Созидательный потенциал научного открытия

30 лет назад учеными-коллоидниками было открыто явление избирательной гетерокоагуляции минеральных коллоидных частиц с микроорганизмами. В статье кратко раскрыта суть, теоретическое и практическое значение этого открытия. При изучении данного явления сотрудники Института биоколлоидной химии им. Ф.Д....

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2014
Main Authors:	Прокопенко, В.А., Ковзун, И.Г., Ульберг, З.Р.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2014
Series:	Вісник НАН України
Subjects:	Наукові напрями
Online Access:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70666
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Созидательный потенциал научного открытия / В.А. Прокопенко, И.Г. Ковзун, З.Р. Ульберг // Вісн. НАН України. — 2014. — № 10. — С. 52-61. — Бібліогр.: 27 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-70666
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-706662014-11-11T03:01:48Z Созидательный потенциал научного открытия Прокопенко, В.А. Ковзун, И.Г. Ульберг, З.Р. Наукові напрями 30 лет назад учеными-коллоидниками было открыто явление избирательной гетерокоагуляции минеральных коллоидных частиц с микроорганизмами. В статье кратко раскрыта суть, теоретическое и практическое значение этого открытия. При изучении данного явления сотрудники Института биоколлоидной химии им. Ф.Д. Овчаренко НАН Украины получили фундаментальные и прикладные результаты, которые впоследствии легли в основу новейших научных направлений: биоколлоидной химии, биогеохимии, коллоидных биотехнологий, а в их рамках — биосинтеза наноразмерных частиц металлов и их соединений, нанофармации, наномедицины и нановетеринарии, биогеотехнологий, биоколлоидной экологии. У статті коротко висвітлено суть, теоретичне і практичне значення відкритого 30 років тому вченими-колоїдниками явища вибіркової гетерокоагуляції мінеральних колоїдних частинок з мікроорганізмами. Отримані вченими Інституту біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України при його вивченні фундаментальні і прикладні результати лягли в основу новітніх наукових напрямів: біоколоїдної хімії, біогеохімії, колоїдних біотехнологій, а в їхніх рамках — біосинтезу нанорозмірних частинок металів і їх сполук, нанофармації, наномедицини і нановетеринарії, біогеотехнології, біоколоїдної екології. In summary the article reveals the essence, theoretical and practical values of discovered by the colloid chemistry scientists 30 years ago the phenomenon of selective heterocoagulation of colloidal mineral particles with microorganisms. Fundamental and applied results obtained by scientists of Ovcharenko Institute of Biocolloidal Chemistry of NAS of Ukraine during studying of the discovery formed the basis of modern scientific trends: biocolloidal chemistry, biogeochemistry, colloidal biotechnology, and within them — biosynthesis of nanosized particles of metals and their compounds, nanopharmacy, nanomedicine and nanoveterinary, biogeotechnology, biocolloidal ecology. 2014 Article Созидательный потенциал научного открытия / В.А. Прокопенко, И.Г. Ковзун, З.Р. Ульберг // Вісн. НАН України. — 2014. — № 10. — С. 52-61. — Бібліогр.: 27 назв. — рос. 0372-6436 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70666 ru Вісник НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Наукові напрями Наукові напрями
spellingShingle	Наукові напрями Наукові напрями Прокопенко, В.А. Ковзун, И.Г. Ульберг, З.Р. Созидательный потенциал научного открытия Вісник НАН України
description	30 лет назад учеными-коллоидниками было открыто явление избирательной гетерокоагуляции минеральных коллоидных частиц с микроорганизмами. В статье кратко раскрыта суть, теоретическое и практическое значение этого открытия. При изучении данного явления сотрудники Института биоколлоидной химии им. Ф.Д. Овчаренко НАН Украины получили фундаментальные и прикладные результаты, которые впоследствии легли в основу новейших научных направлений: биоколлоидной химии, биогеохимии, коллоидных биотехнологий, а в их рамках — биосинтеза наноразмерных частиц металлов и их соединений, нанофармации, наномедицины и нановетеринарии, биогеотехнологий, биоколлоидной экологии.
format	Article
author	Прокопенко, В.А. Ковзун, И.Г. Ульберг, З.Р.
author_facet	Прокопенко, В.А. Ковзун, И.Г. Ульберг, З.Р.
author_sort	Прокопенко, В.А.
title	Созидательный потенциал научного открытия
title_short	Созидательный потенциал научного открытия
title_full	Созидательный потенциал научного открытия
title_fullStr	Созидательный потенциал научного открытия
title_full_unstemmed	Созидательный потенциал научного открытия
title_sort	созидательный потенциал научного открытия
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Наукові напрями
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70666
citation_txt	Созидательный потенциал научного открытия / В.А. Прокопенко, И.Г. Ковзун, З.Р. Ульберг // Вісн. НАН України. — 2014. — № 10. — С. 52-61. — Бібліогр.: 27 назв. — рос.
