История кафедры

История кафедры химической энзимологии

Кафедра химической энзимологии официально была образована в 1974 году. Однако ее создание началось на 10 лет раньше, в недрах кафедры химической кинетики, возглавляемой академиком Н.Н. Семеновым. В 1963 году во время пребывания на стажировке в Гарвардском университете  Илья Васильевич Березин познакомился  с работами ведущих научных центров США и пришел к выводу, что наиболее  интересной, актуальной и перспективной областью применения методов химической кинетики  является изучение физико-химических основ действия ферментов. Вернувшись в Москву, он кардинально изменил свое поле деятельности. Начав экспериментальные работы в области исследования кинетики и механизма действия ферментов, Березин предложил Химическому факультету ввести новую образовательную специальность: «Физическая химия ферментов». Был создан и прочитан им курс лекций, в который Илья Васильевич внес строгие экспериментальные и теоретические методы и подходы исследования ферментов как химических катализаторов, который сразу привлек внимание многих студентов.

Это время совпало с организацией в МГУ академиком А.Н. Белозерским Межфакультетской лаборатории биоорганической химии (в просторечии – Корпус А, ныне Институт физико-химической биологии им. А.Н.Белозерского). И.В.Березину была предложена должность заместителя директора Межфакультетской лаборатории и заведующего Отделом биокинетики, который получил два лабораторных помещения. В них разместились перешедшие в штат Корпуса А Новелла Федоровна Казанская, многолетняя коллега Ильи Васильевича и его заместитель по лаборатории, и Карел Мартинек, у которого Илья Васильевич был руководителем диплома и кандидатской диссертации. К. Мартинек стал на долгие годы единомышленником Березина, его близким коллегой и научным сподвижником. Впервые у Ильи Васильевича в Корпусе А появился личный кабинет. Скоро оба помещения Отдела биокинетики заполнились студентами, аспирантами. К 1968 году отдел биокинетики стал центром по изучению кинетики и механизма ферментативных процессов. Основными модельными ферментами были протеазы: химотрипсин, трипсин, папаин и др.

На химфаке на кафедре химической кинетики у Березина осталась только комната 134, а все остальные помещения он передал тем своим сотрудникам, которые продолжали самостоятельно работать в области химической кинетики. В середине 1968 года вернувшаяся из длительной зарубежной командировки Н.Н. Угарова начала там работать с новым классом ферментов – окислительно-восстановительных, прежде всего с пероксидазой хрена, которая позже стала лучшим ферментом – маркером в иммуноферментном анализе.

К началу семидесятых годов были экспериментально обоснованы те основные положения, которые вошли в понятие «Химическая энзимология»:

— двухцентровая модель ферментативного катализа, обосновывающая физико-химические причины снижения активационного барьера реакций, катализируемых ферментами;

— мицеллярная модель ферментативного катализа, позволившая объяснить многие особенности функционирования ферментов эффектами сближения и концентрирования реагентов в микрогетерогенных коллоидных системах, что послужило основой для развития мицеллярной энзимологии и ферментативного катализа в органических растворителях;

— новые подходы к использованию ферментов для управления сложными химическими процессами, такими как усиление слабых световых сигналов.   

За 60-е годы в научном коллективе Березина выросло много талантливых молодых кандидатов наук, среди них Андрей Левашов, Сергей Варфоломеев, Анатолий Клесов, Анатолий Яцимирский, защитившиеся в 1970-1972 гг. В 1972 г К. Мартинек защитил докторскую диссертацию по изучению механизма действия ферментов.

Все эти достижения по  исследованию физико-химических основ ферментативного катализа, а также работы  Березина по окислению углеводородов и по жидкофазным реакциям свободных радикалов послужили основанием для избрания Ильи Васильевича членом-корреспондентом АН СССР  в 1970 году по Отделению химии.

В 1969 г. И.В. Березин был избран  деканом Химического факультета МГУ и занимал этот пост в течение 12 лет вплоть до 1981 г. Большой интерес Госкомитета по науке и технике (ГКНТ) СССР к химическим наукам, ферментам и их применению, а также  деловые контакты декана с ГКНТ давали возможность регулярно получать значительное целевое финансирование на новые научные разработки факультета. Так на факультете появились «проблемные штаты», деятельность которых напрямую финансировал ГКНТ СССР. В 1973 году по решению ГКНТ была создана при декане факультета научная группа для разработки методов иммуноферментного анализа, руководителем которой стал Алексей Егоров, давний коллега Ильи Васильевича Березина. Для проведения экспериментальных работ этой группы был арендован целый этаж в Межшкольном центре профориентации школьников (сокращенно – Школа) и был оснащен самым современным научным оборудованием. Впоследствии эта группа практически стала научно-методическим центром по разработке и внедрению методов иммуноферментного анализа в нашей стране.

