КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 22-16-00006
НазваниеПищевые ингредиенты, повышающие эффективность вакцинации против коронавирусной инфекции: технология, доклиническая оценка in vivo.
Руководитель Никитюк Дмитрий Борисович, Доктор медицинских наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи , г Москва
Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-302 - Функциональные и специальные продукты питания
Ключевые слова экстракция, пищевой ингредиент, коронавирусная инфекция, гуморальный и клеточный иммунитет, эффективность вакцинации, доклинические исследования, биомасса спирулины, белковые модули высокой биологической ценности
Код ГРНТИ65.09.05 34.43.35
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Коронавирусная болезнь 2019 (COVID-19) (глобальная пандемия) обострила проблему оптимального поддержания иммунной системы человека для повышения его устойчивости к вирусной инфекции. Эффективность вакцинации как важнейшего фактора иммунопрофилактики определяется как качеством применяемой вакцины, так и состоянием иммунной системы вакцинируемого. Очевидна значимость обеспечения оптимального пищевого статуса, отвечающего потребностям организма человека не только в макро-и микронутриентах, но и в минорных биологически активных веществах (БАВ) пищи, для поддержания гуморального и клеточного звеньев иммунной системы. Анализ научных публикаций за два последних десятилетия, свидетельствует о перспективности использования для профилактики и диетотерапии вирусных инфекций БАВ, входящих в состав биомассы пищевой микроводоросли спирулины платенсис, (относящийся по современной классификации к цианобактериям). Принадлежность спирулины платенсис к цианобактериям как древнейшим обитателям биосферы определяет особенности ее метаболизма - высокую степень приспособляемости обменных процессов к неблагоприятным факторам среды обитания. Входящие в составе биомассы спирулины платенсис биологически активные вещества: фикоцианин и бета-каротин обладают выраженными антиоксидантными, противовоспалительными и иммуномодулирующими свойствами.
В Российской Федерации практически отсутствуют отечественные специализированные пищевые продукты, иммуностимулирующее действие которых было бы надежно научно подтверждено. Соответственно, необходимы новые отечественные технологические разработки, связанные с переработкой природного пищевого сырья, направленные на создание и поступление на потребительский рынок специализированной пищевой продукции высокой пищевой и биологической ценности, и проведение исследований in vivo, позволяющих с позиций доказательной медицины охарактеризовать иммуностимулирующие свойства входящих в ее состав пищевых ингредиентов.
Актуальность.
В рамках реализации предлагаемого проекта дается научное обоснование и осуществляется разработка, технологического подхода к созданию пищевых ингредиентов высокой пищевой и биологической ценности, содержащих в своем составе комплекс минорных БАВ, иммуностимулирующие свойства которых будут установлены с позиций доказательной медицины в доклинических исследованиях in vivo.
Вышеизложенное определяет актуальность предлагаемого проекта, целью которого является создание и доклиническая иммунологическая оценка специализированной пищевой продукции высокой пищевой и биологической ценности, обладающей иммуностимулирующими свойствами и предназначенной для повышения эффективности вакцинации в условиях коронавирусной инфекции.
Первый этап проекта предусматривает медико-биологическое обоснование состава пищевых ингредиентов высокой пищевой и биологической ценности, обладающих иммуномодулирующими (иммуностимулирующими) свойствами, повышающего эффективность вакцинации при коронавирусной инфекции.
На втором этапе проектом предусмотрена реализация алгоритма, включающего разработку технологического подхода: к получению пищевых ингредиентов - комплексов биологически активных веществ, экстрагированных из биомассы спирулины платенсис, и сорбированных на белковых модулях высокой биологической и пищевой ценности.
Третий этап включает тестирование иммуномодулирующих (иммуностимулирующих) свойств полученных пищевых ингредиентов in vivo (влияния на клеточный и гуморальный иммунный ответ), предназначенных для повышения эффективности вакцинации при коронавирусных инфекциях.