series	Вісник НАН України
work_keys_str_mv	AT prokopenkova sozidatelʹnyjpotencialnaučnogootkrytiâ AT kovzunig sozidatelʹnyjpotencialnaučnogootkrytiâ AT ulʹbergzr sozidatelʹnyjpotencialnaučnogootkrytiâ
first_indexed	2025-07-05T19:52:56Z
last_indexed	2025-07-05T19:52:56Z
_version_	1836837950625677312
fulltext	52 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 10 ПРОКОПЕНКО Виталий Анатольевич — доктор технических наук, заместитель директора по научной работе Института биоколлоидной химии им. Ф.Д. Овчаренко НАН Украины КОВЗУН Игорь Григорьевич — доктор химических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Института биоколлоидной химии им. Ф.Д. Овчаренко НАН Украины УЛЬБЕРГ Зоя Рудольфовна — доктор химических наук, профессор, директор Института биоколлоидной химии им. Ф.Д. Овчаренко НАН Украины СОЗИДАТЕЛЬНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ НАУЧНОГО ОТКРЫТИЯ 30 лет назад учеными-коллоидниками было открыто явление избиратель- ной гетерокоагуляции минеральных коллоидных частиц с микроорганизма- ми. В статье кратко раскрыта суть, теоретическое и практическое зна- чение этого открытия. При изучении данного явления сотрудники Института биоколлоидной химии им. Ф.Д. Овчаренко НАН Украины по- лучили фундаментальные и прикладные результаты, которые впослед- ствии легли в основу новейших научных направлений: биоколлоидной хи- мии, биогеохимии, коллоидных биотехнологий, а в их рамках — биосинтеза наноразмерных частиц металлов и их соединений, нанофармации, нано- медицины и нановетеринарии, биогеотехнологий, биоколлоидной экологии. Согласно Положению об открытиях и изобретениях, определе- ние научного открытия звучит следующим образом: «откры- тием признается установление неизвестных ранее объективно существующих закономерностей, свойств и явлений матери- ального мира, вносящих коренные изменения в уровень позна- ния» [1]. В государственном реестре Госкомизобретений СССР под № 361 зарегистрировано открытие в области коллоидной химии «Явление избирательной гетерокоагуляции минераль- ных коллоидных частиц с микроорганизмами» (с приоритетом 16.12.1981 в части экспериментального обнаружения явления и 11.05.1983 в части его теоретического обоснования). Авто- ры открытия — Ф.Д. Овчаренко, Н.В. Перцов, З.Р. Ульберг, В.Р. Эстрела-Льопис, Б.С. Коган [2]. Впервые в общем виде суть этого открытия была сформу- лирована в докладе Федора Даниловича Овчаренко и Нико- НАУКОВІНАУКОВІ НАПРЯМИНАПРЯМИ Посвящается: 30-летию открытия явления избирательной гетерокоагуляции минеральных коллоидных частиц с микроорганизмами 30-летию Института биоколлоидной химии им. Ф.Д. Овчаренко НАН Украины 100-летию со дня рождения академика НАН Украины Ф.Д. Овчаренко 80-летию со дня рождения академика РАЕН Н.В. Перцова ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 10 53 НАУКОВІ НАПРЯМИ лая Валериевича Перцова на заседании Пре- зидиума АН СССР 25 февраля 1982 г. Доклад вызвал оживленную дискуссию, в которой приняли участие Президент АН СССР акаде- мик А.П. Александров, академики П.Л. Капи- ца, Г.К. Скрябин, А.В. Сидоренко, А.А. Баев, Б.А. Ласкорин и др. Выступающие отмечали новизну и большое научное и практическое значение открытого явления. Дальнейшее раз- витие эта тема получила на заседании Прези- диума АН УССР 5 мая 1982 г., где от имени ав- торов открытия с докладом выступил академик АН УССР Ф.Д. Овчаренко. В обсуждении до- клада участвовали Президент АН УССР акаде- мик Б.Е. Патон, академики АН УССР П.Г. Ко- стюк, К.М. Сытник, В.П. Кухарь, К.Б. Яцимир- ский. При дальнейшем рассмотрении предмета открытия в Госкомизобретений СССР к дис- куссии были подключены ведущие специали- сты многих научных центров страны в области коллоидной химии, биологии, геохимии, обо- гащения металлов. Через год, 11 мая 1983 г., постановлением Президиума АН УССР «с целью концентрации усилий ученых на дальнейшем развитии на- учных исследований, эффективности научно- практических разработок в области коллоид- ной биотехнологии обогащения золота и других металлов» было создано Отделение природных дисперсных систем под руководством академи- ка Ф.Д. Овчаренко. На его базе в ноябре 1991 г. организован Институт биоколлоидной химии (ИБКХ), который возглавила доктор химиче- ских наук, профессор З.