Использование экзогенных факторов низкой интенсивности в биотехнологии

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации  
Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования 
«Казанский национальный исследовательский 
технологический университет» 
 
 
 
 
 
 
 
А. Ю. Крыницкая, П. П. Суханов, П. П. Крыницкий 
 
 
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ 
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ 
КРАЙНЕ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ 
В БИОНАНОТЕХНОЛОГИИ 
 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2019 

УДК 663.1:620.5:537.8 
ББК 30.16:22.313

К85

 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
 
Рецензенты: 
канд. биол. наук, доц. Г. Ю. Яковлева 
канд. биол. наук, доц. Г. А. Гасимова 
 
 
 
 

 
К85 

Крыницкая А. Ю. 
Использование электромагнитного поля крайне высокой частоты 
в бионанотехнологии : монография / А. Ю. Крыницкая, П. П. Суханов, 
П. П. Крыницкий; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. 
технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2019. – 92 с. 
 
ISBN 978-5-7882-2707-8

 
Проанализирована физиология микроорганизмов в присутствии относительно 
нового экзогенного фактора – неионизирующих электромагнитных 
полей крайне высоких частот (миллиметрового диапазона) нетепловой интен-
сивности, рассмотрены возможности их практического применения для регу-
лирования эволюции биообъектов. 
Рекомендуется специалистам, работающим в области медицинской, сель-
скохозяйственной, пищевой и биотехнологической промышленности, а также 
магистрантам, обучающимся по направлению подготовки 19.04.01 «Биотехно-
логия». 
Подготовлена на кафедре пищевой биотехнологии. 
 
 

 
 

ISBN 978-5-7882-2707-8
© Крыницкая А. Ю., Суханов П. П.,  

Крыницкий П. П., 2019

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2019

УДК 663.1:620.5:537.8 
ББК 30.16:22.313

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 
 
АБ – антибиотик  
АОЕ – антиоксидантная емкость 
АТФ – аденозинтрифосфат 
БА – бактерицидная активность  
БАВ – биологически активное вещество (участник и (или) продукт кле-
точного метаболизма)  
БАС – биологически активное соединение (вещество, влияющее на 
БАВ и (или) клеточный метаболизм в целом) 
ГлИ – глюкозоизомераза 
Г – Грей (доза облучения) 
Гр+, Гр– – грамположительные (грамотрицательные) бактерии  
ДМСО – диметилсульфоксид 
ДН – двунитевые разрывы сшивок ДНК–ДНК или ДНК–белок  
ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота 
ИРЭ – институт радиоэлектроники  
КВЧ – крайне высокие частоты 
КЖ – культуральная жидкость 
КлС – клеточная стенка 
КОЕ – колониеобразующие единицы 
КС – культуральная среда (КЖ как носитель определенных физико-хи-
мических свойств); 
МБС – микробиологическая система 
МКО – микроорганизм(ы) 
ММС – метилметансульфонат 
МПБ – мясопептонный бульон 
НАД – никотинадениндинуклеотид 
НТФ – нитрилтри(метиленфосфоновая) кислота 
ОН – однонитевые разрывы сшивок ДНК–ДНК или ДНК–белок 
ОЭДФ – гидрооксиэтилидендифосфоновая кислота  
ПАВ – поверхностно-активное вещество  
нПАВ – неионогенное поверхностно-активное вещество  
ПБС – полифосфатная буферная система  
ПМР – протонный магнитный резонанс (ЯМР на ядрах 1Н) 
ППЭ – плотность потока энергии  
ПС – питательная среда 
Р – рентген (доза облучения)  
РВ – редуцирующие вещества 

РИ – рентгеновское излучение  
СВЧ – сверхвысокие частоты  
СДС – структурно-динамическое состояние  
СМД – сверхмалые добавки (дозировки, дозы) 
СПЕ-эффект – возникновение вторичных волн дециметрового диапа-
зона, распространяющихся почти без потерь при падении на водосодер-
жащую среду низкоинтенсивных миллиметровых электромагнитных 
волн  
СПН – спад поперечной намагниченности (разновидность релаксаци-
онной функции ЯМР для жидкофазных систем) 
СР – степень разведения (значение обратного десятичного логарифма 
концентрации КОС в КС) 
ССИ – спад свободной индукции (разновидность релаксационной 
функции ЯМР для твердофазных систем) 
ЦПМ – цитоплазматическая мембрана  
ЭМИ – электромагнитное излучение  
ЭМО – электромагнитная обработка  
ЭМП – электромагнитное поле 
ЭМС – электромагнитный сигнал; этилметансульфонат  
ЯМР – ядерный магнитный резонанс  
LD50 – полулетальная доза  
YPD – ростовая среда состава: 0,25 % дрожжевой экстракт, 1 % пептон, 
2 % D-глюкоза 
 
 

4

ВВЕДЕНИЕ 

 
В последние годы в мире, в том числе и в нашей стране, заметно 

возрос интерес к исследованиям механизмов воздействия физических 
факторов низкой интенсивности на различные уровни организации 
живой материи, включая физиологические и биохимические свойства 
микроорганизмов (МКО) [1–18].  

