенствованной верси-ей препарата – «Антойл+».

Интересное решение предло-жено учеными для сточных вод, очистка которых осложнена вы-соким содержанием аммонийного азота. Путем обогащения активного ила специально подобранными ми-кроорганизмами, входящими в со-став микробного препарата «Деам-мон», концентрация аммонийного азота была снижена до предельно допустимых значений, эффект со-хранялся на протяжении 6 месяцев. Показатели качества стоков улуч-шились на 20–40%, увеличилась

окислительная мощность активно-го ила. Следовательно, у препара-та хорошие перспективы для ши-рокого применения на предприя-тиях ЖКХ.

Заслуживают внимания нефте-деструкторы, созданные в лаборато-рии, – «Экобел», «Родобел», «Родо-бел-Т», «Родобел-ТН». Они не усту-пают, а в большинстве случаев даже превосходят зарубежные аналоги, такие как «Деворойл», «Дестройл», «Эконадин» и др., и более пред-почтительны для использования в нашей стране, поскольку бази-руются на аборигенных штаммах, адаптированных к местным усло-виям. При этом их стоимость су-щественно ниже. Экологическая безопасность их применения обу-словлена полной деструкцией неф-ти углеводородокисляющими ми-кроорганизмами, что позволяет ис-ключить накопление токсичных промежуточных продуктов метабо-лизма в очищаемой почве. Эффек-тивность белорусских препаратов для ликвидации нефтяных загряз-нений подтверждена многочислен-ными актами внедрения.

Совместно с УП «Промышлен-ные экологические системы» раз-работана биотехнология, основан-ная на функционировании абсорб-ционно-биохимических установок (АБХУ), которые используются в литейном, металлургическом, ла-кокрасочном, деревообрабатыва-ющем и химическом производстве для очистки вентиляционного воз-духа от вредных органических ве-ществ. Степень улавливания АБХУ большой гаммы вредных газов – фе-нола, формальдегида, фурфурола, метанола и других веществ – из вен-тиляционного воздуха составляет 70,0–99,9%. Регенерацию абсорб-ционного раствора в биореакторе

ведут специализированные микро-организмы-деструкторы, иммоби-лизованные на нейтральных носи-телях. Абсорбционно-биохимиче-ский метод хорошо зарекомендовал себя в очистке вентвоздуха от ши-рокого ряда токсических органиче-ских соединений и с успехом может заменить любой другой из наибо-лее известных.

Более 50 установок с использо-ванием микробных загрузок, разра-ботанных Институтом микробиоло-гии НАН Беларуси, функционирует в настоящее время на 42 предприя-тиях различной отраслевой направ-ленности в странах СНГ, в том чис-ле на гигантах машиностроения.

На основе высокоактивных ми-кроорганизмов-деструкторов тре-тичных аминов разработан не име-ющий мировых аналогов микроб-ный препарат «Тэамин», который применяется в АБХУ на крупных машиностроительных заводах Беларуси и России. Он обеспечива-ет полную минерализацию аминов, что исключает накопление в среде токсичных метаболитов и очищает абсорбционные растворы на 94–99%.

На предприятиях деревообраба-тывающей промышленности про-ходит апробацию новый препа-рат «ФеноФорм», задача которо-го – снизить выбросы фенола и фор-мальдегида в воздух рабочей зоны и атмосферу.

Совместно с Полесским аграр-но-экологическим институтом ве-дутся исследования по биоперера-ботке избыточного активного ила биологических очистных соору-жений и отходов животноводче-ских комплексов крупного рогатого скота. Ставится цель снизить эко-логическую нагрузку на окружаю-щую среду вследствие вторичного использования отходов.



Сотрудниками лаборатории ак-тивно ведется работа по выделению и изучению новых штаммов ми-кроорганизмов-деструкторов ги-дрофобных органических веществ, обладающих высоким флокулирую-щим потенциалом. Их применение позволит создать биофлокулянты и разработать новые биотехноло-гии очистки сточных вод предпри-ятий пищевой промышленности. Использование новаторских био-технологических подходов для ре-шения проблем охраны окружаю-щей среды позволяет коллективу занимать лидирующую позицию в этой области.

Биологические средства защиты растений и животных

Отечественная научная школа по изучению биогенеза биологиче-ски активных соединений с анти-микробным действием успешно раз-вивается в институте с 1994 г. под руководством члена-корреспонден-та НАН Беларуси, заслуженного де-ятеля науки Республики Беларусь Эмилии Коломиец, заведующей ла-бораторией средств биологическо-го контроля. В лаборатории созда-на коллекция промышленно-цен-ных микроорганизмов, перспектив-ных для разработки биопестицидов, биодезинфектантов, пробиотиков, кормовых добавок; установлены механизмы взаимодействия бак-терий-антагонистов с патогенами растений и животных, расшиф-рована природа продуцируемых анти микробных метаболитов и осу-ществлен их направленный синтез. Результаты фундаментальных ис-следований явились основой конку-рентоспособных технологий полу-чения и применения оригинальных биопрепаратов с фитозащитной,

дезинфицирующей, рост- и иммуно-стимулирующей активностями.

В линейке наиболее востребо-ванных отечественных биопести-цидов следует отметить «Бетапро-тектин» и «Бактосол» для защиты корнеплодов сахарной, столовой свеклы и моркови, а также кар-тофеля от наиболее вредоносных возбудителей болезней в процессе вегетации и при хранении; «Эко-грин» для защиты овощных и зе-ленных культур от болезней в усло-виях малообъемной гидропоники; «Мультифаг» для контроля бакте-риозов овощных культур в откры-том грунте; «Фрутин» и «Экосад», проявляющие фитозащитный эф-фект на плодово-ягодных куль-турах. Комплексный микробный препарат «Полибакт» совмещает сразу несколько полезных свойств: ускоряет разложение растительных остатков в почве, обогащает ее азо-том и фосфором в доступной для растений форме, способствует вос-становлению агробиоценозов, по-вышает плодородие почвы и уве-личивает продуктивность сельско-хозяйственных культур на 10–20%.

Совместно с Институтом экспе-риментальной ботаники НАН Бела-руси создан экологически чистый искусственный субстрат «Глин-торф-БФП» с фитопротекторной активностью, использование ко-торого позволяет получать высо-кокачественный здоровый поса-дочный материал для тепличных, лесопарковых, декоративно-садо-водческих хозяйств.

Результатом выполнения Госу-дарственной научно-технической программы «Промышленные био-технологии» и Межгосударствен-ной целевой программы ЕврАзЭС «Инновационные биотехнологии» стали новые способы получения

пробиотических препаратов для ветеринарии, кормопроизводства, промышленного рыбоводства. В их числе «Бацинил», «Бацинил-К», «Ветоспорин», «Энатин», «Споро-бакт», «Споро бакт-К», «Эмилин», «Биовир».

Для оздоровления и повыше-ния плодородия почв, увеличения урожайности сельскохозяйствен-ных культур и улучшения каче-ства получаемой продукции раз-работана технология получения комплексного микробного препа-рата «Агроревитол». Созданный на основе консорциума бактерий с взаимодополняющими фитоза-щитными, ростстимулирующими и деструктивными свойствами, он предназначен для регуляции ми-кробоценоза почвы и деструкции остаточных количеств гербицидов, что позволит снизить пестицидную нагрузку на агроценозы.

В перспективе сотрудники ла-боратории планируют продолжить исследования по созданию супер-продуцентов антимикробных ме-таболитов и ряда других биологи-чески активных соединений, раз-работке высокоточных тест-систем для экспресс-диагностики возбу-дителей болезней сельскохозяй-ственных растений, оригинальных технологий получения биогерби-цидов, биологических средств за-щиты растений комплексного дей-ствия, полифункциональных про-биотических препаратов и кормо-вых добавок для животноводства.

Молекулярное конструирование микроорганизмов

В Центре аналитических и генно- инженерных исследований прово-дятся работы в области биохимии, геномики и генной инженерии



микроорганизмов. Это новое под-разделение, созданное по инициа-тиве члена-корреспондента НАН Беларуси Э. И. Коломиец, занимает-ся конструированием штаммов ми-кроорганизмов с заданными свой-ствами, их генетической характе-ристикой, определением структу-ры и физико-химических свойств микробных метаболитов как осно-вы для разработки инновационных биотехнологий.

Значительный вклад в научный потенциал лаборатории внесла док-тор биологических наук Марина Титок. Руководителем Центра явля-ется кандидат биологических наук Леонид Валентович.

В Центре выполняются иссле-дования качественного и коли-чественного состава органиче-ских соединений методами газо-вой и жидкостной хроматогра-фии: определяется концентрация продуктов ацетоно-бутилового брожения бактерий Clostridium acetobutylicum в ферментационной

среде; исследован состав жирных кислот клеточной стенки, создана библиотека жирнокислотных про-филей экстремофильных бактерий, изолированных в Антарктике.

Исследования в области моле-кулярной фитопатологии увенча-лись созданием библиотеки гене-тических конструкций, несущих гены, кодирующие белки-хар-пины фитопатогенных бакте-рий родов Pectobacterium, Erwinia, Dickeya, Xanthomonas. Экспери-ментально подтверждена воз-можность стимуляции иммуни-тета растений данными белка-ми. Секвенированы и анноти-рованы геномы актуальных для Беларуси фитопатогенных бакте-рий: Pectobacterium carotovorum, Pectobacterium atrosepticum, Erwinia amylovora, Clavibacter michiganiensis, Pseudomonas spp. Совместно с ла-бораторией средств биологиче-ского контроля создается опре-делитель грибных и бактери-альных возбудителей болезней

сельскохозяйственных растений на основе ДНК-типирования.

Сотрудниками Центра выпол-нена молекулярно-генетическая идентификация более 500 штам-мов бактерий и 100 штаммов дрож-жевых и мицелиальных грибов. Ве-дется конструирование генно-ин-женерных штаммов-продуцентов биологически активных соедине-ний. Спроектированы оригиналь-ные векторы для экспрессии чу-жеродного генетического мате-риала в клетках бактерий Bacillus subtilis. Создан генно-инженерный штамм B. subtilis 344 М, характе-ризующийся высокими антими-кробной и инсектицидной актив-ностями, как основа биопрепарата для комплексной защиты картофе-ля и овощных культур от болезней и насекомых-вредителей.

Значительное внимание уде-ляется созданию и поддержанию коллекции генетических ресурсов, в первую очередь векторных кон-струкций для генно-инженерных



целей, призванных обеспечивать возрастающие потребности фун-даментальной науки и приклад-ных исследований. Коллекция ге-нетических конструкций (плазмид, транспозонов, интерпозонов, кассет антибиотикорезистентности) зна-чительно упрощает и удешевляет процесс разработки биотехнологи-ческой продукции, поскольку уче-ным доступны необходимые об-разцы векторных молекул, а иногда и целевых генов для молекулярного клонирования и других генно-ин-женерных целей. В лаборатории хранится более 100 различных век-торов, ведется работа по созданию электронной базы данных генети-ческих конструкций.