По результатам проведенных исследований будут разработаны и представлены рекомендации по масштабированию разработанного технологического подхода для производства пищевых ингредиентов высокой пищевой биологической ценности, обладающих иммуномодулирующими (иммуностимулирующими свойствами) и повышающих эффективность вакцинирования в условиях коронавирусной инфекции.
Научная новизна.
Полученные в процессе реализации проекта данные представят существенный научный интерес для фундаментальной проблемы клинической нутрициологии, а именно: возможности целенаправленного влияния алиментарного фактора на состояние клеточного и гуморального звеньев иммунной системы у млекопитающих. Критериям научной новизны будут отвечать составы разрабатываемых специализированных пищевых ингредиентов. Помимо своего основного целевого назначения – использования для иммунопрофилактики коронавирусных инфекций, разработанные пищевые ингредиенты смогут быть эффективно использованы в составе специализированных продуктов для профилактического питания лиц с различными алиментарно зависимыми заболеваниями, а также для повышения устойчивости организма к стрессорным воздействиям.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Бирюлина Н.А., Мазо В.К., Багрянцева О.В.
Фикоцианины Arthrospira platensis: перспективы использования в специализированной пищевой продукции (краткий обзор)
Вопросы питания, № 6, том 91, 2022, с. 20-26 (год публикации - 2022)
10.33029/0042-8833-2022-91-6-00-00
2. Билялова А.С., Бирюлина Н.А. Разработка пищевого модуля высокой биологической ценности, обогащенного фикоцианином Материалы V Школы молодых ученых «Основы здорового питания и пути профилактики алиментарно-зависимых заболеваний» с международным участием, Москва, 2022, Сборник материалов V Школы молодых ученых «Основы здорового питания и пути профилактики алиментарно-зависимых заболеваний» с международным участием, Москва, 9-11 ноября 2022, с. 16-18 (год публикации - 2022)
3. Новокшанова А.Л., Билялова А.С., Аксенов И.В. Spectrometric Study of the Interaction of Phycocyanins with Casein AIP Conference Proceedings (год публикации - 2023)
4. Новокшанова А.Л., Билялова А.С., Бирюлина Н.А., Зорин С.Н. The Development of Food Module of High Biological Value Enriched with Phycocyanin AIP Conference Proceedings (год публикации - 2023)
5. Новокшанова А.Л., Билялова А.С., Зорин С.Н. Study of the preservation of phycocyanin in modules with milk proteins during pasteurization IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (год публикации - 2023)
6. Бирюлина Н.А., Зорин С.Н., Мазо В.К. Пищевые ингредиенты многоцелевого назначения – дополнительное средство диетической профилактики алиментарно-зависимых заболеваний Эффективный менеджмент здравоохранения: стратегии инноваций: III Международная научно-практическая конференция. Саратов, 29–30 сентября 2022 года : сборник материалов, Сборник материалов III Международной научно-практической конференции "Эффективный менеджмент здравоохранения: стратегии инноваций", 2022, с.37-40 (год публикации - 2022)
7. Новокшанова А.Л., Билялова А.С., Бирюлина Н.А., Зорин С.Н. Исследование влияния режимов пастеризации на сохранность фикоцианина в составе белкового модуля Аграрная наука в условиях глобальных вызовов мирового продовольственного кризиса: проблемы, тенденции, пути решений: материалы Междунар. науч. заоч. конф., посвящ. 55-летию Сиб. науч.-исследоват. ин-та птицеводства, Материалы Международной конференции "Аграрная наука в условиях глобальных вызовов мирового продовольственного кризиса: проблемы, тенденции, пути решений", Омск, 2022, с. 385-388 (год публикации - 2022)
