ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН совместно с научными организациями-участниками Консорциума закончил 2-й этап исследований по программе выполнения крупного научного проекта «Фундаментальные исследования перемещений патогенных микроорганизмов и вирусов в пищевых системах и создание инновационных средств их предотвращения с использованием антимикробных материалов и физических методов воздействий на биологические объекты», финансируемого Министерством науки и высшего образования Российской Федерации (Соглашение №075-15-2020-775).

Главной целью реализации проекта является создание безопасных пищевых систем, устойчивых к глобальным вызовам, провоцирующим вспышки пищевых инфекций.

В 2021 году коллективом ученых, работающих над проектом (а среди них 60% молодых ученых в возрасте до 39 лет),  были полученные следующие важнейшие научные результаты.

Впервые на территории Российской Федерации изучены закономерности сезонных изменений микробных сообществ пищевых производств, в т.ч. бактериальных биопленок, оценены девиации удельной встречаемости патогенных и сапротрофных доминант. Созданы модели моно- и мультивидовых биопленок грамотрицательных и грамположительных бактерий, выделенных из объектов производственной среды, с целью разработки методов изучения влияния на них внешних факторов. Охарактеризованы интенсивность биопленкообразования, морфотипы выживания патогенов, антибиотикорезистентность и устойчивость к дезинфектантам штаммов микроорганизмов, выделенных из объектов производственной среды. Обнаружено явление быстрого восстановления жизнеспособности клеток в составе биопленок, обработанных дезинфектантом.

Впервые на территории Российской Федерации оценена проблема присутствия пищевых вирусов в продуктах питания. Показаны высокий уровень распространенности Норовируса GII в устрицах (9,6%) и в клубнике (6,8%), а также необходимость дальнейшего углубленного мониторинга.

Получены новые данные по выживаемости микроорганизмов под воздействием обработки различными физическими методами, в т.ч. изучено влияние плазмы тлеющего разряда; высокочистой низкотемпературной аргоновой плазмы; спектрально-селективная инфракрасной (ИК) лазерной и низковольтной электрической инактивации бактерий; разрушение биопленок методом лазерного переноса наночастиц, а также влияние радиационной обработки. Разработан источник плазмы тлеющего разряда, способный создавать в водных растворах условия, не совместимые с жизнью микроорганизмов, не имеющий прямых аналогов. Показана перспективность фемтосекундного лазерного излучения среднего ИК диапазона для антибактериальной обработки и стерилизации. Предложен и апробирован новый высокоэффективный бактерицидный материал на основе электрически слабозаряженных наноструктурированных металлических пленок на поверхности кристаллического кремния. Получены композиционные материалы: на основе пленок оксида графена и НЧ, синтезированных в плазменном разряде под действием УЗ кавитации; новые композиты на основе борсилаксан и ПЛГА, обладающие уникальными свойствами (проявляют бактериостатический эффект и являются биосовместимы с клетками эукариот). Впервые проведены систематические исследования формирования полимерных покрытий из водных растворов и дисперсий на основе коммерчески выпускаемых соединений поликатионов, их интерполиэлектролитных комплексов и композитов с наночастицами серебра, их свойств и полученных рецептур. Разработаны методики синтеза металлополимерных нанокомпозитов в дисперсиях интерполиэлектролитных комплексов с использованием радиационно-химических и фотохимических подходов. Получены новые данные о биоцидной активности полимерных покрытий.

Практическая значимость результатов исследований. В 2021 году разработаны и утверждены МР 784-00419779-2021 «Методика создания моделей моно- и мультивидовых биопленок грамотрицательных и грамположительных бактерий». Апробация положений МР 784-00419779-2021 подтверждена актами получения соответствующих моделей биопленок и их пригодностью для исследования in vitro влияния внешних факторов. Показана устойчивость бактерий к дезинфектантам, используемым в производстве пищевых продуктов, и обоснована необходимость улучшения процедур дезинфекции на предприятиях. Проведена апробация конкретных методик определения пищевых вирусов в объектах ПС, в т.ч. по выявлению Норовируса из мягких фруктов/ягод/ и двухстворчатых моллюсков, а также вируса Гепатита Е из свиной печени. Проведена оценка различных методов по выделению и очистки РНК пищевых вирусов. Полученные результаты по апробации конкретных методик определения Норовируса и вируса Гепатита Е будут использованы при доработке проекта МР «Методические рекомендации по выявлению вирусных инфекций в пищевой промышленности» (утверждение документа запланировано в 2022 году). Установлена высокая контаминация патогенными и условно патогенными микроорганизмами труднодоступных мест (потолки, стены, конвейерные конструкции и пр.) объектов ПС вне зависимости от сезона исследования. Результаты, полученные при изучении выживаемости микроорганизмов под воздействием различных физических методов, и наиболее перспективные способы будут использованы для разработки новых подходов к антимикробной обработке объектов ПС. Применение полимерных биосовместимых композитных материалов для создания антибактериальных покрытий, предотвращающих появление биопленок, представляется весьма перспективным для современной медицины, фармацевтической и пищевой промышленности. Результаты исследований соединений поликатионов и металлополимерные нанокомпозитов могут быть использованы для разработки биоцидных пленок и покрытий, получаемых из водных растворов и дисперсий полимерных систем, что соответствует современным экологическим подходам.