Р. Ульберг. За прошед- шие годы коллективом ученых Института вы- полнен большой комплекс экспериментальных и теоретических работ, которые подтвердили основные положения открытия и определили области их научного и практического исполь- зования (рис. 1). Рис. 1. Области научного и практического использования основных положений открытия 54 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 10 НАУКОВІ НАПРЯМИ Среди уникальных научных направлений, возникших на основе открытия указанного яв- ления, прежде всего следует отметить создание, становление и развитие новой науки — биокол- лоидной химии, основным содержанием кото- рой является изучение взаимодействий между объектами живой и неживой природы. Живая клетка как неравновесная термодинамическая система, обусловленная работой электроген- ных насосов, синтезирующая и выделяющая продукты своего метаболизма в окружающую дисперсионную среду, изменяя ее состав не только в окружении клетки, но и во всем объ- еме, становится общепризнанным специфиче- ским объектом коллоидной химии. Основной характеристикой метаболизирующих клеток, представляющих термодинамически неравно- весную систему, является трансмембранный потенциал, особенно та его часть, которая ас- социирована с внешним двойным электриче- ским слоем. При дальнейшем изучении этих систем для описания взаимодействий между биологическими клетками потребовался учет дополнительных механизмов в основополага- ющей в коллоидной химии теории устойчиво- сти дисперсных систем — теории ДЛФО (Де- рягина — Ландау — Фервея — Овербека). Так, был разработан коллоидно-биохимический механизм процессов гетерокоагуляции живых клеток с коллоидными минеральными части- цами в прямой зависимости от метаболизма клетки или ее физиологической активности [3, 4]. Концепция, положенная в основу этого механизма, впервые рассматривает движение частиц вблизи живой клетки (диффузиофо- рез), обратимое и необратимое адгезирование их на поверхности клетки и проникновение внутрь нее через плазматическую мембрану [5—7]. Исследования механизмов и процессов, ле- жащих в основе заложенного природой селек- тивного взаимодействия биологических кле- ток с коллоидными минеральными частицами, позволили сформулировать понятие металло- фильности как генетически детерминирован- ного свойства, отражающего систему взаимо- действий клеток с микро- и наночастицами минеральной природы. Такие взаимодействия включают: 1) способность клеток аккумули- ровать, в том числе и селективно, металлы в количествах, значительно превышающих та- ковые в окружающей среде; 2) свойство метал- лорезистентности клеток микроорганизмов; 3) неспособность клеток микроорганизмов развиваться на средах, лишенных определен- ных металлов [8]. В изучении природы избирательности была определена роль структурного и метаболи- ческого факторов во взаимодействии клет- ка — частица. Нами показано, что особенности химического строения клеточной поверхности обуславливают различия в способности жи- вых клеток концентрировать частицы, тогда как особенности протекания метаболических энергопреобразующих процессов контролиру- ют вариабельность в величине аккумулирую- щей активности клеток одного вида. Фиксация ультрадисперсных частиц металлов на поверх- ности и внутри клетки происходит с исполь- зованием нескольких механизмов [5, 9]. Мы установили два основных механизма концен- трирования, имеющих принципиальные от- личия. Первый — пассивная локализация ме- таллов за счет электростатических, координа- ционных и других типов связывания металлов структурными компонентами клеточной мем- браны. Второй — метаболизмозависимая акку- муляция металлов, присущая исключительно живым объектам и связанная с функциониро- ванием ферментных систем клетки, которые обеспечивают обмен веществом и энергией с внешней средой. В этом плане нами впервые был определен и исследован механизм энер- гозависимого и избирательного накопления металлов прокариотическими и эукариотиче- скими клетками. Результаты этих фундаментальных исследо- ваний стали основой двух прикладных направ- лений коллоидной биотехнологии, разрабаты- ваемых в Институте в последние годы (рис. 1). Это, во-первых, создание и использование в промышленности ряда биотехнологических процессов обогащения из руд таких металлов, как золото, платина, вольфрам, ниобий и др. ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 10 55 НАУКОВІ НАПРЯМИ [10, 11] (биоколлоидная технология, назван- ная нами «Биоселект»), а во-вторых, биоэко- логические технологии для очистки почв, при- родных и технологических вод, разрушения особо токсичных реагентов [12]. В качестве высокоселективных флокулян- тов и сорбентов в процессах флотации и седи- ментации при извлечении высокодисперсных металлов использовались интактные клетки микроорганизмов. На рис. 2 представлены клетки Bacillus sp. с адгезированными на их поверхности частицами золота и биокосный агрегат клеток Bacillus sp., извлекаемый из руды и обогащенный золотом. Использование таких эффективных материалов позволило повысить промышленное извлечение метал- лов на 5—25 %. Клеточные окислительно-вос ста но ви тель- ные реакции микроорганизмов были задей- ствованы в биотехнологиях разложения ток- сичных соединений. На рис. 3 показан внеш- ний вид установки для разложения цианидов в пульпе после экстракции из нее золота, что обеспечивает дополнительное извлечение ме- талла (биотехнология «Биоцитан»). Объем перерабатываемой установкой пульпы состав- ляет 25 м3 в сутки. Указанные разработки защищены более чем 20 патентами Украины, США, Канады, ЮАР, Бразилии, России. Имея большой опыт работы в золотодобы- вающей промышленности, ИБКХ им. Ф.Д. Ов- чаренко НАН Украины был включен в число организаций, которым поручалось формирова- ние концепции создания золотодобывающей промышленности Украины, а также координа- ция работ по технологическому обеспечению создаваемого золотодобывающего комплекса. Институт был определен головной научной организацией при подготовке Государственной программы «Золото Украины» на 1995—2000 и 2000—2010 гг. (протокол совещания КМ Укра- ины от 06.06.95, № 347). Программа включала, в частности, использование технологических разработок Института при обогащении руд Клинцовского, Майского и других месторож- дений Украинского щита. Сотрудники ИБКХ Рис. 2. Полученные с помощью электронной микроско- пии изображения клеток Bacillus sp. с адгезированными на их поверхности частицами золота (а) и биокосный агрегат клеток Bacillus sp., извлекаемый из руды и обогащенный золотом (б) Рис. 3. Установка для разложения цианидов в пульпе 56 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 10 НАУКОВІ НАПРЯМИ создали экономическую и технологическую концепцию освоения Мужиевского золотонос- ного месторождения, а также строительства и введения в промышленную эксплуатацию со- ответствующего обогатительного предприя- тия. В качестве главного технологического про- цесса была предложена наиболее эффективная и экологически безопасная для Закарпатского региона биофлотационная технология. В соот- ветствии с рекомендациями Института при- нята схема расположения главных производ- ственных участков. На практике были приме- нены разработанные учеными ИБКХ техноло- гии одностадийного аффинажа сплавов золота с высоким содержанием свинца и сульфидов, оборотного водоснабжения, произведена за- кладка выработанного шахтного пространства, выполнено ТЭО строительства предприятия с учетом требований, предъявляемых к экологи- чески чистому региону Закарпатья. Следует особо отметить высокий профес- сионализм и организационный талант профес- сора Н.В. Перцова, проявившиеся в процессе выполнения этих сложных технологических работ. В 1999 г. он и профессор З.Р. Ульберг были награждены Почетными грамотами Ка- бинета Министров Украины «за значительный вклад в создание золотодобывающей и золото- перерабатывающей промышленности…». Эта тематика и сегодня остается одним из приори- тетных научных направлений в деятельности Института, проводится подготовка специали- стов, развивается научная, технологическая и аналитическая база. Полученные ранее фундаментальные ре- зультаты в последние годы нашли успешное применение в области нанофармации и на- номедицины. Основой для этих исследований стали изученные нами механизмы и процессы взаимодействия наночастиц металлов (золота, серебра, железа, висмута) с эукариотическими клетками (в данном случае клетками тканей и органов лабораторных животных). В Институ- те разработаны методы получения наночастиц металлов и их водных и органических дис- персий путем химического восстановления из разбавленных растворов. Такие наночастицы характеризуются монодисперсностью, строго сферической формой, монофазностью, чисто- той поверхности, биосовместимостью. С целью направленного использования на- ночастиц металлов в фармакологии параллель- но с отработкой методики получения частиц проводилась работа по оценке их безопасности, разрабатывался системный подход для оценки потенциальных рисков при их использовании. В части создания нормативно-методической базы для оценки безопасности наночастиц ме- таллов были разработаны и утверждены сле- дующие документы: 1) в области гуманной медицины — в 2013 г. Государственным экспертным центром МОЗ Украины утверждены «Методические реко- мендации по оценке биобезопасности лекар- ственных препаратов» (разработчики — Ин- ститут медицины труда НАМН Украины, Ин- ститут биоколлоидной химии им. Ф.