Фосфорорганические отравляющие вещества (ФОВ) включены в 1-й Список Приложения по химикатам Конвенции о запрещении разработки, производства, накопления и применения химического оружия и о его уничтожении (КХО). Для контроля за соблюдением КХО необходимы методы, позволяющие ретроспективно установить факт воздействия ФОВ на людей. Характерными долгоживущими биомаркерами экспонирования к ФОВ являются продукты фосфорилирования тирозина, которые могут образовываться в организме человека при поражении зарином, зоманом, табуном и V-газами американского, российского и китайского производства. Нами разработаны способы синтеза и выделения тирозиновых аддуктов производных метилфосфоновой и фосфорной кислот, используемых в качестве образцов сравнения. Схема синтеза включает последовательную защиту карбоксильной и аминной групп тирозина, его О-фосфорилирование соответствующими алкилфосфонатами и фосфатами, очистка от примесей методом колоночной хроматографии (SiO₂, элюент – хлористый метилен/этилацетат 1:1), снятие защитных групп с выделением соответствующих О-фосфорилированных тирозиновых аддуктов. После колоночной хроматографии выделены продукты с чистотой более 90 %, что позволило вовлекать их в дальнейшие превращения с использованием катализатора без угрозы его «отравления». Бензили карбоксибензильную защиту фосфорилированных L-тирозинов (12–17) снимали с помощью каталитического гидрирования молекулярным водородом при атмосферном давлении. Целевые аддукты фосфорилирующих реагентов и L-тирозина были получены с выходами 63–82 % в виде кристаллических белых веществ, легко растворимых в воде и этаноле, плохо – в хлористом метилене и ацетонитриле.

Разработаны биокатализаторы на основе органофосфатгидролазы, модифицированной полигистидиновой последовательностью (His₆-OPH), предназначенные для детоксикации фосфорорганических соединений (ФОС) и разложения N-ацилгомосеринлактонов. Их создание стало возможным благодаря способности фермента His₆-OPH к нековалентному связыванию с различными веществами (полимерами, антиоксидантами, антимикробными средствами и др.). Это же свойство фермента His₆-OPH позволило получить различные стабилизированные нанокомплексы. Показано, что молекулярный докинг разных ФОС и N-ацилгомосеринлактонов может быть проведен с использованием компьютерного моделирования непосредственно к активным центрам димера His₆-OPH, что позволяет теоретически установить новые субстраты для ферментативного гидролиза. Полученные по разработанной технологии биокатализаторы обладают большой стабильностью в различных условиях окружающей среды. Установлено, что полимеры аминокислот (полиглутаминовая и полиаспаргиновая кислоты) являются наиболее эффективными стабилизаторами фермента His₆-OPH, обеспечивающими максимальное сохранение активности фермента. В полученных ферментативных комплексах достигнуто сохранение первоначальных каталитических характеристик фермента до 100%. Фермент His₆-OPH был иммобилизован на полиакриламидном криогеле, модифицированном остатками иминодиуксусной кислотой и заряженном ионами двухвалентных металлов, что позволило получить биокаталитически активные колоночные картриджи для полной деградации различных ФОС в проточных системах. Разработана технология применения иммобилизированного фермента His₆-OPH для разложения ФОС в виде чистых веществ, а также в составе реакционных масс, получаемых после химического разрушения отравляющих веществ. Также иммобилизированную His₆-OPH можно использовать для создания многослойных защитных материалов, эффективно предотвращающих проникновение через них токсичных веществ, таких как VХ, в течение длительного времени. Установлено, что нанобиокатализаторы на основе фермента His₆-OPH обладают антидотными свойствами и способны циркулировать в крови экспериментальных животных по меньшей мере в течение 25 ч. Получены нанокомплексы фермента с соединениями с антиоксидантной активностью, а также с антибиотиками. Наиболее эффективно идет формирование комплекса фермента His₆-OPH с антибиотиками, содержащими ß-лактамное кольцо. Взаимодействие различных химических веществ с His₆-OPH может быть компьютерно смоделировано таким образом, чтобы выявить новые возможные каталитически активные комбинации для фермента. Это позволяет предварительно прогнозировать возможность и эффективность использования ферментных биокатализаторов как антидотов или дегазирующих средств в отношении различных ФОС.