В целом результаты выполнения проекта будут отвечать вызовам, стоящим перед человечеством по обеспечению глобальной продовольственной безопасности, содействовать целям устойчивого развития планеты (17 ЦУР, принятых ООН) и иметь пионерский характер в создании новых научных стратегий предотвращения угроз пищевых инфекций, вызываемых патогенными микроорганизмами и вирусами.

Социальная значимость и эффект от реализации проекта:

Современные звенья производственной цепи продовольствия (пищевых систем) от «поля» до «потребителя» представляют собой среду для возникновения, передачи и распространения инфекционных заболеваний. Являясь сложными комплексами, пищевые системы не свободны от циркуляции в них микроорганизмов и вирусов, которые способны мигрировать, мутировать и передаваться человеку вместе с продуктами питания. Пищевые системы, не защищенные соответствующим образом, могут являться и объектами для преднамеренного инфицирования (биотерроризма). В связи с этим социальная значимость проекта состоит в повышении надёжности современных стратегий защиты пищевых систем. Изучение перемещений возбудителей бактериальной и вирусной природы имеет решающее значение для обеспечения безопасности как внутригосударственных, так и международных поставок продовольствия.

Эффект от реализации проекта будет состоять в получении новых фундаментальных знаний, необходимых для повышения безопасности пищевых систем и их устойчивости к таким вызовам как вспышки инфекционных заболеваний. Полученные научные результаты станут основой для достижения целей научно-технологического и устойчивого развития России в целом, а именно: реализация проекта позволит получить новые материалы (приоритет 20а) с антимикробными свойствами; будет способствовать переходу к экологически чистым и ресурсосберегающим технологиям (приоритеты 20б и 20г) за счет сокращения всех видов потерь, неразрывно возникающих и воздействующих на окружающую среду при необходимости утилизации опасного продовольствия и/или при утрате продовольствия в результате порчи, в также сокращению применения антибактериальных лекарственных препаратов (приоритет 20в) за счет развития научных знаний о механизмах выживаемости бактерий и нанотехнологий; обеспечит развитие систем безопасности и качества пищевых производств и их устойчивости к угрозам пандемического характера (приоритеты 20г и 20д). Возможность повышения эффективного предотвращения вспышек пищевых инфекций необходима для развития связанности территорий, дальнейшего освоения космического и воздушного пространства, Мирового океана, Арктики и Антарктики (приоритет 20е). Полученные результаты фундаментальных исследований будут востребованы для последующих разработок прикладного характера, создания частных решений в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства и других сфер деятельности.

Уникальность и мировой уровень: Одним из важных оригинальных, патентуемых в настоящее время, научных результатов проекта является демонстрация дистанционной (бесконтактной) инактивации-дезинфекции пищевых бактериальных патогенов с помощью спектрально-селективного воздействия ИК-лазерного излучения исключительно на характеристические молекулярные колебания ключевых функциональных органелл бактерий (в частности, на трехмерные структуры молекул ДНК), а также способ и устройство на основе разработанного источника плазмы тлеющего разряда для низкотемпературной стерилизации инструмента.

Проведены 2 международные конференции (1 - совместно с Российским университетом дружбы народов). Сделано 30 устных научных докладов на 10 международных конференциях и конгрессах. По результатам исследований за 2020-2021 гг. опубликовано 35 научных статей в высокорейтинговых изданиях первого и второго квартиля. Средний процентиль актуальности тематики публикаций SciVal (отражает интенсивность интереса мирового научного сообщества к выбранной теме) – 94,019. Средний взвешенный по области знаний индекс цитирования FWCI (значение больше 1,00 означает, что цитирование документа выше среднего) – 3,09. Опубликованные статьи процитированы учеными 46 стран, в т.ч. США, Австралии, Австрии, Армении, Бангладеш, Беларуси, Бельгии, Бирмы, Бразилии, Великобритании, Вьетнама, Германии, Греции, Дании, Египта, Израиля, Индии, Индонезии, Ирака, Ирана, Испании, Италии, Казахстана, Канады, Китая, Колумбии, Малайзии, Марокко, Мексики, Нидерландов, Новой Зеландии, Пакистана, Польши, Португалии, Саудовской Аравии, Сербии, Тайваня, Таиланда, Украины, Франции, Чехии, Чили, Швейцарии, Эквадора, Южной Кореи, Японии.