Центр одним из первых в нашей стране начал работы по геномике микроорганизмов. Секвенированы и аннотированы геномы ряда бак-терий Bacillus subtilis, Pseudomonas brassicacearum, Bacillus pumilus, об-ладающих выраженными антаго-нистическими свойствами, об-наружены гены, ответственные за синтез антимикробных ве-ществ. Проведен геномный анализ

психрофильных микроорганизмов Glaciozyma antarctica, Sporosarcina psychrophila, Carnobacterium sp., Porphyrobacter sanguineus, изоли-рованных из различных источ-ников на территории Антаркти-ды с целью выявления потенци-альных продуцентов хозяйственно ценных ферментов и метаболитов. Определены нуклеотидные после-довательности геномов биотехно-логически перспективных штам-мов Bifidobacterium animalis subsp. lactis. Секвенированы геномы бак-териофагов Pf-10, перспективных для создания средств защиты рас-тений от бактериозов.

В арсенале инновационных раз-работок Института микробиологии НАН Беларуси более 50 биопрепа-ратов и биотехнологий, востребо-ванных экономикой страны.

Учреждение выступает голов-ной организацией ГНПО «Хи-мический синтез и биотехноло-гии», координирует выполнение Плана развития биотехнологиче-ской отрасли Республики Бела-русь на 2012–2015 гг. и на период до 2020 г., представляет нашу

страну в Евразийской техноло-гической платформе «Евразия-Био» и Восточно-Палеарктиче-ской региональной секции Меж-дународной организации по био-логической борьбе с вредными животными и растениями. Ин-ститут является головной орга-низацией-исполнителем ряда го-сударственных программ – под-программы «Микробные био-технологии» Государственной программы научных исследова-ний «Биотехнологии», подпро-граммы «Инновационные биотех-нологии – 2020» Государственной программы «Нау коемкие техноло-гии и техника», Государственной научно-технической программы «Инновационные био- и нанотех-нологии – 2020», направленных на расширение биоресурсной базы и разработку конкурентоспособ-ных отечественных биотехноло-гий. Накопленный опыт позволяет институту успешно прогнозиро-вать востребованные направления научных исследований и выра-ботать долгосрочную стратегию устойчивого развития.

ОТДЕ

ЛЕНИ

Е МЕД

ИЦИН

СКИХ

НАУ

КНаиболее перспективное междисциплинарное инновационное направление, которое развивается в Беларуси, – клеточные технологии.

�� создание методов введения стволовых клеток в ор-ганизм при различных заболеваниях, определение их количества и места введения;

�� совершенствование принципов и способов получе-ния биоинженерных конструкций (биокомпозитов – искусственных тканей) на основе стволовых кле-ток и различных биодеградируемых полимерных носителей для их последующей трансплантации, а также создание искусственных органов на осно-ве клеток и носителей, в том числе с использова-нием 3D-принтинга;

�� репрограммирование и редактирование геномов стволовых клеток.Белорусские ученые работают в рамках трех пер-

вых этапов становления регенеративной медицины, четвертый – на стадии организации.

Исследования в области МСК в нашей стране ведут-ся с начала двухтысячных годов. К 2011 г. в нескольких учреждениях НАН Беларуси и Министерства здраво-охранения уже была создана экспериментальная ба-за, сформировались профессиональные коллективы. Именно они выполнили свою часть программы Со-юзного государства Беларуси и России «Разработка новых методов и технологий восстановительной те-рапии патологически измененных тканей и органов с использованием стволовых клеток», утвержденной Постановлением Союзного правительства 26.04.2011 г. и рассчитанной на 2011–2013 гг. Головной организаци-ей белорусской части программы был определен Ин-ститут биофизики и клеточной инженерии НАН Бела-руси, а ее научным руководителем – академик Игорь Волотовский. Белорусские ученые приняли участие в выполнении пяти программных мероприятий. Это способствовало популяризации клеточных техноло-гий лечения заболеваний в медицинской среде. Ин-терес появился у травматологов-ортопедов, пульмо-нологов и фтизиатров, офтальмологов, стоматологов, урологов и клиницистов других специальностей. Ис-следования расширяются и углубляются за счет по-вышения их методического уровня, постановки ори-гинальных задач, выходящих за рамки программы.

Так, в Институте биофизики и клеточной инжене-рии были отработаны все требования к выделению, культивированию и дифференцировке МСК, опреде-лены стандартные критерии по всему процессу (канди-дат биологических наук Е. С. Лобанок), что позволило в дальнейшем совместно с учеными-медиками Бело-русского государственного медицинского университета

Эндогенный потенциал стволовых клеток

«Ключевым элементом современной регенеративной медицины и заме-стительной терапии являются кле-точные технологии лечения заболе-ваний человека с использованием главным образом аутологичных

мезенхимальных стволовых клеток. В ближайшей перспективе найдут широкое применение и стволо-вые клетки, подвергнутые индукции плюрипотент-ности и редактированию геномов», – полагает акаде-мик Игорь Волотовский.

Регенеративная медицина и заместительная те-рапия базируются на результатах фундаментальных исследований в области мезенхимальных стволовых клеток (МСК) – предшественников всех специализи-рованных клеток организма. В начале XXI века меди-ко-биологическая наука перешла от изучения струк-туры и функции МСК к технологиям лечения заболе-ваний, в основе которых лежит трансплантация на-копленных in vitro как изолированных МСК, так и их биокомпозитов с биодеградируемыми носителями. Био-композиты дали старт тканевой инженерии, исполь-зующей инструментальные возможности технических наук, например 3D-принтинга. Последние прорывные результаты регенеративной медицины – создание ин-дуцированных стволовых клеток (СК) и технологий редактирования геномов и генов стволовых клеток.

Анализируя применение клеточных технологий в мире, можно выделить несколько этапов становле-ния регенеративной медицины:�� разработка биотехнологических приемов получения,

культивирования, стандартизации клеточного ма-териала (стволовых клеток) из тканей и органов, методов их дифференцировки в специализирован-ные клетки и его длительное хранение;


(БГМУ) разработать инновационные методики для ком-плексного лечения пациентов с трофическими язвами разной этиологии. При Институте за счет бюджетных и собственных средств НАН Беларуси создан Респу-бликанский центр «Клеточные технологии», включа-ющий три отделения: поликлиническое, производ-ство биомедицинских клеточных продуктов и банк стволовых клеток. Производство организовано в со-ответствии с международными требованиями GMP, что подтверждено сертификатом. Институт выполняет роль ведущей организации по проведению фундамен-тальных исследований в области биологии стволовых и прогениторных клеток, по проблемам влияния ги-поксии на рост, развитие и дифференцировку клеток в культуре, эпигенетического контроля процессов диф-ференцировки и индукции плюрипотентности МСК, создания искусственных тканевых структур с исполь-зованием биодеградируемых матриц, репрограммиро-вания МСК, редактирования геномов мезенхимальных и соматических клеток. Расширяется спектр методик по культивированию стволовых и прогениторных кле-ток и доведению технологий до стандартных требова-ний с получением соответствующих сертификатов, что дает право на распространение и оборот клеточного материала. В тесном взаимодействии с клиницистами разрабатываются протоколы лечения. Министерством здравоохранения уже утверждены три инструкции: в области сосудистой хирургии и стоматологии. В ста-дии завершения еще три разработки: совместно с Ин-ститутом физиологии НАН Беларуси (директор – док-тор медицинских наук, профессор С. В. Губкин) и 2-й кафедрой хирургических болезней Гродненского госу-дарственного медуниверситета (доктор медицинских наук, профессор Н. А. Нечипоренко) – лечение стрес-сового недержания мочи у женщин; совместно с кафе-дрой глазных болезней БГМУ (заведующая – доктор медицинских наук, профессор Л. Н. Марченко) – лече-ние дистрофических поражений роговицы; совместно с кафедрой пластической хирургии и комбустиологии БелМАПО (заведующий – доктор медицинских наук, профессор В. Н. Подгайский) – создание искусствен-ной кожи для лечения ожогов. В планах еще три кле-точных технологии терапии и участие в формируемой программе Союзного государства России и Беларуси «Стволовая клетка 2».

Под руководством доктора медицинских наук, про-фессора М. П. Потапнева в РНПЦ трансфузиологии и ме-дицинских биотехнологий разработан лабораторный

регламент получения гемопоэтических стволовых кле-ток (ГСК) пуповинно-плацентарного происхождения; показана их 36-кратная экспансия при сокультивирова-нии со стромальными клетками костного мозга и уста-новлено их влияние на дифференцировку ГСК. Совмест-но с РНПЦ неврологии и нейрохирургии, в частности неврологического отдела, которым заведует доктор ме-дицинских наук, профессор С. А. Лихачев, отработана технология получения и наращивания в культуре ау-тологичных МСК костного мозга для внутривенного и внутрилюмбального введения пациентам с боковым амиотрофическим склерозом; в ходе клинического ис-следования зарегистрировано замедление нарастания патологической симптоматики со стороны дыхатель-ной системы и улучшение течения заболевания. Со-вместно с РНПЦ психического здоровья разработан комплексный метод применения недифференцирован-ных и нейродифференцированных МСК для лечения фармакорезистентной симптоматической эпилепсии. В Белорусской медицинской академии последиплом-ного образования (БелМАПО) под руководством док-тора медицинских наук М. М. Зафранской разработана методика хирургического лечения повреждений пери-ферических нервов с использованием комбинирован-ных графтов на основе аутологичных МСК, трансдиф-ференцированных в нейрональном направлении.

Метод аллогенной котрансплантации МСК и ГСК детям с онкогематологическими заболеваниями раз-работан в РНПЦ детской онкологии, гематологии и иммунологии.

В РНПЦ эпидемиологии и микробиологии создана технология выделения и культивирования стволовых и прогениторных клеток из обонятельного эпителия человека, а также биокомпозитов с биодеградируемыми полимерами, показана их эффективность при лечении стенозов гортани и трахеи у экспериментальных жи-вотных. Предложена оригинальная технология приго-товления культур фибробластов и кератиноцитов кожи и их биокомпозитов с использованием биодеградиру-емых полимеров фосфата декстрана, хитозана, поли-лактида (кандидат биологических наук З. Б. Квачева); показана эффективность препаратов при восстановле-нии целостности кожных покровов у животных, а за-тем у пациентов с хроническими трофическими язвами нижних конечностей. Учеными БГМУ создана модель повреждения хрящевой ткани у кроликов (М. П. По-тапнев), проведена трансплантация животным МСК, дифференцированных в хондрогенном направлении



в комплексе с полимерным носителем, позитивный эффект трансплантации открыл перспективу исполь-зования этого метода у человека. В НПО порошковой металлургии НАН Беларуси проведено культивиро-вание МСК из ткани пуповины в стандартных усло-виях на полилактиде в присутствии хондропротекто-ров глюкозамина, хондроитина, комплекса жирных кислот омега-3 и индукторов хондрогенной диффе-ренцировки (кандидат химических наук Л. В. Цедик). Образование хрящевых структур удалось оптимизи-ровать, идут эксперименты на животных, в перспек-тиве – клиническое применение у человека.