Еще в шестидесятые годы мысль о создании на химфаке новой кафедры химической энзимологии была одной из важных целей деятельности Ильи Васильевича. Однако Николай Маркович Эмануэль, один из руководителей кафедры химической кинетики, сначала был против выделения лаборатории И.В. Березина в отдельную, новую кафедру. Он советовал Илье Васильевичу возглавить кафедру химической кинетики и переориентировать ее сотрудников на новую тематику. Но Илья Васильевич был против таких «революционных» преобразований. Он считал, что сотрудники других лабораторий имеют самостоятельные и важные направления работ в области химической кинетики, и нельзя их так резко «переориентировать»!

К 1974 году научный коллектив во главе с И.В. Березиным уже имел своем составе много молодых, увлеченных энзимологией ученых и значительные научные достижения. Вскоре стало известно, что создание новой кафедры одобрено в верхах. Сначала в состав новой кафедры вошли всего несколько сотрудников И.В. Березина, занимавшихся ферментами, которые были переведены по приказу декана с кафедры химической кинетики. Из них Илья Васильевич назначил своим заместителем по кафедре Н.Н. Угарову, которая остается на этом посту уже 50 лет. Штаты кафедры стали быстро расти, но не за счет «изымания» ставок у других кафедр факультета, а за счет штатных и финансовых вливаний, которые получала кафедра от ГКНТ СССР на решение новых, перспективных научных проблем. 

Сотрудники нашей кафедры работали в трех местах: в корпусе А, в комнате 134 на факультете, а также в Школе. Встал вопрос о строительстве нового здания для кафедры. Напротив здания Кафедры химической технологии в это время профессор К.Н. Семененко вел строительство лабораторного корпуса на средства, полученные от Министерства химической промышленности. Но что-то, по-видимому, изменилось, и этот корпус был переориентирован под кафедру химической энзимологии.  Только несколько комнат на 4-м этаже отошли к сотруднику профессора К.Н. Семененко Борису Михайловичу Булычеву. К концу 1974 г были возведены лишь бетонные стены, лестницы и оставлены большие проемы между этажами для сооружения металлических коробов для вентиляционных и других технических систем. Строительство возобновилось, нередко устраивались на факультете субботники по уборке строительного мусора, что, конечно. встречалось скрытым неприятием сотрудников других кафедр. Тогда были созданы бригады по 8-10 человек из студентов, аспирантов и молодых сотрудников кафедры химической энзимологии, среди которых было много здоровых парней, участников стройотрядов. Эти бригады работали по расписанию как на уборке строительного мусора, так и на сборке лабораторной мебели внутри здания. Работа кипела. Были распределены помещения между научными группами.

Поздней осенью 1977 года первые переселенцы в телогрейках начали освоение еще не прогретых, как следует, холодных комнат нового корпуса на 4-м этаже. Постепенно в течение 1975 года осваивались и нижние этажи. Последними в строй вошли общекафедральные помещения на 1-м этаже: лаборатория микробиологии и лаборатория биохимии, оснащением которых активно занималась Е.И. Райнина. В корпусе кафедры были созданы многие обслуживающие группы: группа органического синтеза, стеклодувная, механическая и электротехническая мастерские, отдел научной информации, который периодически печатал подборку ссылок на статьи по тематике кафедры, а также компьютерный модуль.

Еще в 1972 году И.В. Березин был назначен председателем Научного совета ГКНТ СССР «Ферменты и их применение в народном хозяйстве и медицине».  Многие ветераны факультета помнят знаменитое заседание Ученого совета химфака в 1973 г, на котором декан Березин сделал большой доклад об иммобилизованных ферментах – биокатализаторах, способных совершить переворот в химической промышленности. Ученые факультета активно поддержали инициативу декана. Ученые кафедр высокомолекулярных соединений, аналитической химии Химфака начали совместные работы с сотрудниками кафедры химической энзимологии. Так начался новый этап развития исследований, получивший название «инженерная энзимология», на кафедре и на химическом факультете МГУ. Инженерная энзимология включала в себя изучение структуры и механизма действия ферментов, разработку методов стабилизации структуры ферментов и их иммобилизации, создание биореакторов и других технологий биокаталитических процессов. И.В.Березин заслуженно считается основателем одной из ведущих мировых научных школ по инженерной энзимологии.