8. Шипелин В.А., Бервинова А.В., Замятина А.В. In vivo модель оценки эффективности иммуномодуляторов в условиях иммунизации экспериментальной антикоронавирусной вакциной Материалы V Школы молодых ученых «Основы здорового питания и пути профилактики алиментарно-зависимых заболеваний» с международным участием, Сборник материалов V Школы молодых ученых «Основы здорового питания и пути профилактики алиментарно-зависимых заболеваний» с международным участием, Москва, 9-11 ноября 2022, с. 117-119 (год публикации - 2022)
9. Бирюлина Н.А., Боков Д.О., Зорин С.Н. Модифицированный метод получения концентрата спирулана кальция из биомассы Arthrospira Platensis Актуальная биотехнология, Актуальная биотехнология №1 (35), 2022, с. 219 (год публикации - 2022)
10. Новокшанова А.Л., Билялова А.С. Исследование способности гидратации у отдельных видов белков Аграрная наука в условиях глобальных вызовов мирового продовольственного кризиса: проблемы, тенденции, пути решений: материалы Междунар. науч. заоч. конф., посвящ. 55-летию Сиб. науч.-исследоват. ин-та птицеводства, Материалы Международной конференции "Аграрная наука в условиях глобальных вызовов мирового продовольственного кризиса: проблемы, тенденции, пути решений", Омск, 2022, с. 393-396 (год публикации - 2022)
Публикации
1.
Бирюлина Н.А., Зорин С.Н., Никитюк Д.Б., Мазо В.К.
Модифицированный метод получения фикоцианинового концентрата биомассы Arthrospira platensis
Вопросы питания, № 5, том 92, 2023, с. 110-116 (год публикации - 2023)
10.33029/0042-8833-2023-92-5-110-116
2. Новокшанова А.Л., Билялова А.С., Зорин С.Н., Аксенов И.В., Бирюлина Н.А., Шипелин В.А., Никитюк Д.Б. Получение белкового модуля с концентратом фикоцианинов и казеинатом натрия Пищевая промышленность (год публикации - 2024)
3. Новокшанова А.Л., Билялова А.С., Зорин С.Н., Бирюлина Н.А. Сохранность концентрата фикоцианина в белковом модуле из казеината натрия Передовые достижения науки в молочной отрасли: Сборник научных трудов по результатам работы V Международной научно-практической конференции. Часть 1., 2023. С. 122.-127 (год публикации - 2023)
4.
Новокшанова А.Л., Билялова А.С., Аксенов И.В.
Spectrometric study of the interaction of phycocyanins with egg proteins
E3S Web of Conferences, Том: 463, Год: 2023 Номер статьи: 01021 (год публикации - 2023)
10.1051/e3sconf/202346301021
5. Мазо В.К., Шипелин В.А., Бирюлина Н.А., Бервинова А.В., Замятина А.В., Никитюк Д.Б. Пищевой ингредиент-концентрат фикоцианинов Arthrospira platensis: технология и верификация биомодели для доклинической оценки его иммуномодулирующих свойств Сборник трудов Международной научно-практической конференции (Международные Бочкаревские научные чтения) «Комплексный подход к научно-техническому обеспечению сельского хозяйства» (год публикации - 2024)
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Поликлональные антисыворотки к концентрату фикоцианинов (КФЦ) биомассы A.platensis получены внутрикожной (трижды) иммунизацией кроликов породы «Калифорнийский кролик». Через 2 недели после последней инъекции отобрана кровь из ушной вены и в сыворотке определяли титр антител IgG к КФЦ прямым ИФА. На аффинном сорбенте сефарозе RUselect-А выделяют поликлональные IgG антитела к КФЦ и иммобилизируют их на сефарозе 4В, активированной BrCN. Разработан лабораторный регламент №1(ЛР1) получения высокоочищенного концентрата фикоцианинов (ВКФЦ), включающий стадию иммуносорбции. Схема получения ВКФЦ включает водно-солевую экстракцию КФЦ при температуре +40°С в течение 3 часов, последовательные стадии двойной микрофильтрации полученного экстракта, в тангенциальном потоке (ТП) через мембрану с размерами пор 0,2 мкм и ультрафильтрации объединенного пермеата в ТП через мембрану с размерами пор 50 кДа, обессоливание отобранного ретентата, замораживание и лиофильное