Д. Овча- ренко НАН Украины, кафедра клинической фармакологии Киевского медицинского уни- верситета). По сути, сделаны первые шаги для официального признания Минздравом Украи- ны такой отрасли, как нанофармакология; 2) в области ветеринарной медицины — раз- работаны и утверждены Научно-техническим советом Государственного комитета по вете- ринарии «Методические рекомендации по оценке биобезопасности наноматериалов ор- ганической и неорганической природы мето- дом определения генотоксичности щелочным гель-электрофорезом» и «Методические ре- комендации по определению биобезопасности частиц металлов в составе пробиотиков с це- лью повышения их эффективности» (2011). На основе этих регламентных документов в ИБКХ НАН Украины создан банк наночастиц металлов, охарактеризованных по физико- химическим свойствам, которые уже сегодня используются для разработки лекарственных препаратов. В ходе этих исследований обна- ружен фундаментальный эффект, состоящий в том, что степень риска (опасности) при ис- пользовании наночастиц зависит от их разме- ра. В данной области Институт проводит ис- следования по таким основным направлениям: ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 10 57 НАУКОВІ НАПРЯМИ 1) разработка фармакологических препаратов для лечения туберкулеза, сепсиса, нозокоми- альных инфекций; 2) создание иммунобиоло- гических препаратов, пробиотиков, вакцин; 3) разработка противоанемийного препарата на основе наночастиц железа; 4) создание на- ноконструкций целевой доставки кардиотроп- ных и антипоптозных препаратов [13—16]. Основная концепция, выдвигаемая авторами этих работ, состоит в том, что частица не толь- ко выступает в качестве платформы для век- торной доставки лекарств в клетки-мишени (направление drug delivery [17—19]), но и сама оказывает направленное терапевтическое действие. В рамках этой концепции создано несколько субстанций на основе наночастиц металлов и их конъюгатов с лекарственными препаратами. Так, разработан наноконъюгат на основе изо- ниазида и частиц золота и серебра для лечения резистентных форм туберкулеза (заказчик — Государственное агентство по вопросам науки, инноваций и информатизации Украины) [20]. Завершены доклинические испытания пре- парата на основе наночастиц золота и серебра для челюстно-лицевой хирургии. Кроме повы- шенной, в сравнении с традиционными пре- паратами, антибактериальной активности на- ночастиц при их использовании наблюдается усиление процесса регенерации тканей [14]. Нозокомиальные инфекции занимают чет- вертое место по частоте причинной летально- сти вслед за болезнями сердечно-сосудистой системы. Результаты исследований показали, что частицы висмута имеют мощный потенци- ал бактерицидного действия в отношении осо- бо опасных инфекций: лептоспироз, сифилис, боррелиоз, сибирская язва, сальмонеллез. Ак- тивно ведутся работы по использованию нано- частиц висмута в ветеринарии [21]. Разрабо- тан, получен и прошел доклинические испыта- ния противоанемийный препарат нового поко- ления «Нанофер» на основе наночастиц железа, который выпускается в виде капсул или сиропа для лечения железодефицитной анемии и анемии хронических заболеваний. «Нанофер» демонстрирует значительно более высокие показатели по накоплению железа и трансферрина в сыворотке крови по сравне- нию с коммерческим препаратом последнего поколения «Мальтофер». Важным преимуще- ством «Нанофера» является и то, что при вну- тривенном введении препарата отмечено су- щественно пролонгированное повышение про- лиферативной функции клеток костного моз- га, характеризующееся высокими показателями митотического индекса [22]. В кардиотерапии используются как терапев- тические свойства наночастиц золота, так и воз- можность применения их для векторной до- ставки лекарств. На основе наночастиц золота разработан конъюгат с кардиотропным препа- ратом «Левосимендан» для лечения сердечной недостаточности. Полученный конъюгат эф- фективно накапливается в кардиомиоците и оказывает положительное влияние на уровень энергетических затрат сердечной мышцы. Это позволяет пациенту избежать таких негативных явлений, сопутствующих использованию «Ле- восимендана», как, например, тахикардия [16]. Еще одной областью науки, где рассматри- ваемое открытие, его объекты и закономер- ности оказались весьма полезны и важны, яв- ляется геохимия, или, точнее, биогеохимия (рис. 1). Работы, которые собственно и приве- ли к формулированию открытия, начинались с изучения механизмов образования черно- сланцевых (углеродносланцевых) формаций, содержащих значительные концентрации тон- кодисперсного золота. В геологической науке установлено, что коллоидное состояние харак- терно и для ряда других минеральных веществ и систем, особенно в зоне