Научный сотрудник лаборатории исследований органических соединений Химического института имени А.М. Бутлерова Казанского федерального университета Анастасия Назарова создает системы, направленные на снижение токсичности гербицидов.

Ее научная работа «Разработка нового типа супрамолекулярных антидотов ряда гербицидов на основе полифункциональных парациклофанов» стала одной из лучших на конкурсе Российского научного фонда на получение грантов РНФ по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

«Проект посвящен новому подходу к разработке низкотоксичных супрамолекулярных систем (структуры, состоящие из большого количества молекул, объединенных межмолекулярными взаимодействиями), являющихся антидотами. Антидоты – макроциклические соединения, вещества, способные взаимодействовать с ядовитыми молекулами. Благодаря этому взаимодействию значительно понижается токсичность гербицидов», – отметила Анастасия Назарова.

По словам научного сотрудника, проблема продовольственной безопасности усугубляется с каждым годом из-за сокращения площади пахотных земель и экологических проблем (эрозия почвы, изменение климата, доступность воды). Существующие современные регуляторы роста и пестициды позволяют лишь частично решить проблему продовольственного кризиса из-за их высокой токсичности и ненаправленности действия. В связи с этим разработка нового поколения низкотоксичных супрамолекулярных антидотов ряда гербицидов является одной из первостепенных задач экологически чистого агрохозяйства, утверждает научный сотрудник КФУ.

Подходы к синтезу пиллар[5]аренов (новый класс макроциклических соединений, молекулы которых похожи на стаканчик для мороженого, но без дна) и свойства данной макроциклической платформы успешно изучаются исследовательской группой Химического института им.Бутлерова на протяжении последних пяти лет.

Это исследование – продолжение темы диссертационной работы А.Назаровой, посвященной созданию комплексов включения на основе монозамещенных пиллар[5]аренов. В течение последнего года успешно ведется разработка супрамолекулярных антидотов на основе пиллар[5]аренов ряда гербицидов.

«На сегодняшний день 80-90 процентов пестицидов, использующихся в сельском хозяйстве для защиты культурных растений от болезней и вредителей, поражают нецелевые культуры, и только один процент применяемых пестицидов достигает целевых вредителей. Увеличение концентрации пестицидов выше рекомендуемых норм в полевых условиях может изменить рост и активность микроорганизмов, влияя на круговорот питательных веществ в почве. Разработанное в данном проекте новое поколение низкотоксичных супрамолекулярных антидотов позволит понизить токсичность существующих гербицидов. Благодаря этому будет предотвращена биоаккумуляция последних в естественном экологическом круговороте, что предотвратит ряд экологических проблем и социальных последствий», – утверждает Анастасия.

В частности разработка подобных систем позволит уменьшить загрязнение почв и грунтовых вод пестицидами, что приведет к понижению токсичности применяемых пестицидов для животных и человека.

«Уникальность проекта заключается в использовании нетоксичной полифункциональной макроциклической платформы пиллар[5]аренов как антидотов, позволяющих значительно понизить токсичность некоторых гербицидов. Использование водорастворимых производных пиллар[5]арена позволит проводить самосборку супрамолекулярных систем (это процесс организации молекул, когда молекулы выстраиваются в красивые и полезные архитектуры). Кроме того, введение заданных рецепторных функций в структуру пиллар[5]арена обеспечит дополнительные возможности по связыванию молекул пестицидов за счет электростатических, донорно-акцепторных и гидрофобных взаимодействий», – отметила научный сотрудник КФУ.

Проект поддержан в этом году, поэтому говорить о результатах рано. Однако на сегодняшний день уже было синтезировано несколько полифункциональных макроциклов, которые способны к связыванию виологена (сильный гербицид, который получил широкое распространение в середине ХХ века, гербициды являются высокотоксичными веществами для человека и животных). В ходе реализации проекта планируется расширить ряд молекул-хозяев и изучаемых гербицидов.

Этот проект планируется реализовать в Химическом институте на кафедре органической и медицинской химии. Это позволит интегрировать синтетические и физико-химические исследования. Предполагается, что это будет раствор для обработки культурных растений.

«Было подсчитано, что ежегодно во всем мире происходит около трех миллионов зарегистрированных случаев острого отравления пестицидами и примерно 10 процентов этих отравлений (около 300 тысяч) приводят к смерти. Исследования, проводимые в основном в промышленно развитых странах, установили последствия воздействия пестицидов на здоровье, включая воздействие на репродуктивное здоровье и возникновение рака. Таким образом, острое отравление пестицидами стало серьезной проблемой общественного здравоохранения во всем мире после интенсификации сельского хозяйства и увеличения спроса на агрохимикаты. Необходимость обеспечения местного сельскохозяйственного производства, продовольственной безопасности в странах с низким и средним уровнем доходов и одновременно защита здоровья населения от последствий в результате воздействия пестицидов стала одной из основных проблем глобального общественного здравоохранения. Таким образом, создание супрамолекулярных антидотов ряда гербицидов позволит в значительной степени уменьшить загрязнение экосистемы, снизить токсичность для животных и человека, увеличить урожайность культурных растений», – отмечает А.Назарова.

Победа проекта в конкурсе РНФ позволит научному сотруднику развивать актуальную для нашей страны и республики тематику. По результатам работы планируется опубликовать статьи в высокоцитируемых изданиях. Также полученное финансирование необходимо для закупки реактивов и расходных материалов, поездок на конференции российского и международного уровней.

«Мне было очень приятно, что эксперты высоко оценили мою заявку. Участие в качестве исполнителя в грантах РНФ, РФФИ, а также руководства грантами, поддержанными РФФИ и Советом по грантам Президента РФ, позволило накопить достаточный опыт для написания результативной заявки и рассчитывать на поддержку данного проекта РНФ. Важным фактором оказалась и всесторонняя поддержка моего научного руководителя, профессора, доктора химических наук Ивана Стойкова, который помогал как при написании диссертационной работы, так и в ходе дальнейших научных исследований», – добавила А.Назарова.

Главной особенностью проекта, позволившей одержать победу в конкурсе, является его направленность на внедрение систем рационального применения средств химической защиты сельскохозяйственных растений и животных, которое входит в перечень критических технологий РФ. Кроме того, в данном проекте впервые выдвигается идея применения пиллар[5]аренов как супрамолекулярных антидотов, значительно понижающих токсичность гербицидов, для предотвращения разложения последних, а также для снижения их нежелательных побочных эффектов. Такие супрамолекулярные антидоты можно использовать в качестве добавки к уже имеющимся и применяемым в сельском хозяйстве гербицидам.