высушивание промежуточного продукта. Выделение ВКФЦ проводят на колонке, заполненной сефарозой 4B с иммобилизованными антителами JgG к КФЦ. Промежуточный продукт растворяют в калий-фосфатном буфере рН 7,4 и наносят на колонку уравновешенную этим же буфером. ВКФЦ элюируют с колонки 0,1М раствором уксусной кислоты, диализируют при температуре 2-4°С в 0,001М К-фосфатном буфере рН 7,4, и лиофилизируют. Схема получения ВКФЦ, представленная в ЛР2 включает так же, как и в регламенте ЛР1 последовательные стадии экстракции, двойной микрофильтрации и ультрафильтрации. Стадия иммуносорбции (вследствие неэффективности, установленной в результате проведенных экспериментов) заменена стадией ионообменной хроматографии промежуточного продукта на колонке заполненной гелем ДЕАЕ-сефароза. Собирают фракции объемом по 8,0 мл элюата и измеряют значения его оптической плотности (ОП) при длинах волн 280 нм и 620 нм. Степень чистоты образцов рассчитывают по соотношению удельных ОП их растворов при длинах волн 620 нм и 280 нм (ОП620/ОП280). Отбирают и объединяют фракции растворов со степенью чистоты не менее 3,0. Объединенный продукт обессоливают ультрафильтрацией в ТП через мембрану с размером пор 30 кДа. После замораживания продукт лиофильно высушивают и получают ВКФЦ. В Л1 иЛ2 дано описание технологического процесса, технологический контроль производства, основные правила безопасного ведения процесса, требования охраны окружающей среды, наименование и спецификация лабораторного оборудования, характеристика сырья и материалов, нормативные документы. В условиях лаборатории пищевых биотехнологий и специализированных продуктов выработано семь партий ВКФЦ общей массой 169г и комплекса ВКФЦ с яичным белком (ЯБ) общей массой 800г. Определено содержание ФЦ и ЯБ в составе комплекса ВКФЦ-ЯБ (10,3±0,1)% и (85,9±5,0)% соответственно. Также проведена дегустация и определены органолептические показатели сухого пищевого ингредиента комплекса ВКФЦ-ЯБ при двух температурных режимах хранения (22,0±2,0) ºС и (4,0±2,0) ºС в течение 6 месяцев. Органолептическая оценка образцов проведена по показателям: внешний вид (консистенция), цвет, запах, вкус с применением 5-ти балльной шкалы для каждого показателя. Максимально возможное количество баллов при суммарной оценке за все показатели равно 20. Оценки органолептических свойств сухого пищевого ингредиента (СПИ) для свежеприготовленного образца – 20,0 балла, для СПИ после хранения при температуре (22,0±2,0) ºС – 16,5 балла и для СПИ после хранения при температуре (4,0±2,0) ºС – 19,0 балла. Определены некоторые физико-химические показатели СПИ комплекса ВКФЦ-ЯБ при двух температурных режимах хранения (22,0±2,0) ºС и (4,0±2,0) ºС в течение 6 месяцев. Массовая доля влаги в составе свежеприготовленного комплекса ВКФЦ-ЯБ и после хранения при температуре (22,0±2,0)ºС и (4,0±2,0)ºС составила соответственно (8,3%±0,3)%, (8,2%±0,3)% и (8,4%±0,3)%. Массовая доля белка составила соответственно (85,9±5)%, (80,4±5)% и (80,0±5)%. Массовая доля фикоцианинов составила соответственно (10,3±0,1)%, (9,3±0,3)% и (6,7±0,3)%. Насыпная плотность соответственно (0,65±0,01) кг/м3, (0,65±0,01) кг/м3 и (0,62±0,01) кг/м3. Время растворения комплекса ВКФЦ-ЯБ в воде соответственно 90 сек, 104 сек и 87 сек. При вышеназванных температурных режимах хранения определены микробиологические показатели комплекса ВКФЦ-ЯБ. КМАФАнМ в составе свежеприготовленного комплекса ВКФЦ-ЯБ и после хранения при температуре (22,0±2,0)ºС и (4,0±2,0)ºС составило соответственно 9 х 103 КОЕ/г, 3,25 х 104 КОЕ/г и 3,2 х 104 КОЕ/г, БГКП в 0,1 г не обнаружены, E.coli и S.aureus в 1 г не обнаружены. Патогенные микроорганизмы (в т.ч. сальмонеллы) в 10 г не обнаружены. Плесени и дрожжи менее 10 КОЕ/г.