Представленная монография посвящена анализу особенностей 

физиологии микроорганизмов в присутствии относительно нового 
экзогенного фактора – неионизирующих электромагнитных полей 
крайне высоких частот нетепловой интенсивности. Рассмотрение 
этого воздействия физической природы на микроорганизмы обуслов-
лено тем немаловажным обстоятельством, что оно относится к кате-
гории потенциально неинвазивных экзогенных факторов низкой ин-
тенсивности. И поскольку воздействия на микробную популяцию 
независимо от их природы и (или) источника оказывают влияние на ме-
таболические процессы, то в случае контролируемого применения все 
они могут рассматриваться в качестве не только экологически суще-
ственных факторов, но и регуляторов развития микроорганизмов про-
мышленного назначения.  

Механизм этого влияния на клеточном уровне однозначно объяс-

нить пока не удается, однако микроорганизмы являются неотъемлемой 
и наиболее востребованной компонентой основных производственных 
биотехнологических процессов, в особенности используемых в пище-
вой промышленности и сельском хозяйстве. Поэтому стимуляция их 
роста, улучшение технологических показателей, а также оптимизация 
процессов культивирования промышленных МКО на сегодняшний 
день представляются весьма актуальными задачами. Вместе с тем не 
менее актуальной является и борьба с нежелательными микроорганиз-
мами, такими как вредители производства, патогенные формы и т. п.  

Традиционно для подавления роста микробных культур исполь-

зовались химические методы. Однако особого внимания заслуживают 
и физические факторы низкой интенсивности, не приводящие к суще-
ственным изменениям в фено- и генотипе, но способные к воздействию 
на рост и развитие МКО при отсутствии отрицательного влияния на 
качество получаемого с участием МКО конечного продукта. В этом 
случае они могут рассматриваться в качестве серьезной альтернативы 
существующим ныне основным тенденциям в решении проблемы ин-
тенсификации и управления микробным метаболизмом. При этом 

физические факторы занимают особое положение среди методов внеш-
него регулирования функциональной активности биотехнологических 
объектов, поскольку естественные механизмы управления живыми си-
стемами включают в себя не только термодинамические регуляторы, 
но и физические и физико-химические механизмы передачи информа-
ционных и регуляторных сигналов.  
Существует несколько гипотез, объясняющих биологическое 
действие электромагнитного поля. В основном они сводятся к индуци-
рованию токов в тканях и непосредственному воздействию поля на кле-
точном уровене, в первую очередь связанному с его влиянием на мем-
бранные структуры. Предполагается, что под воздействием ЭМП мо-
жет изменяться скорость диффузии через биологические мембраны, 
ориентация и конформация биологических молекул (в особенности 
гидратированных), а также состояние электронной структуры парамаг-
нитных частиц или молекулярных фрагментов, а также характер управ-
ляющих сигналов, механизмы которых в той или иной мере используют 
вышеперечисленные или иные процессы и структуры. Последнее спо-
собно объяснить наблюдаемую эффективность воздействия неионизи-
рующего электромагнитного излучения – электромагнитных полей низ-
кой (нетепловой) интенсивности КВЧ диапазона – на биологические 
объекты независимо от уровня их организации, в том числе – на микро-
организмы и биоактивные молекулы, которые в подобном аспекте ока-
зались наименее изученными. Но это же позволяет предполагать, что 
правильным подбором параметров ЭМП КВЧ можно добиваться необ-
ходимой управляемости широкого спектра биотехнологических про-
цессов.  