Ученые лаборатории нейрофизиологии Института физиологии НАН Беларуси предложили оригиналь-ную методику соматотопической периневральной имплантации МСК при моделировании инсультов, травм и новообразований головного мозга, болезни Альцгеймера. Выполняется совместный проект Ин-ститута физиологии и РНПЦ неврологии и нейрохи-рургии по разработке способа лечения мозговых ин-сультов с использованием МСК.

ПедиатрияРНПЦ детской онкологии, гематологии и иммуно-

логии (директор Центра – член-корреспондент НАН Бела руси Ольга Алейникова) – это крупнейшее уч-реждение здравоохранения, в котором не только про-водится лечение детей с тяжелейшими онкологиче-скими и гематологическими заболеваниями, но и осу-ществляются научные фундаментальные исследования в области биологии и медицины, а также разрабаты-ваются новые технологии.

Трансплантация гемопоэтических стволовых клеток (ТГСК) в Центре практикуется 20 лет, со времени осно-вания учреждения в 1997 г. И если в первые годы выпол-нялось 5–10 операций в год, теперь – 70. Это ведущий метод лечения пациентов со злокачественными заболе-ваниями, который помогает сохранить жизнь в самых сложных случаях. Цель аллогенной ТГСК (алло-ТГСК) – замещение несостоятельного, поврежденного костного мозга донорским, а также получение реакции «транс-плантат против опухоли». Эта высокотехнологичная операция дает шанс выжить детям с лейкозами, апла-стической анемией, миелодиспластическим синдромом, онкологическими заболеваниями. Алло-ТГСК выполнена 450 маленьким пациентам, и о ее эффективности свиде-тельствует спасение жизни более 90% детей с апласти-ческой анемией. Спектр терапевтического применения

пересадки стволовых клеток постоянно расширяется – это врожденный иммунодефицит и аденолейкодистро-фия, талассемия и другие жизне угрожающие патологии. Уровень сложности проводимых операций и выжива-емость белорусских пациентов сопоставимы с резуль-татами передовых клиник мира. Этому способствует внедрение гаплоидентичной ТГСК – с использовани-ем клеток неполностью совместимого родственного донора; метода высокоразрешающего HLA-типирова-ния доноров и реципиентов; новых режимов кондици-онирования, в том числе со сниженной токсичностью; применение таргетных препаратов в послетрансплан-тационном периоде и т. д.

У пациентов с гемобластозами и солидными опухо-лями, в протокол лечения которых входит назначение миелоаблативных доз лучевой или химиотерапии, на-ряду с опухолевыми клетками разрушаются и здоро-вые клетки костного мозга. Поэтому после противо-опухолевой терапии они нуждаются в аутологичной трансплантации ГСК (ауто-ГСК) для восстановления гемопоэза до уровня, необходимого для редукции ри-ска побочных реакций, таких как инфекции, анемия, кровотечение. Ауто-ТГСК показана детям с нейро-бластомой, опухолью головного мозга, саркомой Юин-га, рабдомиосаркомой, лимфомой Ходжкина, неходж-кинской лимфомой и другими опухолями. В Центре ауто-ТГСК выполнена 338 пациентам.

Параллельно началось и изучение функциональ-ного состояния ГСК при различных патологиях у де-тей. Исследование пролиферативной активности кле-ток-предшественников гемопоэза, их способности к дифференцировке и ответу на цитокины, вырабаты-ваемые стромой костного мозга, имеет большое значе-ние в диагностике миелодиспластического синдрома, ювенильного миеломоноцитарного лейкоза, апласти-ческой анемии, нейтропении и других гематологиче-ских заболеваний и в мониторинге за терапией.

В 2002 г. в Центре начались первые исследования негемопоэтических стволовых клеток костного мозга, а в 2012 г. была создана лаборатория клеточной био-технологии и цитотерапии, которую возглавляет кан-дидат биологических наук Янина Исайкина. В лабора-тории изучаются свойства мезенхимальных клеток костного мозга, в частности их способность восста-навливать поврежденные ткани. Впервые в Беларуси к 2008 г. здесь была разработана и запатентована техно-логия получения биотрансплантата МСК из костного мозга и начато его использование в онкогематологии


КЛЕТОЧНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

и регенеративной медицине. А в 2015 г. прошла реги-страция биомедицинского клеточного продукта «Клет-ки мезенхимальные стволовые костного мозга человека» по ТУ BY600395123.001–2015, что позволяет не только производить МСК, но и реализовывать их на террито-рии Беларуси. Штат квалифицированных специали-стов занимается инновационными медико-биологи-ческими исследованиями и разработками. В их числе высокотехнологичные способы получения тканеспе-цифичных клеток из СК костного мозга; изучение пу-ти миграции трансплантированных клеток и их хоу-минга в организме пациента после инфузии, а также различных межклеточных взаимодействий; создание биоинженерных конструкций на основе дифференци-рованных в хондрогенном или остеогенном направле-ниях МСК для репарации хрящевой и костной тканей. Производственные помещения (асептические модули) соответствуют требованиям GMP (рис. 1, 2).

На базе РНПЦ проведены клинические испытания, которые доказали безопасность и эффективность ис-пользования цитотерапии на основе МСК для лече-ния различных видов соматической патологии. Раз-рабатываемые технологии создания клеточных био-трансплантатов соответствуют мировым аналогам. Терапия МСК проведена 331 пациенту при таких за-болеваниях, как реакция «трансплантат против хозя-ина» (РТПХ) – 138, лекарственно устойчивый тубер-кулез – 42, болезни сердца – 35, хроническая обструк-тивная болезнь легких – 28, поддержание гемопоэза – 27, детский церебральный паралич – 12, апластическая анемия – 11, цирроз печени – 10 и др.

Одним из самых тяжелых осложнений алло-ТГСК является РТПХ – многофазный иммуно пато-физиологический процесс, в результате которого ак-тивированные донорские Т-лимфоциты атакуют клет-ки реципиента. Иммуносупрессивные и противовос-палительные свойства МСК определяются продукцией ими индоламин-2,3-диоксигеназы (IDO), простаглан-дина E2, HLA-G5, TGF, Ил-10. В экспериментах in vitro в Центре был изучен ингибирующий эффект МСК на пролиферацию Т-лимфоцитов, в частности акти-вированных цитотоксических лимфоцитов. Резуль-таты исследования стали основой для клинического внедрения. Метод позволяет снизить риск развития РТПХ после аллогенной трансплантации ГСК у детей с 70 до 40%, предотвратить развитие жизнеугрожаю-щей РТПХ 3–4-й степени тяжести, оптимизировать лечение стероидорезистентной формы этого заболе-вания и повысить выживаемость.

МСК способствуют быстрому восстановлению ге-мопоэза и снижают риск посттрансплантационных осложнений после миелоаблативной терапии, ко-торая сопряжена с повреждением клеток костного мозга и развитием у пациента цитопении. Это под-тверждено полученными в лаборатории клеточной биотехнологии и цитотерапии результатами экспе-риментальных исследований, которые показали, что МСК костного мозга не только активизируют экс-пансию гемопоэтических клеток, но и приумножают популяцию полипотентных гемопоэтических пред-шественников, а также помогают сохранить жизне-способность клеток.

Рис. 1. Получение биомедицинского клеточного продукта МСК. Асептический модуль

Рис. 2. Хранение стволовых клеток при сверхнизких температурах. Криохранилище с жидким азотом



В Центре разработан метод применения МСК, обе-спечивающий высокую степень приживления алло-генных ГСК, при этом сокращается период восстанов-ления кроветворения после трансплантации. Входя-щие в группу риска 27 детей с гемобластозами, злока-чественными опухолями и апластической анемией получили котрансплантацию МСК, у всех пациентов (100%) произошло быстрое приживление трансплан-тата донора. Уровень лейкоцитов у детей, получив-ших МСК, нормализовался на 4–8 суток быстрее, а за-висимость от трансфузий тромбоконцентрата у 90% из них исчезала к 48-му дню (при стандартной тера-пии – только к 77-му).

Трансплантация собственной и донорской хря-щевой ткани ограничена возможностями ее изъятия и сохранения здоровой и жизнеспособной. Альтер-нативой является успешно применяемая технология репарации дефекта хряща сустава и получения ткани гиалинового хряща при имплантации пациенту ауто-логичных или аллогенных МСК в составе носителя. Она разработана совместно РНПЦ детской онколо-гии, гематологии и иммунологии и РНПЦ травмато-логии и ортопедии. Преимущества МСК – доступность источника клеток, высокий пролиферативный потен-циал, пластичность с предрасположенностью к диф-ференцировке в хондрогенном направлении; низкая иммуногенность. Эффективность нового метода лече-ния доказана результатами клинического испытания. После введения МСК у пациентов отмечается высокая степень регенерации хрящевого дефекта по данным МРТ-исследования, достоверное уменьшение болево-го синдрома, улучшение функционального состояния пораженного сустава.

Результаты экспериментов, проведенных РНПЦ дет-ской онкологии, гематологии и иммунологии, БГМУ и ГрГМУ, демонстрируют, что МСК костного мозга могут in vitro проходить процесс дифференцировки в гепатоцитоподобные клетки, обладающие морфо-логией и экспрессией генов, характерных для гепато-цитов. В условиях ограниченности донорских органов разработанный метод внутрипаренхимального введе-ния МСК в ткань печени под контролем УЗИ способ-ствует ингибированию фиброзирующих процессов в печени и снижению фиброзной ткани, стимулирует пролиферацию гепатоцитов. Клеточная терапия мо-жет рассматриваться как важный компонент лечеб-ных мероприятий, значимо улучшающих общий про-гноз и качество жизни пациентов с циррозом печени.

В лаборатории клеточной биотехнологии и ци-тотерапии Центра детской онкологии, гематоло-гии и иммунологии проведены эксперименталь-ные исследования способности МСК костного мозга дифференцироваться в нейрогенном направлении и анализ паракринной функции МСК секретировать нейротрофический фактор мозга, который стиму-лирует и поддерживает жизнеспособность, разви-тие и активность нейронов, а также восстанавли-вает афферентные и эфферентные функциональ-ные связи. Были подобраны условия для получения трансплантата нейроиндуцированных МСК и раз-работана схема двухэтапного введения клеток па-циентам с ДЦП. Последующее наблюдение за ними в Минском городском центре реабилитации детей с психоневрологическими заболеваниями и учены-ми кафедры детской неврологии БелМАПО показа-ло эффективность предложенной методики. Вклю-чение трансплантации МСК в комплексное лечение детей с ДЦП позволило в 2,3 раза повысить у них ди-намику моторных функций и в 2 раза – умственно- речевого развития.