В продолжающемся эксперименте, начатом в 2023 г., на 49, 57, 64, 141 и 171 дни изучены иммуноадъювантные свойства КФЦ и КФЦ с ЯБ путём мониторинга уровней IgG к SARS-COV-2, а также биохимические, гематологические и гистологические показатели мышей на 190 день. Пик выработки IgG, зафиксированный на 64 день, был наибольшим в группах КФЦ с ЯБ в дозах 200 и 420 мг/кг массы тела. В группе, потреблявшей КФЦ с ЯБ в дозе 200 мг/кг м.т., на 141 день концентрация антител держалась выше контроля практически в 2 раза. Выявлены повышенные титры антител во всех опытных группах по сравнению с контролем. Полученные результаты характеризуют КФЦ с ЯБ, как обладающий иммуноадъювантным действием у мышей линии BALB/c при дозе 200 мг/кг м.т. При оценке биохимических и гематологических показателей общетоксического действия тестируемых объектов не было выявлено.
В 110-дневном эксперименте по сравнительной оценке влияния ВКФЦ и ВКФЦ с ЯБ на эффективность иммунизации вакциной «Спутник-V» SPF мышей BALB/c изучено влияние следующих препаратов: контроль вакцины (гр. 2), ЯБ (гр. 3), ВКФЦ (гр. 4), КФЦ с ЯБ (гр. 5) и ВКФЦ с ЯБ (гр. 6). Доза фикоцианинов составила 200 мг/кг м.т. Результаты иммунофенотипирования лимфоцитов свидетельствовали о наличии иммуностимулирующих свойств обоих комплексов (гр. 5 и 6), выраженных в повышенных уровнях CD45 клеток на фоне гр. 2 через 48 часов после первой вакцинации, также повышенных в гр. 6 через 72 часа. Гуморальный иммунный ответ оценивали путем выявления IgG к SARS-CoV-2 на 57, 64, и 78 дни. На 57 день повышение титра IgG относительно контроля отмечено в в гр. 3 на 6%, в гр. 4 на 17%, гр. 5 на 26% и в гр. 6 на 11%. Максимальные титры держались до конца эксперимента в гр. 5. Полученные результаты свидетельствуют о наличии иммуноадъювантных свойств комплексов, в т.ч. ВКФЦ с ЯБ. По результатам биохимического и гематологического анализа не выявлено изменений, связанных с исследуемыми объектами.
Публикации
1. Шипелин В.А., Холина А.В., Замятина А.В., Мазо В.К., Никитюк Д.Б. Влияние фикоцианинов из Arthrospira platensis на эффективность иммунизации противокоронавирусной вакциной in vivo Вопросы питания (год публикации - 2025)
2.
Бирюлина Н.А., Зорин С.Н., Мазо В.К., Никитюк Д.Б.