По инициативе И.В. Березина была создана Государственная программа по инженерной энзимологии, в которой принимали участие институты многих республик СССР. Головной организацией в этой программе стала кафедра химической энзимологии. Ежегодно проводились симпозиумы по инженерной энзимологии во всех столицах союзных республик от Таллина до Еревана.  И.В. Березиным и его учениками были заложены основы многих направлений, которые затем вошли в золотой фонд отечественной и мировой науки. Среди них наиболее известны следующие:

— иммобилизация и стабилизация ферментов для создания практически важных биокатализаторов;

— биоэлектрокатализ — прямое сопряжение окислительно-восстановительных ферментативных и электрохимических процессов, явление биоэлектрокатализа было зарегистрировано как открытие в 1978 г.;

— применение иммобилизованных ферментов в медицине: создание и успешное испытание ферментативных лекарственных препаратов;

—  ферментативный гидролиз целлюлозы;

— ферменты в тонком органическом синтезе и для фармацевтической промышленности (получение антибиотиков, синтез хиральных соединений);

— аналитическая биотехнология и ферменты для медицинской диагностики;

— биоконверсия солнечной энергии: получение фотоводорода, биогаза;

— биолюминесцентная люциферин-люциферазная система светляков и ее применение в биотехнологии, экологии и медицине.

Ряд прикладных разработок в области инженерной энзимологии, выполнявшихся на кафедре под руководством И.В. Березина, были успешно внедрены в практику. Среди них следует, в первую очередь, назвать создание первого в нашей стране тромболитического препарата «стрептодеказа». За цикл исследований теоретического, экспериментального клинического обоснования применения иммобилизованных ферментов для лечения сердечно-сосудистых заболеваний И.В. Березин и К. Мартинек в составе авторского коллектива были удостоены Ленинской премии СССР (1982 г.). На заводах Главмикробиопрома были успешно испытаны и запущены в производство ферментативная технология получения β-лактамных антибиотиков, процесс ферментативного гидролиза целлюлозосодержащих отходов и получения ферментов-целлюлаз. Широкое распространение получили диагностические наборы на основе иммуноферментного анализа. Реагенты на основе иммобилизованной люциферазы светляков были успешно испытаны для быстрого определения биозараженности различных технических материалов, инфицированных ран и для быстрого подбора антибиотиков при лечении пациентов.

В 1981 г И.В. Березин был утвержден директором Института биохимии АН СССР им. А.Н. Баха, продолжая активно руководить кафедрой. Новый директор в целях обновления и расширения тематики работ Института пригласил молодого доктора наук, своего ученика А.А. Клесова на должность заведующего лабораторией. Березин также отобрал с кафедры химической энзимологии 4-х лучших выпускников аспирантуры (Бориса Дзантиева, Александра Ярополова, Владимира Попова и Александра Савицкого) в состав новой лаборатории инженерной лаборатории Института. Впоследствии в Институте эти молодые ученые возглавили новые лаборатории: иммунобиохимии, физической биохимии, химической энзимологии, биотехнологии ферментов и молекулярной инженерии. Сегодня многие из тех исследовательских направлений, что были инициированы на кафедре И.В. Березиным, являются неотъемлемой частью научных исследований Института.

В 1974 г. кафедра выпустила первых студентов. За первые десять лет работы на кафедре было защищено несколько докторских диссертаций (Клесов А.А. — 1977 г., Варфоломеев С.Д. – 1979 г., Угарова Н.Н. – 1982 г., Яцимирский А.К. – 1984 г., Егоров А.М. – 1985 г.) и десятки кандидатских диссертаций. В 1985 г коллектив кафедры насчитывал уже около 100 человек во главе с ее руководителем И.В.Березиным. На кафедре по штатному распианию было 5 научных лабораторий, но реально работающими единицами были научные группы, в которые могли входить сотрудники из разных лабораторий и даже те, которые формально были в штатах Отдела биокинетики Корпуса А. К концу 80-х годов в здании Кафедры трудились научные группы С.Д. Варфоломеева, А.М. Егорова, Н.Ф. Казанской, А.В. Левашова, А.П. Синицына, Н.Н. Угаровой, В.И. Яковлевой и А.К. Яцимирского.

После ухода из жизни И.В. Березина (1987 г.) решением ректора МГУ академика В.А. Садовничего, основанного на результатах голосования коллектива кафедры, на пост заведующего кафедрой был назначен лауреат Государственной премии СССР, профессор С.Д. Варфоломеев, который руководил кафедрой более 30 лет (с 1987 по 2020 г.)