Продолжаются клинические исследования по при-менению МСК в терапии пациентов с хронической об-структивной болезнью легких в рамках Государствен-ной программы «Здоровье народа и демографическая безопасность Республики Беларусь на 2016–2020 годы».

На базе Центра размещается Банк концентра-та стволовых клеток пуповинной крови, в котором хранится более 1300 единиц пуповинной крови. На-коплен собственный большой опыт терапии с по-мощью гемопоэтических и негемопоэтических СК, а также налажено тесное сотрудничество с другими национальными научно-практическими учрежде-ниями – Гродненским государственным медицин-ским университетом, БГМУ, РНПЦ онкологии и ме-дицинской радиологии имени Н. Н. Александрова, РНПЦ травматологии и ортопедии, РНПЦ пульмо-нологии и фтизиатрии. Растет число пациентов из-за рубежа, которым оказывается медицинская по-мощь с трансплантацией СК.

Наряду с расширением области применения репа-ративных свойств СК дальнейшие перспективы свя-заны с использованием генетически модифициро-ванных МСК в таргетной противоопухолевой тера-пии. Первое клиническое исследование (с участием пациентов с аденокарциномой желудочно-кишечно-го тракта) уже стартовало.



ХирургияЭффективное лечение инфицированных раневых

дефектов кожи и мягких тканей различного генеза – особенно длительно незаживающих ран и трофиче-ских язв – остается проблемной областью медицины. Поэтому идет постоянный поиск новых методов ле-чения, направленных на коррекцию локального па-тологического гомеостаза, санацию раневой инфек-ции, стимуляцию развития и созревания грануляци-онной ткани, а также на ускорение эпителизации тро-фических дефектов кожи. Тематические исследования в этом направлении были начаты в 2009 г. на 2-й ка-федре хирургических болезней БГМУ под руковод-ством члена-корреспондента НАН Беларуси Станис-лава Третьяка. Проводились они по трем ГНТП со-вместно с учеными Института физики им. Б. И. Степа-нова, Института биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси, НПК «Люзар», РНПЦ эпидемиологии и микробиологии.

В эксперименте поэтапно были отработаны ме-тодики эксплантации жировой ткани и кожного ло-скута, пригодных для выделения и культивирования как ММСК, так и фибробластов кожи (ФК) соответ-ственно; выбраны способы моделирования у лабора-торных животных (850 крыс) раневых дефектов (чи-стых, гнойных, с замедленной регенерацией), методы подготовки ран к выполнению локальной клеточной трансплантации (с локальным применением светоди-одной терапии – антибактериального светодиодного и фоторегуляторного воздействия); разработаны спо-собы доставки клеточных биопрепаратов (инъекци-онный и аппликационный). Результаты лечения оце-нивали с применением микробиологического и ги-стоморфологического методов, компьютерной пла-ниметрии. В процессе выполнения доклинических исследований была показана эффективность приме-нения как ММСК жировой ткани, так и ФК: отмечено ускорение появления полноценных грануляций в ра-не, увеличение скорости эпителизации, сокращение сроков полного заживления.

На основе полученных данных были разработаны методы комплексного лечения пациентов с трофиче-скими язвами ног: с локальным использованием ком-бинированной светодиодной фототерапии и биомеди-цинских клеточных продуктов.

Лечение включало несколько этапов: выполнение за-бора жировой ткани и/или кожного лоскута у пациента хирургическим способом – липэктомия; обогащение

клеточной массы in vitro (выделение МСК, их куль-тивирование); подготовка трофической язвы реци-пиента к клеточной трансплантации; выполнение локальной трансплантации аутоММСК и/или ФК; послеоперационное наблюдение.

Подготовка трофической язвы к клеточной транс-плантации и выращивание клеточного материала осу-ществлялись параллельно специалистами по клеточ-ным технологиям Института биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси и/или РНПЦ эпидемиоло-гии и микробиологии и хирургами, что позволяло по-лучать информацию как о состоянии язвенных дефек-тов, так и о степени готовности материала к трансплан-тации. Клеточные культуры подвергались типологи-ческому, микробиологическому и вирусологическому тестированию; использовались ММСК 3–4 пассажей.

Локальные трансплантации аутоММСК выполне-ны у 29 пациентов на 49 язвенных дефектах ног. Как правило, проводилась повторная клеточная пересадка. Нежелательных явлений не наблюдалось, что подтвер-дило безопасность технологии. У всех пациентов лече-ние завершилось стойким положительным эффектом. Наряду с заживлением раневого дефекта и полным восстановлением кожных покровов отмечалось улуч-шение всех показателей качества жизни: существен-ное снижение болевых ощущений, увеличение физи-ческой активности в повседневной жизнедеятельно-сти, снятие эмоционального дискомфорта.

Описанная методология является инновационной аль-тернативой в лечении трофических язв ног. Она может применяться как самостоятельная процедура для уско-рения процессов регенерации (как окончательный метод лечения), а также в сочетании с операциями, направлен-ными на коррекцию этиопатогенетических факторов.

В рамках выполнения совместных НИР внесено 13 рационализаторских предложений, получено три па-тента, Министерством здравоохранения Республики Беларусь утверждены три инструкции по применению: Метод лечения с использованием аутологичных мезен-химальных стволовых клеток из жировой ткани у па-циентов с трофическими язвами: рег. №093–0911 / сост. Е. В. Баранов, С. И. Третьяк, И. Д. Волотовский, Е. С. Ло-банок, И. Б. Василевич; Метод лечения пациентов с трофическими язвами и гнойно-воспалительны-ми заболеваниями кожи и мягких тканей с примене-нием фототерапевтического светодиодного комплек-са: рег. №143–1211 / сост. Е. В. Баранов, Г. А. Скороход, А. В. Буравский, А. В. Мостовников; Метод комплексного



лечения пациентов с длительно незаживающими рана-ми с применением локальной светодиодной фототера-пии и аутологичных культивируемых дермальных фи-бробластов: рег. №066–1016 / сост. С. И. Третьяк, Е. В. Ба-ранов, А. В. Буравский, И. Д. Волотовский, З. Б. Квачева, И. Б. Василевич. Сейчас на кафедре ведутся исследо-вания по возможности применения биокомпозиций и клеточных биопродуктов, в том числе СК, для лече-ния и профилактики спаечной болезни.

Представленные разработки позволяют обеспечить формирование сырьевой базы клеточной трансплан-тологии в стране, многократно увеличить эффектив-ность использования клеточного материала, прием-лемого для трансплантации, массово использовать клеточные трансплантаты в клинической практи-ке в комплексной терапии заболеваний внутренних органов, патологии нейроэндокринного характера, костно- суставного и мышечного аппарата, ран раз-личного этио патогенеза, существенно снизить стои-мость лечения.

СтоматологияСотрудники кафедры ортопедической стомато-

логии и ортодонтии с курсом детской стоматологии БелМАПО под руководством доктора медицинских наук, профессора Сергея Рубниковича совместно с учеными Института биофизики и клеточной инжене-рии НАН Беларуси изучают эффективность клеточ-ных технологий в рамках проекта по разработке био-трансплантата на основе МСК жировой ткани, им-мобилизованных на биодеградируемом носителе, для применения в лечении болезней периодонта.

Экспериментальная часть исследования по исполь-зованию аутологичных МСК для лечения рецессии дес-ны проведена на базе ЦНИЛ БелМАПО в соответствии с регламентированными требованиями к эксперименту. В качестве модели использовали 60 нелинейных ран-домбредных беспородных самок белых крыс, которых разделили на 5 групп в зависимости от планируемого метода лечения, по 10 особей в каждой. Контрольную группу составили 10 лабораторных животных со здоро-вой десной – интактных. Предварительно у одной осо-би в стерильных условиях производили забор 1–2 мл жировой ткани для получения аллогенных МСК. Их выделение и культивирование осуществляли в лабо-раторных условиях в Институте биофизики и клеточ-ной инженерии. Животным с экспериментально смоде-лированной рецессией десны в группе I не выполняли

никаких лечебных манипуляций. В группе II в область рецессии инъекционно вводили физиологический рас-твор, в группе III – стерильный биопластический кол-лагеновый материал «Коллост®» (7% гель, ООО «Ниар-медик плюс») в эквивалентном объеме, в группе IV – суспензию алло-МСК в физиологическом растворе, в группе V – смесь алло-МСК и материала «Коллост» в эквивалентном объеме (в 0,1 мл смеси одной особи вводилось 100 тыс. МСК жировой ткани). Сравнитель-ный анализ результатов патоморфологических и мор-фометрических исследований показал, что инъекции суспензии клеточного трансплантата на материале «Кол-лост» привели к значительному достоверному улуч-шению регенерации тканей периодонта через 28 дней.

Клинические исследования осуществлялись с уча-стием 63 человек в возрасте 20–34 лет с диагнозом «ре-цессия десны». Были получены одобрение комиссии по этике о внедрении метода лечения этой патологии с использованием клеточного трансплантата в клини-ческую практику в соответствии с Хельсинской декла-рацией Всемирной медицинской ассоциации, а также добровольное информированное согласие всех паци-ентов на операцию по забору жировой ткани. В зави-симости от способа восстановления уровня десны па-циенты были распределены на две группы. В 1-й при-меняли только традиционную консервативную перио-донтологическую терапию, во 2-й – дополнительно назначали инъекции клеточного трансплантата на ос-нове смеси ауто-МСК и материала «Коллост» (рис. 3).

Анализ итогов клинических исследований свиде-тельствует, что включение в комплекс лечебно-про-филактических мероприятий предложенного ме-тода клеточной терапии по сравнению с группой

Рис. 3. Десна пациентки с диагнозом «рецессия десны» до (А) и после (Б) комплексного лечения с применением смеси ауто-МСК жировой ткани с коллагеновым гелем 7%

А Б



с традиционным лечением достоверно уменьшает распространенность (в 1,8 раза, р<0,001) и интенсив-ность рецессии десны (в 2,6 раза, р<0,001), улучшает процессы микроциркуляции. Комплексная оценка со-стояния периодонта показала, что через 1–2 года после лечения хорошее состояние было лишь у 16,7% паци-ентов 1-й группы (стандартный лечебный комплекс), и у 94% пациентов 2-й группы (с использованием сме-си ауто-МСК жировой ткани с коллагеновым гелем 7%) (рис. 3). Полученные результаты подтверждают необ-ходимость применения мероприятий, направленных на улучшение микроциркуляции тканей периодонта и восстановление контура маргинальной десны.