При этом сверхмалые дозы биологически активных веществ и 

неионизирующие физические факторы низкой интенсивности обнару-
живают много общего в проявлении их влияния на клеточный метабо-
лизм. Она состоит в том, что проявляемый биоэффект (отклик) сопо-
ставим с воздействием того же препарата или излучения, но имеющего 
в десятки раз большую концентрацию или интенсивность. Это указы-
вает на принципиальную возможность (по крайней мере, в определен-
ных ситуациях) использовать неионизирующие ЭМП КВЧ низкой ин-
тенсивности вместо больших концентраций экологически потенци-
ально вредных биологически активных веществ. 
В этой связи наиболее существенной особенностью данной мо-
нографии является акцент, который делается авторами на исследова-
ниях целенаправленного воздействия на микробные культуры 

неионизирующих электромагнитных сигналов КВЧ (миллиметрового) 
диапазона, хотя установление взаимосвязи между ними и биологически 
активными соединениями представляется нам не менее существенной 
и интересной задачей, решение которой необходимо для понимания, 
выбора и использования наиболее перспективных механизмов регуля-
ции микробного метаболизма в новых экологических условиях. 
Электромагнитную обработку микроорганизмов, выложенных на 
чашку Петри диаметром 10 см и толщиной обрабатываемого поверх-
ностного слоя микробной культуры 1÷2 мм, проводили при времени 
экспозиции в режиме непрерывной генерации в течение 5 мин на рас-
стоянии от 5 до 15 см от рупорной антенны при выходной мощности 
сигналов генераторов электромагнитного поля Г4-141 (на частотах 
37,5−53,57 ГГц) и Г4-142 (на частотах 53,57−78,33 ГГц) не менее 4 мВт, 
что в совокупности гарантировало неинвазивный характер используе-
мого электромагнитного воздействия. 
Предварительные эксперименты показали, что наиболее эффек-
тивным способом электромагнитной обработки микробных культур яв-
ляется обработка инокулята (посевного материала), растущего в виде 
«газона» на поверхности плотной питательной среды. Поэтому во всех 
последующих исследованиях по умолчанию использовалась именно 
эта процедура.  
Технологические и физиологические показатели микроорганиз-
мов устанавливали стандартными методами. При этом в качестве объ-
ектов исследования микробных культур были использованы типичные 
широко востребованные промышленные представители различных так-
сономических групп – хлебопекарные дрожжи Saccharomyces cerevisiae 509 
и бактерии Bacillus subtilis D26.  
 
 

7

Глава 1. ВОЗДЕЙСТВИЕ МИЛЛИМЕТРОВЫХ ВОЛН  
НА БИОСИСТЕМЫ 
 
Неосознанный интерес к действию электромагнитных полей и 
электромагнитных неионизирующих излучений на биологические объ-
екты возник у людей одновременно с осознанием факта их существова-
ния, и становился целенаправленным с момента изготовления первых ис-
точников этих полей. К настоящему времени эта область научных инте-
ресов уже сформировалась в одно из признанных направлений исследо-
ваний, называемое электромагнитобиологией, а в части практических 
интересов привела к возникновению одной из наиболее важных ветвей 
физиотерапии, широко использующей ЭМП для лечения человека. 
Определение закономерностей и механизмов действия ЭМП на 
различные биологические системы является прерогативой ряда наук и, 
в частности, биофизики, выявляющей первичные механизмы действия 
и дающей количественное описание первичного отклика биологической 
системы на эти поля. Фундаментом этих исследований являются 
установленные связи между параметрами внешних ЭМП, действующих 
на различные биологические тела и модельные биологические системы, 
и уровнем и видом этих полей, проникающих внутрь рассматриваемых 
систем или возникающих в них, которые и приводят к первичным 
сдвигам в этих системах [1]. 
Когерентные электромагнитные колебания дециметрового и миллиметрового 
диапазонов длин волн преимущественно используются в 
таких областях, как радиоэлектроника и связь. Но за последние время 
все более быстрым темпом возрастает их применение в нетрадиционных 
областях, среди которых видное место занимают медицина и биология. 
Что же касается более коротковолновых диапазонов, в первую 
очередь – оптического, то их использование в этих нетрадиционных областях 
стало развиваться буквально с первых дней после появления источников 
когерентных колебаний.  
Основными достоинствами, определившими применение когерентных 
волн в различных областях, в том числе в биологии и медицине, 
стали: создание мощных источников колебаний, возможность 
концентрации (фокусировки) волновых пучков, синхронизации колебаний 
многих источников и, наконец, передача с помощью этих волн 
большого объема информации по одному каналу.  
 