В конце 80-х годов под эгидой ГКНТ СССР была создана новая государственная программа по молекулярной биологии и биотехнологии, в рамках которой было организовано научно-практическое направление по биологическому катализу. На кафедру были возложены обязанности руководства этим направлением.  На основе кафедры был сформирован Совет по биокаталитическим технологиям, который отвечал за развитие этих работ и распределение финансирования научно-практических работ в СССР. В результате деятельности Совета исследования по ферментам и биокаталитическим технологиям получали возможность развития на Украине, в Литве, Латвии, Эстонии, Грузии, Узбекистане.

Период перестройки и глубокого кризиса 90-х годов был сложным в истории страны, Московского университета и кафедры химической энзимологии. МГУ пережил эти тяжелые годы в известной степени благодаря усилиям и руководству ректора академика В.А. Садовничего. В 90-х годах, в период всеобщего обнищания страны, он нашел возможность выплачивать сотрудникам МГУ двойную зарплату. Это имело большое значение для сохранения высокого научно-образовательного потенциала МГУ.

В условиях глубокого кризиса 90-х годов удалось сохранить коллектив кафедры химической энзимологии, хотя ряд ведущих сотрудников кафедры эмигрировал из страны. В это время при химическом факультете впервые было создано ЗАО «Биохиммак», в состав акционеров которого вошли сотрудники кафедры (А.П. Синицын, С.В. Черноглазов). Несколько позже А.М. Егоров создал ООО «Иммунотех» для производства коммерческих наборов для иммуноферментной диагностики. Эти предприятия эффективно работают и в настоящее время, оказывая кафедре материальную поддержку.

Еще в 90-е годы на кафедре стали развиваться работы в области генетической инженерии, были освоены методы дизайна и клонирования мутантных белков. Это позволило получить ферменты с улучшенными свойствами, необходимыми для их практического применения, а также рекомбинантные штаммы–продуценты для высокоэффективной биоконверсии природных материалов. Многие ведущие сотрудники кафедры в 90-е и 2000-е годы защитили докторские диссертации: Н.Ф. Казанская, Н.И. Ларионова, С.В. Калюжный, В.И. Тишков, И.Г. Газарян, Н.Л. Еремеев, А.В. Гусаков, С.А. Еремин, И.Ю. Сахаров, А.К. Гладилин, Е.В. Кудряшова, Е.Н. Ефременко, П.А. Левашов, А.А. Пометун, Н.Г. Балабушевич. В структуре кафедры были созданы новые лаборатории, которые и в настоящее время являются основными структурными подразделениями кафедры: лаборатория физико-химических основ биоконверсии энергии (руководитель — проф. Н.Н. Угарова), лаборатория экобиокатализа (руководитель – с 2005 по 2010 г проф. Курочкин И.Н., с 2010 г. — проф. Е.Н. Ефременко), лаборатория мицеллярной энзимологии (руководитель – проф. А.В. Левашов, с 2023 г. – д.х.н. П.А. Левашов), лаборатория физико-химической трансформации полимеров (руководитель — проф. А.П. Синицын), лаборатория постгеномной химии (руководитель — проф. И.Н. Курочкин).

Спектр научных тематик, развиваемых на кафедре, также претерпел серьезные изменения. Расширились исследования по медицинскому применению биокатализаторов и других физиологически активных веществ, по разработке средств доставки лекарств в различные органы и ткани, по разработке флуоресцентных, биолюминесцентных и хемилюминесцентных методов детекции различных молекул в медицине, биотехнологии и природоохранных технологиях. Важную роль в развитии научных направлений кафедры сыграли экспедиционные работы «Термофилы Камчатки», в ходе которых была собрана уникальная коллекция штаммов-термофилов вулканического происхождения.

Кафедра приняла участие в формировании и эффективном проведении ряда крупных международных проектов, таких как проект «Эльба» (Италия, биосенсоры, AFM), «Уничтожение химического оружия» (США), «Биосенсорные технологии» (Германия). Эти проекты в определенной степени способствовали научному и материально-техническому развитию кафедры. В 2015-2017 гг на кафедре был выполнен Мегагрант, руководителем которого являлся выпускник кафедры химической энзимологии профессор А.В. Кабанов. В результате выполнения данного Мегагранта была создана новая научная лаборатория химического дизайна бионаноматериалов (руководитель — проф. Н.Л. Клячко). Регулярно, в течение 20 лет каждые два года проходят международные научные конференции «Биокатализ», которые собирают специалистов из различных областей, изучающих структуру и функции биокатализаторов и их применение в биотехнологии, медицине и биоинженерии. В 2023 г прошла очередная, Юбилейная, конференция по биокатализу в честь 100-летия со дня рождения И.В. Березина, в которой приняли участие более 300 ученых России и зарубежных стран.