Положительные итоги данного эксперименталь-но-клинического исследования позволили предло-жить для внедрения в практическое здравоохранение новый метод лечения патологии десны. Министер-ством здравоохранения Республики Беларусь утвер-ждена инструкция по применению №048–0518 «Ме-тод лечения рецессии десны с использованием смеси ауто логичных мезенхимальных стволовых клеток жи-ровой ткани с коллагеновым гелем 7%» (учреждения- разработчики: БелМАПО, БГМУ, Институт биофизи-ки и клеточной инженерии НАН Беларуси).

Перспективы клеточной терапии и нейросетевых технологий

Во всем мире, включая Беларусь, постоянно идет по-иск эффективных способов восстановления функций головного мозга, в последнее время – в области клеточ-ной биологии и нейрофизиологии. Немаловажную роль в разработке новых методик клеточной терапии сыграли исследования сотрудников Института физио логии НАН Беларуси и нейрохирургов РНПЦ неврологии и нейро-хирургии. Коллектив ученых под руководством акаде-мика Владимира Кульчицкого и члена- корреспондента Юрия Шанько сумел за последние несколько лет адапти-ровать клеточные технологии для лечения социально значимых заболеваний мозга на базе нескольких кли-нических центров страны – РНПЦ неврологии и ней-рохирургии, МНПЦ хирургии, трансплантологии и ге-матологии, Городской клинической больницы скорой медицинской помощи Минска. Пройден сложный пе-риод научного обоснования перспективности приме-нения клеточных технологий в клинической практи-ке. В настоящее время в лечебных учреждениях Респу-блики Беларусь начинается этап периневральной им-плантации стволовых клеток, которая обладает рядом

преимуществ по сравнению с их традиционными си-стемными аппликациями (внутривенно, внутриарте-риально, в ликворопроводящую систему мозга).

В научных статьях наряду с обнадеживающими результатами отмечаются негативные реакции при применении клеточных технологий. Так, белорусски-ми учеными установлены побочные эффекты систем-ного введения СК при инсультах и травмах головного мозга. Обнаружено, что при внутривенном и внутри-артериальном введении эти клетки обладают крайне низкой способностью преодолевать гематоэнцефаличе-ский барьер и проникать из сосудистого русла в ткань мозга. При введении в ликвор возникает иная слож-ность, которая обусловлена затруднением перемеще-ния СК против кранио-каудального тока ликвора. Для преодоления этих недостатков нейрохирурги осущест-вляют имплантацию СК непосредственно в ткань моз-га, но эти манипуляции сопряжены с дополнительным оперативным вмешательством (трепанация черепа), что нежелательно в остром периоде развития заболевания.

Своеобразным выходом из сложившейся ситуа-ции стала разработка методик периневральной ми-грации мезенхимальных СК в мозг, которые отлича-ются от общепринятых хирургических манипуляций. Предложен соматотопический способ введения МСК для осуществления целенаправленного их перемеще-ния в конкретный участок головного мозга. Так, при развитии инсульта в передней и средней черепных ямках используют интраназальное периневральное введение клеток, как правило, в границах верхней но-совой раковины через систему обонятельных нервов. При локализации деструктивного очага в задней че-репной ямке целесообразно осуществлять инъекцию МСК в области окончаний тройничного нерва в ниж-ней носовой раковине или непосредственно в про-странство Меккеля, где расположен ганглий Гассера тройничного нерва.

Имплантация МСК в подслизистую оболочку по-лостей носа выбрана в силу минимизации побоч-ных эффектов для пациента и простоты выполнения этой манипуляции для нейрохирурга. Учтена способ-ность МСК к периневральной миграции. Кроме того, в пользу введения МСК именно в рецептивное поле обонятельного нерва свидетельствует присутствие стволовых обонятельных клеток в слизистой оболоч-ке полости носа. Поскольку центральные структуры обонятельного анализатора находятся в передней че-репной ямке, было предположено, что основная масса



имплантированных МСК будет концентрироваться именно там, что и подтвердилось (рис. 4). Таким об-разом, с учетом высокой плотности окончаний обоня-тельного нерва в области верхней и отчасти средней носовой раковины рекомендовано введение суспен-зии МСК в мягкие ткани именно в эти области носа. Результаты использования метода на лабораторных животных представлены на рис. 4А. В других участ-ках мозга в указанном временном интервале обнару-жены единичные МСК (рис. 4В). При введении МСК в окончания тройничного нерва отмечено распреде-ление флуоресцирующих клеток в месте травмы в зад-ней черепной ямке (рис. 4D). В области передней череп-ной ямки выявлены лишь единичные клетки (рис. 4С).

Эксперимент в очередной раз продемонстриро-вал соматотопический принцип распределения МСК в участках повреждения головного мозга в зависимо-сти от локализации в нем центральных «станций ана-лизаторов» (определение И. П. Павлова). У обонятель-ного нерва такая станция расположена в передней че-репной ямке, у тройничного – в задней.

В процессе выполнения совместных исследова-ний ученых НАН Беларуси с нейрохирургами РНПЦ неврологии и нейрохирургии в клинических услови-ях получены дополнительные факты, свидетельству-ющие о целесообразности учитывать соматотопиче-ский принцип миграции МСК в полость черепа по-сле их имплантации в зоны окончаний черепно-моз-говых нервов.

Периневральная имплантация МСК сопровожда-ется активацией репаративного потенциала эндоген-ных СК. В головном мозге обнаружено три участка, в которых присутствуют специальные пулы СК: об-ласть обонятельных луковиц, гиппокамп и структу-ры головного мозга вблизи желудочков мозга. К со-жалению, при развитии нейродеструктивных про-цессов, болезни Паркинсона, Альцгеймера у эндо-генных стволовых клеток не хватает репаративного потенциала для восстановления нарушенных функ-ций нервной системы. В этих ситуациях на помощь приходят клеточные технологии, включающие пери-невральную имплантацию аутологичных СК, взятых из жировой ткани самого пациента. Они мигриру-ют вдоль нервных волокон с периферии до нервных ядер в головном и спинном мозге и выделяют раз-нообразные трофические факторы, которые благо-творно влияют на функции клеток вблизи травмы, а также на активность эндогенных СК мозга.

Клеточные методики не всегда являются панацеей. Необходимо продолжить поиск других подходов в те-рапии, например можно комбинировать клеточные тех-нологии и создание нейросетевых структур в 3D-про-странстве. Такое сочетание позволяет осуществлять биопринтирование: в специальном геле формируется популяция нейроноподобных элементов, которые уста-навливают контакты друг с другом, и в 3D-простран-стве геля образуется нейронная сеть, напоминающая реальную нейросетевую структуру мозга. На базе ла-боратории нейрофизиологии Института физиологии НАН Беларуси сотрудники кафедры биофизики БГУ сконструировали биопринтер, с помощью которого реально формировать нейросетевые структуры. Кле-точные технологии выходят на новый, популяцион-ный уровень, когда не только отдельные СК, а нейро-сети будут основой для проведения реконструктив-ных операций с целью восстановления участков моз-га с обширными нейродеструктивными процессами.

Таким образом, сегодняшний день можно назвать революцией в исследовании возможностей примене-ния стволовых клеток в медицине, о чем свидетель-ствуют более 4800 зарегистрированных клиниче-ских испытаний (в том числе проводимых и в Бела-руси), призванных оценить терапевтический потен-циал этих клеток.

Рис. 4. Флуоресцирующие мезенхимальные стволовые клетки через три недели после повреждения головного мозга в соматосенсорной зоне (А) и в области мозжечка (D). A, B – последствия интраназальной апплика-ции МСК; C, D – последствия введения МСК в пространство МеккеляИсточник: Kulchitsky V., Zamaro A., Shanko Y., Koulchitsky S. Positive and negative aspects of cell technologies in cerebral diseases // J. Neurol. Stroke. 2018. Vol. 8 (2). P. 87–88.




ОТДЕ

ЛЕНИ

Е АГР

АРНЫ

Х НАУ

КИнститут плодоводства НПЦ НАН Беларуси по картофеле-водству и плодо-овощеводству – одно из старейших научных учреждений, в котором ведется активная работа по селекции плодово- ягодных культур.

Фото Дарьи Пронько

УСПЕХИ НАУЧНОГО ПЛОДОВОДСТВА

Зоя Козловская,

завлабораторией генетических ресурсов плодовых, орехоплодных культур и винограда

Института плодоводства, доктор сельскохозяйственных наук,

профессор

ИСТОКИ И РАЗВИТИЕ

Большой вклад в развитие науч-ного плодоводства и белорусского садоводства сделали известные уче-ные-помологи, уроженцы Беларуси академик В. В. Пашкевич и профес-сор А. С. Гребницкий, которые изу-чали сортимент садов нашей страны. Гребницкий внес свою лепту в под-готовку первого русского издания широко известного двухтомника Н. Гоше «Руководство по плодовод-ству» (СПб., 1889).

Книга В. В. Пашкевича «Плодо-вое сортоведение, или Помология на новых началах» (1911) открыла новые подходы к сортоизучению плодовых культур. Высокую оценку ей дал И. В. Мичурин. В советский период были изданы также капи-тальные труды Пашкевича «Общая помология, или Учение о сортах плодовых деревьев» (1930), «Сорто-изучение и сортоводство плодовых деревьев» (1933) и др. Ученым бы-ло опубликовано свыше 270 работ по садоводству, плодоводству и ого-родничеству. К сожалению, многие из них остались незамеченными, а вклад исследователя в развитие отечественного садоводства долго замалчивался.

С образованием БССР, с объяв-лением новой экономической поли-тики в 1921 г. рост сельского хозяй-ства приобрел положительную ди-намику. После принятия Земельно-го кодекса в 1925-м и установления кредитования оживилось сельско-хозяйственное производство – ста-ли создаваться кооперативы, в том числе садово-огородные.

В начале 1920-х не было действу-ющих питомников размножения плодовых культур, необходимых


для закладки новых насаждений. Перед учеными стояла задача по восстановлению разрушенных и организации новых плодовых питомников. В результате прове-денной организационной рабо-ты по инициативе профессора В. В. Пашкевича и при активном содействии академика Н. И. Вавило-ва 10 октября 1925 г. было открыто Белорусское отделение Всесоюзно-го института прикладной ботани-ки и новых культур им. В. И. Ленина (с 1930 – Всесоюзный институт рас-тениеводства (ВИР) ВАСХНИЛ) в Лошице-1 – усадьбе бывшего име-ния Е. Прушинского c богатым со-ртами и плодовыми породами са-дом. Эта дата ознаменовала но-вый этап в развитии садоводства

Беларуси и основание научно-го исследовательского учрежде-ния в данной области – Институ-та плодоводства.