Актинии повсеместно распространены в Мировом океане и представляют собой древнейшие активно-ядовитые организмы. Их основной инструмент нападения на других животных – нематоцисты, жалящие органеллы, внутри которых заключена свернутая полая нить с ядовитым острием на конце. Для привлечения потенциальных жертв они используют флуоресцентные белки, ставшие отдельным объектом исследования в качестве генетически кодируемых маркеров для наблюдения за активностью промоторов генов. Ядовитый секрет актиний характеризуется наличием максимального количества пептидов различных структурных классов и пространственных структур среди изученных наземных и морских организмов (пчелы, пауки, скорпионы, змеи, моллюски конусы и др.), что затрудняет его идентификацию и дифференциацию от ядов животных других таксонов, если неизвестен конкретный источник его происхождения. Токсичность некоторых биологически активных пептидов актиний (RpI, RpIII) при внутривенном введении экспериментальным животным сравнима с токсичностью наиболее известных и опасных представителей природных токсинов, имеющих сходный механизм действия (альфа-гемолизин и тетродотоксин), или боевых отравляющих веществ, таких как зарин и синильная кислота. По токсическому действию биологически активные пептиды актиний в основном можно отнести к нейротоксинам, поскольку они оказывают влияние на функционирование натриевых каналов в клетках нервной системы животных. Кардиотоксическое действие секрета актиний обусловлено специфичностью взаимодействия отдельных, входящих в его состав, нейротоксинов с одним из подтипов натриевых каналов мышечных клеток, характерных для тканей сердца. Основными способами идентификации нейротоксинов актиний в образцах, например, при расследовании биопреступлений, могут быть секвенирование по методу Эдмана или методы тандемной масс-спектрометрии (анализ фрагментов молекулы токсина для установления его структуры). Дальнейшее изучение механизмов взаимодействия нейротоксинов актиний с ионными каналами клеток нервной и мышечной систем способно привести к созданию препаратов для лечения каналопатий и антидотов широко спектра действия, блокирующих токсины, воздействующие на натриевые каналы.

В филиале федерального государственного бюджетного учреждения «48 Центральный научно-исследовательский институт» Министерства обороны Российской Федерации (г. Киров) проведены теоретические и экспериментальные исследования по внедрению метода тангенциальной фильтрации для разделения биологических смесей в производство иммунобиологических лекарственных препаратов. Метод микрофильтрации в тангенциальном потоке заменил процесс седиментации на стадии концентрирования полуфабрикатов вакцинных препаратов, значительно сократив продолжительность процесса, а также позволил получать суспензии из некондиционной по показателю концентрации микробных клеток культуральной жидкости. Одновременно с этим метод микрофильтрации дал возможность концентрировать седиментационно-устойчивые культуры Yersinia pestis вакцинного штамма ЕV. В сравнении с центробежным сепарированием концентрация живых микробных клеток вакцинного штамма ЕV Y. pestis увеличилась в полтора раза, объем выхода концентрата − в два раза, а продолжительность процесса сократилась в четыре раза. Фильтрация в тангенциальном потоке в установке «АСФ-020» по выходу спорового продукта сибиреязвенной вакцины СТИ-1 (в млн доз) в 1,8 раз более эффективна по выходу в сравнении с центробежным сепарированием. В конструкцию фильтрующих модулей для выпуска иммуноглобулина противосибиреязвенного включены капсулы «Сартобран-РР», показавшие высокую эффективность стерилизации. Мембранный метод позволил сократить продолжительность технологического процесса, высвободить при этом производственные площади путем демонтажа малоэффективного оборудования. В настоящее время мембранные процессы используются в филиале при производстве чумной, сибиреязвенной, бруцеллезной и сапной вакцин, противосибиреязвенного иммуноглобулина, диагностических препаратов и стерилизации жидких питательных сред. При стерилизации питательных сред данный вид оборудования содействует более рачительному отношению к энергопотреблению и выступает альтернативой процессам термической стерилизации жидкостей, обеспечивая при этом сохранение их биологической и технологической полноценности. Эксперименты по применению металлокерамических фильтров, стерилизующих воздух, подаваемый для аэрации, показали снижение продолжительности подготовительных операций на 20 ч и повышение общих эксплуатационных возможностей системы.