В эти годы существенно расширился объем педагогической работы, реализуемой с участием сотрудников кафедры. Удалось с известными трудностями включить в образовательный цикл студентов Химического факультета МГУ курс «Химические основы биологических процессов». Впоследствии этот курс вошел в структуру образования студентов-химиков всех классических университетов страны.

Важным этапом в развитии кафедры была организация в 1989 г. Совета ВАК по присуждению степени кандидата и доктора наук по специальностям «кинетика и катализ», «биохимия», «биотехнология» по химическим наукам (1989-2000 – диссовет Д053.05.76, 2000–2017 — диссовет Д501.001.59, МГУ имени М.В. Ломоносова, Химический факультет). Это обеспечило успешное развитие аспирантуры на кафедре и создало основы взаимодействия со многими научно-педагогическими центрами страны. В период перехода МГУ на присуждение ученых степеней в структуре ВАК МГУ Совет был переформатирован (с 5 сентября 2017 – диссовет МГУ.014.4, МГУ имени М.В. Ломоносова, Химический факультет), и были получены новые возможности присуждения степени по специальности «кинетика и катализ» по физико-математическим наукам. За период функционирования диссертационного совета с 1989 г. по 2024 г степень кандидата наук была присуждена более 250 соискателям, среди которых 80% были аспиранты кафедры, и степень доктора наук – более 30 соискателям, из которых 50% составили сотрудники кафедры химической энзимологии. Своим успехом в эффективной работе диссовет обязан не только деятельности его бессменного председателя в лице член-корр. РАН Варфоломеева С.Д. и его заместителя – проф. Угаровой Н.Н., но и его ученого секретаря, функции которого длительное время исполняли к.х.н. Кост О.А., а затем к.х.н. Сакодынская И.К..

Кафедра активно взаимодействовала с институтами Академии наук СССР и продолжает сохранять рабочие контакты с институтами Российской академии наук, в том числе как поставщик высоко квалифицированных кадров. Действующие сотрудники и выпускники кафедры являются действительными членами Академии наук: акад. А.М. Егоров, акад. А.Г. Габибов, акад. В.О. Попов, акад. С.О. Бачурин, чл.-корр. С.Д. Варфоломеев, чл.-корр. А.В. Кабанов, чл.-корр. К.А. Мирошников. Руководителями ряда ведущих институтов страны являлись и в настоящее время продолжают руководить выпускники кафедры: акад. А.Г. Габибов (Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова), акад. В.О. Попов (ФИЦ «Биотехнология»), акад. А.М. Егоров (Институт полиомиелита и вирусных энцефалитов им. М. П. Чумакова), чл.-корр. РАН С.Д. Варфоломеев (Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля), акад. С.О. Бачурин (Институт физиологически активных веществ), проф. И.Н. Курочкин (Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля).

Многие сотрудники кафедры были отмечены за свою успешную педагогическую, научную и продолжительную трудовую деятельность различными наградами и почетными званиями. Так Премией имени М.В. Ломоносова 1 степени (2000 г.) и медалью ордена «За заслуги перед Отечеством» II степени (2024 г.) за большой вклад в развитие отечественной науки, многолетнюю плодотворную деятельность и в связи с 300-летием со дня основания РАН был награжден проф. Варфоломеев С.Д.. Почетным званием заслуженного деятеля наук РФ и Почетной грамотой президента РФ был отмечен труд Угаровой Н.Н., которая на протяжении 50 лет исполняла обязанности заместителя заведующего кафедрой химической энзимологии. Почетное звание заслуженного профессора МГУ было присвоено – проф. Левашову А.В. (2008 г.), проф. Клячко Н.Л. (2010 г.), проф. Тишкову В.И. (2015 г.); почетное звание заслуженного научного сотрудника МГУ —  проф. Ларионовой Н.И. (2010 г.), проф. Синицыну А.П. (2013 г.), проф. Еремину С.А. (2018 г.), проф. Ефременко Е.Н. (2023 г.); почетное звание заслуженного преподавателя МГУ – доц. Белогуровой Н.Г. (2021 г.); почетное звание заслуженного работника МГУ — Артамоновой И.С. (2013 г.), Усковой Н.А. (2022 г.).

С 2020 г. заведующим кафедрой химической энзимологии является доктор химических наук, профессор Наталья Львовна Клячко, выпускница кафедры 1977 г.