Появились широкие возможно-сти для развития садоводства. Мо-лодые сотрудники Белорусского от-деления ВИР Эмма и Алексей Сю-баровы и другие под руководством В. В. Пашкевича исследовали многие плодовые насаждения нашей страны. В этот же период под руководством профессора М. И. Бурштейна сту-дентами БСХА был изучен ряд рай-онов Могилевской, Минской и Го-мельской областей. Сравнительный анализ и оценку готового сорто-вого материала проводили по ос-новным хозяйственно-биологи-ческим признакам и свойствам:

зимостойкости, продуктивности, потребительским и товарным каче-ствам урожая, устойчивости к вре-дителям и болезням, сроку созрева-ния, лежкости плодов, пригодности для технической переработки, а так-же фазе развития и морфологиче-ским признакам. Эталонами эко-логической устойчивости служили сорта яблони Антоновка обыкно-венная, Грушовка московская, Бо-ровинка, Коричное полосатое, Па-пировка, Осеннее полосатое. Были выделены лучшие разновидности из местного сортимента для размно-жения и широкого внедрения в но-вые производственные насаждения.

Под руководством В. В. Пашкеви-ча А. Е. и Э. П. Сюбаровыми в 1928 г. был заложен помологический сад

Н.И. Вавилов

В.В. Пашкевич перед посадкой сада на родине в с. Горутишки, 26.04.1910 г.

В.В. Пашкевич

На выставке плодов в Минске, 2-й справа – профессор В.В. Пашкевич

А.С. Гребницкий

Практические занятия в Белорусском отде-лении ВИРа под руководством профессора В.В. Пашкевича (справа), весна 1930 г.



яблони, состоящий из местных и сортов селекционных научных учреждений России, западноев-ропейских и североамериканских, а также диких форм и видов ябло-ни. Уже к 1932-му собрали более 500 сортообразцов яблони из 37 стран мира. На протяжении многих лет этот сад был наиболее богатым по разно образию сортов, форм и ви-дов плодовых пород на территории Беларуси. Черенки лучших сортов рассылались не только по запросам белорусских садоводов, но и во мно-гие регионы Советского Союза.

В 1932 г. на основании иссле-дований было проведено первое породно-сортовое районирова-ние плодовых и ягодных культур по природно-экономическим са-довым зонам (А. Е. Сюбаров и др., 1960). На территории БССР (вос-точная часть Беларуси) в соответ-ствии с климатическими условиями были условно обозначены три зоны садоводства: северная, центральная и южная, при этом две последние разделялись на западную и восточ-ную подзоны. Основополагающи-ми характеристиками при дробле-нии на садовые зоны были суммы

активных температур (учитыва-лись зимние минимальные темпе-ратуры и их продолжительность) и длина вегетационного периода. Ве-дущей плодовой породой определи-ли яблоню, которой отводили 80% от всех плодовых насаждений. Ос-новные рекомендуемые сорта со-хранялись в стандартном сорти-менте на протяжении почти 30 лет.

Тщательное изучение существу-ющих сортов и форм показало, что далеко не всегда можно найти тре-буемые сорта в готовом виде. Была поставлена задача создания новых высокоадаптивных сортов и гибри-дов для почвенно-климатических условий Беларуси. Так, еще до Вели-кой Отечественной войны гибрид-ный фонд составлял более 32 тыс. сеянцев и позволил выделить элит-ные формы для первичного изуче-ния в помологическом саду. В ре-зультате межсортовых скрещива-ний удачно подобранных исходных форм было выведено высокозимо-стойкое потомство.

23 февраля 1931 г. Постановле-нием Совнаркома БССР на базе отделения Всесоюзного института растениеводства в Лошице-1 была

создана Белорусская зональная опытная станция плодоовощного хозяйства, которая вошла в состав Наркомзема БССР. Во второй поло-вине 1930-х гг. она имела уже доста-точно разветвленную структуру. Исследования по селекции и сорто-изучению плодовых культур прово-дили А. Е. и Э. П. Сюбаровы, по се-лекции и сортоизучению ягодных культур – А. Г. Волузнев, по агротех-нике плодовых и ягодных культур, питомниководству – Г. А. Шпонько

Э.П. и А.Е. Сюбаровы

Здание Белорусского отделения Всесоюзного института прикладной ботаники и новых культур – ВИПКиНК (ВИР) в Лошице-1


ПЛОДОВОДСТВО

и А. Г. Дущинская, по защите от вре-дителей и болезней – Т. Т. Безденко и Н. Ф. Манько, хранению и перера-ботке – Ф. М. Воробей, агрохимии почв – М. П. Сапун. Итогом плодо-творной работы опытной станции в довоенный период стало издание «Агроуказания по плодово-ягодным и овощным культурам в Белорус-ской ССР на 1939–1940 гг.» (Минск, 1940). В 1939–1940 гг. станция уча-ствовала во Всесоюзной сельско-хозяйственной выставке в Москве.

Опытные сады в Лошице (помо-логический и гибридный) удалось сохранить в тяжелые военные годы, что позволило к началу 1950-х пере-дать в производственное испытание первые белорусские сорта. В пери-од с 1925 по 1958 г. было получено 44 новых сорта: яблони – 12, гру-ши – 7, сливы – 7, вишни – 6 и че-решни – 12. В 1954-м, в послевоен-ное время восстановления плодо-водства, был доработан и уточнен стандартный сортимент плодовых и ягодных культур для всей терри-тории Беларуси по основным поч-венно-климатическим зонам, вы-деленным как производственные садовые области. Ведущими, прак-тически без изменений, оставались сорта из перечня районированных в 1932 г. Существенные коррективы в него внесли в 1967-м: были прак-тически исключены многие народ-ные и мичуринские, а взамен добав-лены новые белорусской селекции.

ИНСТИТУТ КАК МОЩНЫЙ ИМПУЛЬС

30 августа 1956 г. приказом Министерства сельского хозяй-ства БССР №236-К на базе Бело-русской плодоовощной опытной станции Министерства сельского хозяйства БССР и Русиновичской

овощекартофельной селекционной станции Министерства промыш-ленности продовольственных това-ров БССР был создан Белорусский научно-исследовательский инсти-тут плодоводства, овощеводства и картофелеводства (БелНИИПОК). Его комплексные изыскания содей-ствовали созданию значительного объема гибридных фондов, из кото-рых были выделены 51 новый сорт плодовых культур и 24 ягодных для закладки садовых насаждений Бела-руси в начале 1960-х.

В 1964-м Институт перебазиро-вали в пос. Самохваловичи Мин-ского района Минской области, где он на протяжении уже более 50 лет успешно развивает науч-ные основы отрасли плодоводства. Были углублены и расширены ис-следования по теоретическим ос-новам и методам селекции под ру-ководством Э. П. и А. Е. Сюбаро-вых (плодовые культуры), а также А. Г. Волузнева (ягодные культу-ры). Экспериментальный мутаге-нез и цитоэмбриологическое изу-чение плодовых и ягодных культур проводила Г. А. Амбросова (Бав-туто) (1962); в дальнейшем под ее руководством было развито це-лое направление цитогенетиче-ских исследований по плодовым и ягодным культурам, создана на-учная школа. В изучение процес-са опыления и оплодотворения плодовых культур значительный вклад внесли В. А. Матвеев (1968), Р. М. Сулимова (1972), М. П. Малю-кевич (1981), Н. В. Кухарчик (1990); ягодных культур – Г. П. Раинчико-ва (1971), Н. А. Зазулина (1982). Во-просы частной генетики, вклю-чающие изучение наследования биологических и хозяйственных признаков, решали на примерах разных культур Н. И. Михневич

(1966), Э. В. Ваверова (1969), Г. К. Ко-валенко (1971), Е. В. Семашко (1982), З. А. Козловская (1985), М. Г. Мялик (1987), А. В. Пантеев (1990), Евдо-кименко (1992). Темой размноже-ния новых сортов и культур зани-мались Н. С. Тихоновский (1961), Н. М. Здоровцов (1964), К. С. Здо-ровцова (1982). Весомую лепту в се-лекцию на устойчивость к болез-ням внесли иммунологические ис-следования под руководством ака-демика Н. А. Дорожкина научных сотрудников Л. В. Бондарь (1966), Н. А. Коноваловой (1977), В. Т. Ко-ноныхиной (1982), М. И. Вышин-ской (1984), А. М. Шипилькевич (Дмитриевой) (1987).

В 1957 г. отдел технологии пло-довых культур Института возгла-вил А. С. Девятов – доктор сельско-хозяйственных наук, профессор, действительный член Нью-Йорк-ской академии наук и Американско-го общества садоводческой науки, который стал основоположником систематизированного широкого изучения и разработок агротех-нических приемов и механизации процессов в плодоводстве. Под его руководством проводились иссле-дования по изучению корневой си-стемы плодовых культур – ябло-ни, груши, сливы, вишни, череш-ни, что позволяло определиться с конструкцией сада, рассчитать плотность размещения деревьев. Конструкции плодовых насажде-ний, системы формирования де-ревьев в зависимости от силы роста привойно-подвойных комбинаций и схемы размещения разрабатыва-лись в соответствии с климатиче-скими особенностями Беларуси: по-ступлением солнечной радиации, водным и воздушным режимами на различных почвах. Проведена оценка и выявление оптимальной



системы содержания почвы в при-ствольных полосах и междурядьях сада. Были разработаны методы по-лучения стабильных урожаев пло-дов высокого качества, приемы уве-личения сроков хранения и сниже-ния потери их от болезней во время хранения, а также способы улучше-ния питания плодовых растений, что нашло отражение в 23 диссер-тационных работах и более 400 пу-бликациях, включая зарубежные. Кроме этого, в 1980-е в отделе пи-томниководства решались вопро-сы удобрения и орошения садов (В. Н. Балобин, Р. Ф. Матвеева).

Быстрорастущее товарное садо-водство и создаваемые предприя-тия перерабатывающей промыш-ленности в Беларуси определи-ли потребность в исследованиях по хранению и переработке пло-дов и ягод на научной основе. Из-учение способов хранения, био-химических и физиологических процессов в плодах в хранили-щах с естественным охлаждением и специальным холодильным обо-рудованием позволило разрабо-тать оптимальные температурные

и влажностные режимы хранения как для плодовых – яблони, гру-ши, сливы, так и для ягодных куль-тур – черной и красной смородины, клюквы крупноплодной (Д. К. Ша-пиро, В. Ф. Савченко, В. А. Радюк и др.). С целью снижения потерь при хранении было изучено боль-шое количество препаратов после-уборочной обработки яблок, а так-же определены оптимальные сроки уборки на основе анализа метео-рологических показателей, роста и развития плодов – прироста мас-сы и размера, твердости мякоти, содержания сухих веществ, дина-мики разложения крахмала в пред-уборочный период (А. К. Соколова, И. В. Ярошевич и др.).