гипергенеза [23]. Осадочные месторождения образуются на дне морей и океанов, россыпные — на дне рек и побережий морей, а месторождения выветри- вания — на поверхности континентов. Одна- ко роль микроорганизмов в этих процессах во многом еще остается неясной. Уже первые исследования, проведенные с черносланцевыми материалами, а также с золо- тосодержащими осадками шельфов Японского моря, позволили выделить микроорганизмы, активно взаимодействующие с золотом в ион- 58 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 10 НАУКОВІ НАПРЯМИ ном и коллоидном состоянии, обладающие способностью осуществлять окислительно- восстановительные реакции с растворением и последующей кристаллизацией золота и, что не менее важно, резистентные к высоким кон- центрациям этого металла. Эти уникальные штаммы микроорганизмов были выделены среди многих морфологиче- ских видов клеток, а их сродство к золоту и способность аккумулировать его в виде тонко- дисперсной фазы значительно превышала ад- сорбированные количества других сопутству- ющих металлов, содержащихся в исследуемых природных материалах. При этом было пока- зано, что наиболее сильное взаимодействие с золотом проявляют природные ассоциатив- ные культуры (бактериальные биогеоценозы) в сравнении с музейными штаммами. Биогеоценозы подобного типа, развиваясь во внешних, мористых областях барьерной си- стемы река — море с повышенной металлонос- ностью, могут служить одним из биогеохими- ческих механизмов стока тонкодисперсных металлов в формирующемся зональном ореоле. Так возникла идея использования таких флокул — биокосных агрегатов, образующих- ся в результате селективного взаимодействия микроорганизмов с минеральными частицами, для экстракции металлов из руд. Выделенные металлофильные в отношении золота микро- организмы после дополнительной селекции и адаптации к золоту вошли в коллекцию музея микроорганизмов ИБКХ им. Ф.Д. Овчаренко НАН Украины, Государственную коллекцию микроорганизмов Украины, а также в Европей- скую коллекцию в качестве технологических штаммов, используемых в биотехнологических процессах извлечения тонкодисперсного золо- та [24—26]. Постоянная трансформация ме- таллов микроорганизмами есть одна из форм их существования в природных системах. На рис. 4 представлены снимки, сделанные с по- мощью электронного микроскопа, которые де- монстрируют модель природного процесса пе- рекристаллизации золота клетками культуры Bacillus subt., выделенными на золотоносной отмели Японского моря. На первой стадии имеет место процесс кле- точного растворения ультрадисперсных частиц золота, адгезированных клеткой, а на второй — клеточная кристаллизация металла из обра- зованного ею раствора в виде более крупных частиц на поверхности и внутри клетки. Бла- годаря реализации этого процесса в природ- ных условиях становится возможным спустя определенное время вернуться к обогащению уже отработанных ранее отвалов золотоизвле- кательных фабрик. В природе реализуются подобные механиз- мы биогенного формирования месторождений Рис. 4. ПЭМ-изображения, демонстрирующие мо- дель природного процесса перекристаллизации золота клетками культуры Bacillus subt.: а — клетка с адгези- рованными ультрадисперсными частицами золота; б — клетка с выделенными ею в результате перекристалли- зации на своей поверхности частицами золота ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 10 59 НАУКОВІ НАПРЯМИ других металлов в виде устойчивых соедине- ний, образующихся путем восстановления ме- таллов из растворов клетками микроорганиз- мов. На рис. 5 представлены микрофотографии осадков различных металлов. Эта уникальная способность микроорганизмов трансформиро- вать растворимые формы металлов в нераство- римые минеральные была положена в основу биотехнологических процессов обезврежи- вания почв, содержащих тяжелые металлы и радионуклиды [27]. Сегодня эти исследования получают даль- нейшее развитие в основных направлениях на- учных и прикладных работ ИБКХ им. Ф.Д. Ов- чаренко НАН Украины: • биоколлоидная химия и физика природ- ных и синтетических дисперсных систем и ма- териалов, биологические наносистемы и био- сенсорные нанотехнологии; биотехнологии обо- гащения минерального сырья и защиты окру- жающей среды; • коллоидная химия и физика дисперсных систем и материалов; наноразмерные коллоид- ные системы и материалы; принципы, методы и технологии их использования в промышлен- ности; макрокинетика и фрактальные свойства дисперсных систем; • физико-химическая механика и геомеха- ника природных и техногенных дисперсных систем, в том числе с участием микроорга- низмов. О значительной роли исследований, про- водимых в ИБКХ им. Ф.