1.1. Общие закономерности воздействия ЭМП на биообъекты 
 
Эффекты воздействия ЭМП КВЧ на различные биологические 
объекты имеют ряд отличительных особенностей: 
1) необходимо отметить общность для всех организмов (от микроорганизмов 
до млекопитающих) основных закономерностей воздействия 
на них ЭМП, говорящая о том, что ЭМП влияют на некоторые 
универсальные процессы, регулирующие жизнедеятельность; 
2) биологические эффекты не связаны ни с нагревом (никакой 
нагрев обычными методами не мог вызвать биологических эффектов, 
аналогичных наблюдаемым [2]), ни с радиационным разрушением тканей, 
как в случае ионизирующего излучения; 
3) не могла не привлечь внимания высокая для биологии воспро-
изводимость результатов [3, 4].  
Наконец упомянем еще одну, не только интересную в научном 
плане, но и важную с точки зрения практических применений особен-
ность действия ЭМП на живые организмы: его специфический «лечеб-
ный» характер. При надлежащем выборе соответствующих характеру 
заболевания частот колебаний ЭМП могут активно влиять на больной 
организм до тех пор, пока он не восстановится, и содействовать этому 
восстановлению. 
После восстановления организма дальнейшая его обработка 
ЭМП той же частоты становится как бы недейственной: характер теку-
щего функционирования перестает меняться. Однако обработка ЭМП 
на определенных частотах может подготовить организм к дальнейшим 
неблагоприятным воздействиям, например к побочным действиям ле-
чебных химических препаратов или ионизирующей радиации – и сде-
лать организм менее восприимчивым к ним. Качественно (необратимо) 
изменить организм (как, например, при воздействии ионизирующих из-
лучений) с помощью ЭМП не удается, но можно отрегулировать его 
функционирование в пределах, присущих данному биологическому 
виду, и процесс регулирования носит не случайный, а воспроизводи-
мый характер. 
Рассмотрим некоторые гипотезы, выдвинутые для объяснения 
явления острого резонанса, наблюдающегося при действии ЭМП на 
биологические объекты. 
Очень малая энергия, необходимая для оказания существенного 
влияния ЭМП на функционирование организмов, специфика этого вли-
яния, высокая воспроизводимость результатов – все это наталкивало 

исследователей на гипотезу [5–7], что ЭМП – не случайный для живых 
организмов фактор, что подобные сигналы вырабатываются и исполь-
зуются в определенных целях самим организмом, а внешние ЭМП 
лишь имитируют вырабатываемые организмом сигналы. Впервые этот 
вопрос был достаточно подробно проанализирован в [5, 6]; впослед-
ствии, после накопления большого числа разнообразных фактов, они 
были обобщены в [8]. 
Суть второй гипотезы, сформулированной на основе проведен-
ного анализа, заключается в следующем. Наблюдаемые закономерно-
сти действия на живые организмы монохроматических электромагнит-
ных полей миллиметрового диапазона волн нетепловой интенсивности 
объясняются тем, что, проникая в организм, эти поля на определенных 
(резонансных) частотах трансформируются в информационные сиг-
налы, осуществляющие управление и регулирование восстановитель-
ными и приспособительными процессами в организме. 
Перечислим некоторые важнейшие факты, положенные в основу 
этих гипотез: 
1. Минимальная мощность потока, взаимодействующего с орга-
низмом, необходимая для того, чтобы вызвать значительный биологи-
ческий эффект, ничтожно мала по сравнению с тепловой мощностью, 
отдаваемой организмом во внешнее пространство. Плотность потока 
ЭМП, как уже отмечалось, такова, что не вызывает даже местного 
нагрева тканей выше 0,1º. При любых других способах теплового воз-
действия такой нагрев не вызывает явлений, подобных наблюдаемым 
при воздействии ЭМП [2]. Тем более ЭМП не может вызвать каких-
либо нарушений в тканях, ибо кванты его на два порядка меньше энер-
гии слабых водородных связей. Таким образом, значительного энерге-
тического воздействия ЭМП не оказывает. 
2. Действие ЭМП КВЧ, определяемое по некоторому биологиче-
скому параметру, не зависит от его интенсивности в широких пределах 
[3, 4, 9]. Такой характер зависимости действия от интенсивности дей-
ствующего фактора закономерен для информационных систем и определяется 
спецификой процесса управления. 
3. Пороговый характер зависимости биологического эффекта от 
интенсивности обработки [3, 4, 9] является необходимым условием 
работы информационных систем, при невыполнении которого их работа 
постоянно нарушалась бы внешними наводками и шумами. Пороговый 
характер действия может иметь место и при энергетических 
воздействиях, но в этом случае, в отличие от информационных