В процессе исследований вы-полнена оценка пригодности бело-русских сортов плодовых косточ-ковых (сливы, вишни, черешни) и ягодных культур (черной смороди-ны, земляники, крыжовника) для замораживания россыпью и в са-харном сиропе, использования в новых видах замороженной про-дукции (Д. К. Шапиро, В. Ф. Сав-ченко и др.). С целью изыскания новых видов сырья в созданном опытно-экспериментальном цехе отдела хранения и переработки, организованном в 1957 г. в содру-жестве с Центральным ботаниче-ским садом АН БССР, проведено химико-технологическое сорто-испытание как плодов и ягод в све-жем виде, включая малораспро-страненные культуры (аронию чер-ноплодную, облепиху, шиповник, жимолость, барбарис, боярышник, голубику, клюкву крупноплодную), так и продуктов их переработки – соков, компотов, вин, консервов. Выполнены масштабные исследо-вания по определению биологиче-ски активных веществ в процессе

селекции и интродукции традици-онных и теплолюбивых культур – абрикоса, винограда, ореха грец-кого (Р. Э. Лойко, Т. С. Ширко и др.).

ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Новейшая история развития плодоводства в нашей стране берет начало с момента обретения неза-висимости Республикой Беларусь. Зародившиеся контакты позволи-ли заявить и о наших разработках, заключать многочисленные меж-дународные контракты по обмену визитами специалистов, генетиче-ским материалом, организовывать стажировки для молодых сотрудни-ков. В 1993 г. в Институте плодовод-ства состоялось Межгосударствен-ное координационное совещание под руководством А. С. Девятова, в котором приняли участие ученые Польши, Литвы, Латвии, России, Украины. Был разработан проект по международному экологическо-му испытанию привойно-подвой-ных комбинаций, что послужило реальным стимулом для прогрес-са в плодоводстве Беларуси.

С принятием Республиканской программы развития плодовод-ства на 1997–2000 гг. отмечается динамика роста отрасли. Продол-жение работы воплотилось в реа-лизации Государственной целе-вой программы «Плодоводство» на 2004–2010 гг. и Государственной комплексной программы «Развитие картофелеводства, овощеводства и плодоводства» на 2011–2015 гг. Благодаря ним стало возрождать-ся научное плодоводство в Гомель-ской и Могилевской областях, где в начале 1990-х научные исследо-вания практически не проводи-лись. Хочется отметить активную

А.С. Девятов



работу по плодоводству в Гомель-ской ОСХОС НАН Беларуси, ор-ганизованную по инициативе ака-демика В. Г. Гусакова. За короткий промежуток времени были соз-даны питомники оздоровленно-го посадочного материала плодо-вых и ягодных культур, заложены опытные и производственные сады, а также виноградник. На высоком уровне работают сотрудники отде-лов садоводства Брестской ОСХОС и Гродненского ЗНИР, у которых учатся опытному делу многие на-чинающие садоводы. Сформирова-лось сообщество садоводов страны, которое впоследствии было реор-ганизовано в ассоциацию «Белсад-питомник», активно работающую и в настоящее время.

Благодаря научной базе, создан-ной предшествующими поколени-ями, в рамках научного обеспече-ния отрасли сотрудникам Инсти-тута плодоводства удалось разра-ботать новые методы производства посадочного материала (С. А. Гад-жиев, 1997; И. Е. Жабровский, 1997; В. А. Самусь и др., 2013), беспереса-дочную технологию выращивания спуровых и колонновидных сортов яблони (Т. П. Грушева, 2016), стан-дарты и организационно-техноло-гические нормативы выращивания

посадочного материала плодовых и ягодных культур (В. А. Самусь и др. 2013). Созданы современные системные подходы к апробации сортов и подвоев плодовых и ягод-ных культур, обеспечивающие на-дежный контроль сортовой чисто-ты насаждений (2016).

Выход исследований в области размножения плодовых и ягод-ных культур на современный уро-вень стал возможен с образовани-ем в 1990 г. лаборатории биотехно-логии, реорганизованной в 2001-м в отдел, руководителем которо-го с 1993 г. является Н. В. Кухар-чик. Отдел провел ряд ориентиро-ванных фундаментальных и при-кладных исследований. Выполнена оценка перспектив использова-ния ионообменных субстратов для адаптации плодовых и ягодных культур при размножении in vitro (М. С. Кастрицкая, 1997; Е. В. Кол-банова, 2003; С. Э. Семенас, 2004; Н. В. Кухарчик, 2006; Т. А. Красин-ская, 2009; Н. Н. Волосевич, 2011). Установлен видовой состав и рас-пространенность вирусов в наса-ждениях хмеля в Беларуси, созда-ны технологические приемы по-лучения его посадочного мате-риала в культуре in vitro и ex vitro (О. А. Гашенко, 2018). Разработаны

и оптимизированы способы ди-агностики, определены молеку-лярная характеристика изолятов и видовая идентификация фито-плазменных патогенов в насажде-ниях груши (2017). Воплощены в жизнь проекты по выращива-нию сортов голубики, брусники, клюквы in vitro и оздоровленных маточных растений в 2016–2018 гг., международные проекты с Молдо-вой по выявлению шарки на сли-ве, а также потенциала растений винограда, свободных от вирусов в культуре, в условиях in vitro и ex vitro (2018). Реализуется ряд про-грамм по технологии производства одно- и двухкомпонентного поса-дочного материала трудноразмно-жаемых плодовых и ягодных куль-тур, оздоровленных от системных патогенов, in vitro, основным ре-зультатом которых являются реко-мендации по размножению in vitro сортов сливы белорусского сор-тимента. Проведена мобилизация современных биотехнологических методов для диагностики и иденти-фикации вирусных патогенов брус-ничных культур в Беларуси (2017).

Садовым конструкциям интен-сивного сада посвящена работа сотрудников отдела технологии плодоводства – Н. Г. Капичнико-вой, И. С. Леонович, Т. В. Рябцевой, Н. В. Игнатковой, Е. С. Боровик и др. Многолетнее изучение клоновых подвоев в качестве стволовых вста-вок (1980–2007) показало целесо-образность выращивания садов, заложенных трехкомпонентными саженцами, что позволяет полу-чать высокие урожаи, а возделы-вание таких садов не требует до-рогой опоры в виде шпалеры. Ре-зультаты использованы при разра-ботке отраслевых технологических регламентов производства плодов

Профессор Ф. Фукуда (Окаяма, Япония), А. Девятов и А. Садовски (Варшава, Польша) в саду БелНИИ плодоводства



яблони (2007), сливы (2008), виш-ни (2009), груши и черешни (2010), которые применяются при созда-нии проектов по закладке садов. Соблюдение требований отрас-левого регламента возделывания яблони обеспечивает получение урожая высококачественной пло-доводческой продукции на уров-не 25–30 т/га, груши – 18–20, сли-вы – 15–20, вишни – 10–12, череш-ни – 12–14 т/га. Рентабельность при этом составляет 174–220% в зависи-мости от культуры, а срок окупае-мости капитальных вложений – 2,1–2,2 года товарных плодоношений яблони и груши, 0,9–1 – для сливы, 1,1–1,4 – для черешни.

Совместно с Центральным бо-таническим садом НАН Беларуси реализован международный про-ект по изучению влияния некорне-вого внесения удобрений на содер-жание пищевых аллергенов в пло-дах яблони основных промышлен-ных сортов отечественной селекции. Основным результатом исследова-ний является обнаружение источ-ника признака гипоаллергенности сорта яблони Надзейны, что пред-ставляет интерес для использова-ния последнего в диетологии (2017).

Впервые разработаны рекомен-дации по фертигации (О. В. Емелья-нова, 2018) и рекомендации по ко-личеству пчелосемей для получе-ния стабильных урожаев малины ремонтантной, предназначенной для производства десертной про-дукции (Д. К. Рахматулин, 2017).

Большая работа проведена от-делом хранения и переработки Института плодоводства под на-учным руководством Р. Э. Лойко, М. Г. Максименко, А. М. Криворо-та, Д. И. Марцинкевича. Новейши-ми достижениями являются: опре-деление видового состава и роли

фитопатогенных микроорганиз-мов в формировании потерь яблок промышленных сортов при хране-нии; разработка способов сокра-щения потерь плодовой продук-ции при хранении и реализации; химико-технологическая оценка малораспространенных плодово- ягодных культур для производства безалкогольных сокосодержащих напитков (2016–2018).

Проведена большая работа по интродукции новых для Бела-руси генотипов из разных регионов мира. Богатство видового и сорто-вого состава генетических коллек-ций плодовых, ягодных, орехоплод-ных культур оценено по достоин-ству – признано национальным до-стоянием (постановление Совета Министров Республики Беларусь от 14.12.2012 г. №1152). Отмечена по-ложительная динамика пополнения базовых коллекций: по состоянию на 01.03.2018 г. коллекции плодо-вых, орехоплодных культур и ви-нограда Института плодоводства насчитывали 5582 образца, в том числе 3426 – плодовых (из них 1477 – яблони, 721 – груши, 53 – айвы, 400 – сливы, 318 – вишни, 271 – череш-ни, 156 – абрикоса, 30 – персика); 248 – орехоплодных (в том числе 72 – ореха грецкого, 176 – лещины, 510 – винограда); 1398 – ягодных (среди которых 183 – земляники са-довой, 213 – смородины черной, 80 – смородины красной, 12 – смороди-ны золотистой, 314 – крыжовника, 88 – малины, 17 – ежевики, 19 – хе-номелеса японского, 54 – актини-дии, 2 – барбариса, 39 – боярыш-ника, 36 – бузины, 109 – жимолости, 14 – ирги, 36 – калины, 50 – кизила, 2 – лимонника китайского, 7 – гуми (лоха многоцветкового), 56 – обле-пихи, 28 – рябины садовой, 12 – аро-нии черноплодной, 2 – черемухи,

15 – шиповника, 1 – шелковицы, 1 – унаби, 2 – дерезы); введены новые ягодные культуры: княженика – 5 образцов, азимина – 1.