Д. Овчаренко НАН Украины, убедительно свидетельствует ряд фундаментальных трудов сотрудников Ин- ститута, опубликованных во всемирно из- вестных научных издательствах: Nanosci- ence: Colloidal and Interfacial Aspects (2010); «Нанонаука, нанобіологія, нанофармація» (2012); «Сополимерные гидрогели медицин- ского назначения. Синтез, свойства и приме- нение» (2011); «Компьютерное моделирова- ние физических систем» (2011) и др. Кроме того, ученые Института принимали участие в подготовке и написании разделов в таких авторитетных коллективных монографиях, как Encyclopedia of Colloid and Interface Sci- Рис. 5. Микрофотографии дисперсных фаз, восстанов- ленных клетками микроводоросли Chlorella vulg. из со- ответствующих растворов: золота (а); смеси оксидов и гидроксидов серебра (б); оксидов и гидроксидов меди (в); диоксида марганца (г) 60 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 10 НАУКОВІ НАПРЯМИ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Положение об открытиях и изобретениях. Госкомитет СССР по делам открытий и изобретений. — М., 1981. 2. Овчаренко Ф.Д., Перцов Н.В., Ульберг З.Р., Эстрела-Льопис В.Р., Коган Б.С. Диплом на Открытие № 361. — Госкомизобретений СССР, гос. регистрация 20.12.1990. 3. Dukhin A.S., Ulberg Z.R., Karamushka V.I., Gruzina T.G. Peculiarities of live cells’ interaction with micro- and nano- particles // Adv. Colloid Interface Sci. — 2010. — V. 159, N 1. — P. 60—71. 4. Ulberg Z.R., Gruzina T.G., Pertsov N.V. Colloidal Chemical Properties of Biological Nanosystems. Biomembranes // Nanoscience: Colloidal and Interfacial Aspects / Ed. V.M. Starov. — London, New York: CRC Press Taylor@Francis Group, LLC, 2010. — P. 269—305. 5. Ulberg Z.R., Dukhin A.S., Karamushka V.I. Interaction of energized bacteria cells with particles of colloidal gold: pecu- liarities of the process // Biochim. Biophys. Acta. — 1992. — V. 1134. — P. 89—95. 6. Dukhin A.S., Karamushka V.I., Ulberg Z.R., Abidor I.G. On the existence of an intramembrane field stabilization system in cells // Bioelectrochem. Bioenerg. — 1991. — V. 26, N 2. — P. 131—138. 7. Дерягин Б.В., Духин С.С., Ульберг З.Р., Дворниченко Г.Л. Диплом на Открытие «Явление диффузиофореза» № 376. — Госкомизобретений СССР, гос. регистрация 21.12.1989. 8. Овчаренко Ф.Д., Ульберг З.Р., Перцов Н.В., Гарбара С.В. Механизм биогенного формирования аутигенных включений золота в тонкодисперсные осадки // ДАН СССР. — 1985. — Т. 284, № 3. — С. 711—716. 9. Ульберг З.Р., Грузіна Т.Г., Рєзніченко Л.С., Дибкова С.М. Біологічні системи різного рівня організації і наночастинки золота // Нанонаука, нанобіологія, нанофармація. — К.: Поліграфплюс, 2012. — С. 190—227. 10. Волобаев И.И., Марочко Л.Г., Ульберг З.Р. Высокоселективные биофлокулянты для извлечения ультрадисперс- ных частиц золота // Коллоид. журн. — 2012. — Т. 74, № 4. — С. 454—459. 11. Ващенко А.А., Марочко Л.Г., Ульберг З.Р. Извлечение тонкодисперсного золота из руд методом биофлокуляр- ной флотации // Коллоид. журн. — 2006. — Т. 68, № 4. — С. 445—452. 12. Ульберг З.Р., Подольська В.І. Біотехнології в золотодобувній промисловості // Вісн. НАН України. — 2011. — № 3. — С. 14—29. 13. Ульберг З.Р., Воробйова А.М., Грузіна Т.Г. та ін. Наночастинки золота як потенційний агент цільової терапії патологій серцево-судинної системи // Вісн. проблем біології і медицини. — 2012. — Т. 1, № 3. — С. 106—112. 14. Маланчук О.В., Ульберг З.Р., Рибачук А.В. та ін. Антимікробна активність наночастинок срібла // Доповіді НАМН України. — 2012. — Т. 18, № 3. — С. 384—388. 15. Оцінка безпеки лікарських препаратів: методичні рекомендації. — Затв. Наук.-експерт. радою Держ. експерт. центру МОЗ України (протокол № 8 від 26.09.2013). — К., 2013. — 108 с. ence (2013); Colloid and Interface Chemistry for Nanotechnology (2013); Transport and Re- activity of Solutions in Confined Hydrosystems (2014). Особо следует подчеркнуть, что, несмотря на имеющийся большой арсенал прикладных технологических разработок, приоритетом в деятельности ИБКХ всегда являлась фунда- ментальная наука. Поэтому и неслучайно, что научный коллектив Института объединил в себе авторов трех научных открытий, имею- щих непреходящее значение в современной коллоидной химии: 1) явления адсорбционного понижения прочности, или эффекта Ребиндера (открытие № 28, 1964 г.) — акад. РАЕН Н.В. Перцов; 2) вкратце описанного выше явления изби- рательной гетерокоагуляции минеральных кол- лоидных частиц с микроорганизмами (откры- тие № 361, 1983 г.) — д.х.н., проф. З.Р. Ульберг; акад. РАЕН Н.В. Перцов; акад. НАН Украины Ф.