Ирано-иракская война 1980–1988 гг. стала результатом геополитической ситуации, сложившейся в регионе Ближнего Востока после исламской революции 1979 г. в Иране. Непосредственным поводом послужили территориальные споры и отсутствие признанной обеими сторонами границы. При этом ни Ирак, ни Иран не были готовы к войне, не хотели ее в таких масштабах, в которых она произошла и не обладали химическим оружием. С самого начала война приняла затяжной характер. При этом Ирак пользовался широкой зарубежной поддержкой, Иран рассматривался «мировым сообществом» как «страна-изгой». К 1983 г. Ирак стал терпеть поражение от Ирана, имевшего значительно большие человеческие ресурсы. Поэтому ему на возмездной основе западными странами была оказана помощь в создании химического оружия, которое постепенно стало неотъемлемой частью планировавшихся иракским командованием наступательных и оборонительных операций. Благодаря поставляемым зарубежными, главным образом западными, фирмами технологиям, оборудованию и химикатам Ираком были наработаны промышленные количества иприта, табуна и зарина/циклозарина, начато производство VX. По ходу войны химическое оружие из оборонительного средства стало превращаться в наступательное. Война закончилась как химическая, все операции 1988 г., приведшие к окончанию войны, проводились Ираком с применением химического оружия. Иран также активно использовал химическое оружие в последний год войны. В ходе войны был выявлен ряд недостатков имевшихся мер и средств противохимической защиты. В частности, оказалось невозможно эффективно сортировать потоки раненых и пораженных ОВ, массово поступающих на этапы медицинской эвакуации. Обнаружилась неэффективность средств дегазации при массовом поступлении пораженных ОВ, из-за чего пораженные ипритом оказывались источниками контаминации медицинского персонала даже в западных клиниках. Выяснилось, что при применении Ираком «сухого иприта» оказалось неэффективным противоипритное снаряжение НАТО, поставляемое Ирану. Показали свою неэффективность и принятые схемы лечения пораженных табуном. Кроме того, нами было обнаружено, что опыт ирано-иракской химической войны активно изучается на Западе до настоящего времени.

Фосфорорганические соединения занимают особое место среди боевых отравляющих веществ (ОВ). Высокий уровень токсичности, широкий спектр физико-химических свойств, полиаппликационность действия уже в 1930-х гг. привлекли к ним пристальное внимание зарубежных военных специалистов. В 1936 г. германский химик Герхард Шрадер впервые синтезировал О-этил-диметиламидоцианфосфат, известный сегодня как табун. К началу Второй Мировой войны сотрудниками его лаборатории было получено свыше 2 тыс. новых фосфорорганических и фосфорсодержащих соединений. Некоторые из них были отобраны для изучения в качестве боевых ОВ, впоследствии принятых на вооружение германской армии. В 1938 г. им же было открыто фосфорорганическое соединение, схожее с табуном, но более токсичное – О-изопропилметилфторфосфонат, получивший название зарин. Рихард Кун – немецкий химик, лауреат Нобелевской премии по химии (1938 г.), в 1944 г. синтезировал пинаколиловый эфир метилфторфосфоновой кислоты (зоман) и раскрыл механизм поражающего действия фосфорорганических ОВ (ФОВ). Британский химик Бернард Сондерс в 1941 г. синтезировал диизопропилфторфосфат (ДФФ). Во время Второй Мировой войны в Германии, Великобритании и США было налажено промышленное производство ФОВ, в Германии – табуна, зарина и зомана, у западных союзников – ДФФ. До окончания Второй Мировой войны лидерство в области создания ОВ нервно-паралитического действия принадлежало гитлеровской Германии. После окончания войны немецкие ученые, многие из которых были идейными нацистами, продолжили свою работу под эгидой военных ведомств США и Великобритании. Впоследствии с их участием были разработаны фосфорилированные тиохолиновые эфиры – вещества «V-серии» (агенты VG, VM, VR, VX, EA 3148, EA3317 и др.). Широкая номенклатура фосфорорганических соединений была испытана на добровольцах в Портон-Дауне (Великобритания) и Эджвудском арсенале (США). С открытием ОВ «V-серии» работа по исследованию ФОВ не прекратилась, причем по ряду публикаций можно судить о значительных масштабах проводимых исследований. В последние годы обозначилась тенденция к трансформации реальных угроз, связанных с применением химического оружия, в информационно-пропагандистскую область, например, примитивно подготовленная британскими спецслужбами провокация с агентом «Новичок», однако это не означает, что поиски новых ФОВ в западных странах прекращены.