Селекция плодовых культур – длительный процесс. В прежние го-ды до 40 лет уходило на создание со-рта яблони, а груши – и того больше. Разработана новая селекционная программа, которая посредством применения фитопатологических методов, прививки на клоновых карликовых подвоях при совмеще-нии двух этапов собственно селек-ционного процесса и первичного изучения, а также использования диагностики морозостойкости с по-мощью прямого промораживания и биохимического метода позволя-ет сократить селекционный про-цесс до 12–14 лет (З. А. Козловская, Е. Н. Бирюк, С. А. Ярмолич, Т. А. Га-шенко, В. В. Васеха, Ю. Г. Кондрате-нок, И. Г. Полубятко). Исследованы биологические особенности нового исходного материала и сор тов но-вого поколения земляники садовой (Н. В. Клакоцкая, 2010), вишни и че-решни (А. А. Таранов, 2010), груши (О. А. Якимович, 2009). Созданы со-рта яблони нового поколения: Кра-савита, Нававита, Сакавита, Акса-мит, Паланэз, декоративные – Верас и Карунак для зеленого строитель-ства. Выделены лучшие клоны сре-ди сортов яблони народной селек-ции: Антоновка Белсад, Папировка Белсад, Штрифель Белсад, поздний сорт груши Завея и другие. Реали-зован международный проект с Ру-мынией по биологическим аспек-там селекции подвоев косточковых и орехоплодных культур и новым методам их размножения (2014–2016). Положено начало развитию ореховодства в Беларуси: заложен первый сад фундука в Молодечнен-ском районе на площади 5 га (2018).



Впервые в Беларуси и странах СНГ разработаны молекулярные методы идентификации сортов и ДНК-технологии для ускорения селекционного процесса плодовых культур (О. Ю. Урбанович, З. А. Коз-ловская, Н. А. Картель). Молеку-лярный анализ гибридного фонда, созданного в Институте, позволил выявить генотипы, устойчивые не только к болезням, но и к вреди-телям – красногалловой тле и клещу (О. Ю. Урбанович, З. А. Козловская). Организованная в 2016-м г. ПЦР- лаборатория Института плодовод-ства позволяет выполнять селекци-онно-генетические исследования плодовых и ягодных культур на со-временном мировом уровне. Также завершается реализация проекта по созданию сорта яблони с ком-плексом хозяйственно-ценных при-знаков с применением MAS-метода в рамках программы «Наукоемкие

технологии и техника». Ведется раз-работка молекулярно-генетиче-ских паспортов сортов плодовых культур, которых уже изготовлено более 500.

Реализованы проекты и про-должаются исследования по оцен-ке и отбору исходного материала плодовых культур и создаваемых гибридов на устойчивость к болез-ням с использованием искусствен-ных инфекционных фонов, а так-же тестирование генотипов моле-кулярными маркерами на наличие генов устойчивости. Изучается ка-чественный состав популяции па-тогенов, динамика расового соста-ва для прогнозирования развития болезни и продолжительности со-хранения устойчивости сортов. Эта работа – логическое продолжение изысканий, проведенных в Белару-си Н. А. Коноваловой, Л. В. Бондарь, Н. А. Дорожкиным, З. А. Козловской,

Т. А. Гашенко и др. Создаются ком-плексные источники устойчивости к болезням яблони на основе моле-кулярно-генетических и фитопато-логических методов селекции.

Проведены исследова ни я по определению вредоносности антракноза на вишне и черешне, выделению исходного материала плодовых культур с устойчиво-стью к болезням, вызываемым гри-бами рода Monilia Pers., выявлению источников устойчивости к грибам рода Gloeosporium sp. (Ю. Г. Кондра-тенок и др., 2015–2018).

Впервые в результате молеку-лярно-генетического анализа секве-нирован участок генома изоля-та вируса красной кольцевой пят-нистости голубики из Беларуси (BRRV-BY1). Нуклеотидная после-довательность помещена в меж-дународную базу данных (EMBL/GenBank) с присвоением иденти-фикационного номера (Т. Н. Бо-жидай, 2017).

Селекционные результаты по плодовым культурам и виногра-ду широко представлены на между-народных конференциях, симпо-зиумах, конгрессах Международ-ного научного садоводческого об-щества (ISHS), EUCARPIA, рабочих совещаниях Европейской совмест-ной программы по растительным генетическим ресурсам (ECPGR), опубликованы в международных научных изданиях, 8 монографи-ях и многочисленных статьях (бо-лее 300). Реализован ряд между-народных научных проектов в со-трудничестве с Институтом пло-доводства в Питешти, Румыния (2010–2014), Институтом селекции и семеноводства Исламской Респу-блики Иран (2004–2012) под руко-водством З. А. Козловской с бело-русской стороны. Все это позволило

Новый сорт яблони Аксамит



более активно проводить обмен геноресурсами, а также передать наши сорта на испытания в науч-ные учреждения не только соседних стран, но и Нидерландов, Франции, Италии, ЮАР, Ирана и др.

Глубокие и всесторонние иссле-дования ягодных культур акценти-руют внимание на вопросе о раз-витии в Беларуси нового направ-ления в плодоводстве – лечебно- профилактического садоводства. Это осуществимо путем закладки специальных садов с последующим использованием растений в фарма-кологии, а плодов – для изготовле-ния различного рода диетических консервов, обладающих профилак-тическими и лечебно-оздоровитель-ными свойствами.

Впервые созданы сорта нетра-диционных для Беларуси культур: абрикоса – 6, винограда – 4, грец-кого ореха – 4 (Р. Э. Лойко, А. В. Бут- Гусаим, 1998; В. А. Борисевич, 2009), аронии черноплодной – 1, айвы японской – 1, жимолости синей – 1,

калины – 1 (А. И. Бачило, З. В. Гра-кович и др., 2004), облепихи – 2 (М. С. Шалкевич, 1999). Изучены в коллекциях и выделены для ис-пользования в производстве сле-дующие сорта и культуры: акти-нидия, боярышник, голубика высо-корослая, брусника, бузина черная, ирга, кизил, клюква крупноплод-ная, лещина, лимонник китайский, гуми (лох многоцветковый), ряби-на обыкновенная, ежевика, мали-на ремонтантная, малина черная, смородина альпийская, шиповник. Выполнены исследования в рамках международных и проектов БРФФИ по оценке генетических ресурсов и получения новых сортов земля-ники и других ягодных культур в целях снижения негативных по-следствий изменения климата, про-анализированы генотипы смороди-ны черной (Ribes nigrum L.) различ-ного происхождения по основным хозяйственно-ценным признакам, проведена мобилизация современ-ных биотехнологических методов

для диагностики и идентифика-ции вирусных патогенов бруснич-ных культур в Беларуси.

За последние 15 лет значитель-но обновился сортимент плодовых и ягодных культур. Так, на осно-ве коллекций плодовых, ягодных, орехоплодных культур и виногра-да создано более 130 сортов, кото-рые востребованы не только в Рес-публике Беларусь, но и за ее преде-лами. Проведена эффективная ин-тродукция новых культур и сортов зарубежной селекции, результатом которой явилось включение в Го-сударственный реестр сортов бо-лее 120 сортов для использования в сельском хозяйстве нашей страны. Среди 410, занесенных в Реестр, 145 белорусской селекции и 114 интро-дуцированных допущены к райони-рованию по результатам испытаний Института плодоводства.Сорт яблони Белый налив

Сорт яблони Зорка



с 635 до 22 300 га, урожайность – с 9 до 57 ц/га, а валовое производство плодов и ягод в хозяйствах АПК – с 36,8 до 146,2 тыс. т. Максимальный валовой сбор плодов и ягод в хо-зяйствах всех категорий, включая приусадебные сады Беларуси, со-ставил в 2016 г. 705,4 тыс. т при уро-жайности 83,8 ц/га. Снижение ва-лового сбора плодовой продукции по стране наблюдалось в 2017 г. из-за неблагоприятных климатических условий зимне-весеннего периода.

С 2005 по 2016 гг. возросло про-изводство посадочного материала (саженцев плодовых культур – с 647 до 1977 тыс. шт., ягодных – с 721 до 4465 тыс. шт., рассад земляни-ки – с 3107 до 12 724 тыс. шт.), что не только обеспечивает потребно-сти Республики Беларусь, но и спо-собствует увеличению экспорта продукции.

При государственной под-держке созданы уникальные на-учно-производственные объекты, сформирована материально-техни-ческая база, приобретены специ-ализированная садовая техника и оборудование с учетом специфи-ки многолетних садовых насажде-ний и фитосанитарных требо ваний отрасли.

Реализация ГП «Плодоводство» позволила сформировать сеть круп-ных и многочисленных мелких пи-томников физлиц, удовлетворяю-щих спрос населения в саженцах плодовых, ягодных культур и ви-нограда. Крупные питомники обе-спечивают потребности хозяйств в закладке современных садовых насаждений интенсивного типа. Этому посодействовали и дости-жения селекционеров Института плодоводства, а также активная работа по продвижению сортов в Российской Федерации: более 20 сортов включены в Реестр селекци-онных достижений Российской Фе-дерации, ряд из них запатентован. Растет и экспорт свежей плодо-вой продукции – не только в Рос-сию, но и в Казахстан (ведется ра-бота по занесению в Реестр сортов Казахстана).

Полученные результаты вно-сят существенный вклад в разви-тие теории и практики селекцион-ного процесса плодовых культур и способствуют интенсификации плодоводства Беларуси на осно-ве использования новых высоко-товарных сортов и инновацион-ных технологий.

Рис. 1а. Расширение породно-сортового состава плодовых и ягодных культур в Республике Беларусь

Рис. 1б. Породно-сортовой состав плодовых и ягодных культур в Республике Беларусь

Количество культур

Количество сортов

2003 2010 20162006 2014 2017

146177

224

315334

410

1518

26

34 35 36

Сорта белорусской селекции

Интродуци рованные сорта, изученные и переданные РУП «Институт плодоводства»

Иные

35%

28%

37%

Рис. 2. Производство плодов и ягод в сельско-хозяйственных организациях и фермерских хозяйствах в 2010–2017 гг., тыс. т

2010 2012 20152014 20172011 2013 2016

64 65,1

91104,2 101 104,6

146,2

111,4

Рис. 3. Производство посадочного материала за 2005–2016 гг., тыс. шт.

12 724

3107

4465

721

1977

641

Плодовые саженцы

Ягодные саженцы

Рассада земляники

2005

2016

При господдержке хозяйств по закладке новых садов интен-сивного типа отмечается поло-жительная динамика: за период с 2004 по 2016 г. площади выросли

2017 г.



vsТЕМА – КРАСОТА МИКРОМИРА

На конкурс принимаются снимки, сделанные в режиме макросъемки, изображения, сгенерированные с помощью компьютера, научная визуализация – инфографика.

Приглашаем создателей научных фотографий, визуализаторов науки к участию в конкурсе.

В конкурсе могут участвовать как научные сотрудники, так и профессиональные фотографы, художники и фотожурналисты.

Подробности конкурса на сайте http://innosfera.by

КОНКУРС НАУЧНОЙ ФОТОГРАФИИ И ВИЗУАЛИЗАЦИИ

Работы принимаются до 10 декабря 2018 г. по адресу: [email protected]

VISUALIZATION OF SCIENCE

Организатор конкурса журнал «Наука и инновации»

Documents

11 2018 (189)innosfera.by/images/18.12.18.pdf · 220072, . , . , 1-129 ./ : ( +375 17) 284-16-12 e-mail: [email protected] G:MD:bBGGH