Д. Овчаренко, к.х.н. В.Р. Эстрела-Льопис; 3) явления диффузиофореза (открытие № 376, 1989 г.) — д.х.н., проф. З.Р. Ульберг. Материалы, полученные при всесторонних исследованиях этих явлений, а также новые результаты деятельности Института по ука- занным выше направлениям стали основой формирования в ИБКХ трех научных школ: физико-химия дисперсных минералов, био- коллоидная химия, электроповерхностные яв- ления в дисперсиях и наносистемах. ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 10 61 НАУКОВІ НАПРЯМИ 16. Мохнатий С.І., Воробйова Г.М., Ступіна О.С. та ін. Використання наночастинок золота для цільової доставки кардіотропних препаратів // Щорічник наукових праць Асоціації серцево-судинних хірургів України. — 2013. — Вип. 21. — С. 314—317. 17. Ziu W.T. Nanoparticles and their biological and environmental application // J. Biosci. Bioeng. — 2006. — V. 102, N 1. — P. 1—7. 18. Sanchez A., Tobio M., Gonzalez Z. et al. Biodegradable micro- and nanoparticles for parenteral drug delivery // Adv. Drug Deliv. Rev. — 2004. — N 56. — P. 1257—1272. 19. Ульберг З.Р., Грузіна Т.Г., Карпов О.В. Нанотехнології в медицині: роль колоїднохімічних процесів // Вісн. НАН України. — 2008. — № 8. — С. 28—41. 20. Ульберг З.Р., Чекман І.С. Нанофармакологія: міждисциплінарний аспект наукових досліджень // Сучасні проблеми токсикології. — 2013. — Т. 55, № 1—2. — С. 32—37. 21. Karnaukova A.Yu., Reiznichenko L.S., Gruzina T.G. et al. Bismuth nanoparticles as antimicrobial substance in effective struggle with high pathogen microorganisms // Clusters and Nanostructured Materials (CNM-3): Proc. Int. Meet- ing (14—17 Oct. 2012, Uzhorod, Ukraine). — P. 170. 22. Reiznichenko L., Doroshenko A., Gruzina T. et al. Iron nanoparticles effectiveness for new antianemic preparations development // NANOCON-2013: Proc. 5th Int. Conf. (16—18 Oct. 2013, Brno, Czech Republic). — P. 556—560. 23. Чухров Ф.В. Коллоиды в земной коре. — М.: Изд-во АН СССР, 1955. — C. 671—675. 24. Перцов Н.В., Ульберг З.Р., Коган Б.С. и др. Механизм биогенного концентрирования металлов в шельфовых зонах дефицита наноса // Геохимия. — 1990. — № 1. — С. 112—116. 25. Овчаренко Ф.Д., Ульберг З.Р., Гарбара С.В. и др. Биогеохимическое формирование металлоносных зон в прибрежных тонкодисперсных осадках // ДАН УССР, Сер. Б. — 1985. — С. 44—48. 26. Овчаренко Ф.Д., Ульберг З.Р., Перцов Н.В., Коган Б.С. Механизмы биогенного концентрирования металлов в шельфовых зонах дефицита наносов // ДАН УССР, Сер. Б. — 1989. — № 1. — С. 19—22. 27. Baldi F., Kukhar V.P., Ulberg Z.R. Bioconversion and removal of metals and radionuclides // Perspectives in Bioreme- diation. Technologies for Environmental Improvement. NATO ASI Series. — 1997. — V. 19. — P. 75—90. В.А. Прокопенко, І.Г. Ковзун, З.Р. Ульберг Інститут біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка Національної академії наук України бульвар Академіка Вернадського, 42, Київ, 03680, Україна ТВОРЧИЙ ПОТЕНЦІАЛ НАУКОВОГО ВІДКРИТТЯ У статті коротко висвітлено суть, теоретичне і практичне значення відкритого 30 років тому вченими-колоїдниками явища вибіркової гетерокоагуляції мінеральних колоїдних частинок з мікроорганізмами. Отримані вченими Ін- ституту біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України при його вивченні фундаментальні і прикладні ре- зультати лягли в основу новітніх наукових напрямів: біоколоїдної хімії, біогеохімії, колоїдних біотехнологій, а в їхніх рамках — біосинтезу нанорозмірних частинок металів і їх сполук, нанофармації, наномедицини і нановете- ринарії, біогеотехнології, біоколоїдної екології. V.A. Prokopenko, I.G. Kovzun, Z.R. Ulberg Ovcharenko Institute of Biocolloidal Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine 42 Academician Vernadsky Blvd., Kyiv, 03680, Ukraine THE CREATIVE POTENTIAL OF SCIENTIFIC DISCOVERY In summary the article reveals the essence, theoretical and practical values of discovered by the colloid chemistry scien- tists 30 years ago the phenomenon of selective heterocoagulation of colloidal mineral particles with microorganisms. Fundamental and applied results obtained by scientists of Ovcharenko Institute of Biocolloidal Chemistry of NAS of Ukraine during studying of the discovery formed the basis of modern scientific trends: biocolloidal chemistry, biogeo- chemistry, colloidal biotechnology, and within them — biosynthesis of nanosized particles of metals and their compounds, nanopharmacy, nanomedicine and nanoveterinary, biogeotechnology, biocolloidal ecology.

Созидательный потенциал научного открытия

Institution

Similar Items