Modified method for obtaining a concentrate with a high total content of phycocyanins from A. platensis
BIO Web of Conferences, 2024;126; P. 01019 (год публикации - 2024)
10.1051/bioconf/202412601019
3. Шипелин В.А., Бервинова А.В. , Замятина А.В., Мазо В.К. , Никитюк Д.Б. Пищевой ингредиент – концентрат фикоцианинов из Аrthrospira platensis: доклиническая оценка иммуномодулирующих свойств на in vivo модели вакцинации против SARS-CoV-2 Наука, питание и здоровье : сборник научных трудов, Наука, питание и здоровье : сб. науч. тр. / Нац. акад, наук Беларуси, Н34 Науч.-практ. центр по продовольствию; под общ. ред. 3. В. Ловкиса. - Минск : Беларуская навука, 2024. С. 400-404 (год публикации - 2024)
4. Новокшанова А.Л., Билялова А.С., Бирюлина Н.А., Шипелин В.А., Никитюк Д.Б. Физико-химические показатели белкового модуля высокой биологической ценности с концентратом фикоцианинов Наука, питание и здоровье : сборник научных трудов, Наука, питание и здоровье : сб. науч. тр. / Нац. акад, наук Беларуси, Н34 Науч.-практ. центр по продовольствию; под общ. ред. 3. В. Ловкиса. - Минск : Беларуская навука, 2024. С. 45-50 (год публикации - 2024)
5. Бервинова А.В., Замятина А.В.,Шипелин В.А., Мазо В.К., Никитюк Д.Б. Оценка гуморального и клеточного иммунного ответа у мышей линии BALB/c, иммунизированных противокоронавирусной вакциной Актуальные проблемы общей и клинической биохимии – 2024 : сб. материалов республиканской научно-практической конференции, Актуальные проблемы общей и клинической биохимии – 2024 : сб. материалов республиканской научно-практической конференции, г. Гродно, 24 мая 2024 г. / отв. ред. В. В. Лелевич. – Гродно : ГрГМУ, 2024. C. 148-150/ (год публикации - 2024)
6. Бирюлина Н.А., Зорин С.Н., Мазо В.К. Концентрат фикоцианинов Arthrospira platensis: получение, физико-химическая характеристика Пищевая промышленность (год публикации - 2025)
7. Билялова А.С., Бирюлина Н.А., Новокшанова А.Л. Выявление термозащитного действия пищевых белков в отношении фикоцианина Вопросы питания, Том 93, № 6, 2024, с. 46-52 (год публикации - 2024)
8. Бирюлина Н.А., Зорин С.Н., Мазо В.К. Модифицированный метод получения концентрата с высоким суммарным содержанием фикоцианинов из биомассы Аrthrospira platensis Наука, питание и здоровье : сборник научных трудов, Наука, питание и здоровье : сб. науч. тр. / Нац. акад, наук Беларуси, Н34 Науч.-практ. центр по продовольствию; под общ. ред. 3. В. Ловкиса. - Минск : Беларуская навука, 2024. С. 45-50 (год публикации - 2024)
9. Новокшанова А.Л., Билялова А.С., Бирюлина Н.А. Обоснование срока годности белкового модуля высокой биологической ценности с концентратом фикоцианинов Пищевая промышленность (год публикации - 2025)
Возможность практического использования результатов
Пандемия COVID-19 продемонстрировала важность нутриентной поддержки организма человека как с позиции противодействия вирусу SARS-CoV-2, так и для формирования устойчивого гуморального иммунного ответа при вакцинации. Создание отечественной специализированной пищевой продукции диетического профилактического питания, предназначенной для повышения устойчивости иммунной системы человека к вирусным инфекциям, является актуальным разделом современной клинической нутрициологии. Важным этапом, определяющим возможность дальнейшей клинической апробации такой продукции, является доклиническое тестирование разработанных пищевых ингредиентов на экспериментальных моделях, проведённое в рамках реализации настоящего проекта. Полученные результаты могут быть востребованы при разработке стратегии персонализированной диетической иммунопрофилактики и могут внести свой вклад в укрепление здоровья различных групп населения.