Лаборатория энзиматической деградации органических соединений

Головлева Людмила Алексеевна

Руководитель Головлева Людмила Алексеевна, Профессор, Доктор биологических наук, Заслуженный деятель науки РФ.

Телефон (раб.): 8(496)731-85-75 Телефон (моб.): 8(915)124-76-25

Факс: 8(495)956-33-70 e-mail: golovleva@ibpm.pushchino.ru

Основные направления деятельности лаборатории:

  • Структура и функции биомолекул и надмолекулярных комплексов, протеомика, биокатализ.
  • Клеточные и молекулярные механизмы превращения устойчивых ксенобиотиков микроорганизмами

В течение последних десяти лет лаборатория специализируется на исследовании путей разложения грибами и бактериями ряда токсичных ксенобиотиков:
фенола и его хлор- и метилпроизводных
хлоранилинов
хлор-, метил- и гидроксизамещенных бензойных кислот
полиароматических углеводородов
нитросодержащих взрывчатых веществ.

Основные разработки за последние 10 лет:
разработаны способы значительного повышения выхода лакказной активности базидиальных грибов путем оптимизации условий их культивирования (Черных с соавт., Прикл Биохим Микробиол 2005; Мясоедова с соавт., Прикл Биохим Микробиол 2008),
выделены и детально охарактеризованы 7 лакказных изоформ из базидиальных грибов Panustigrinus, Steccherinumochraceum и Lentinusstrigosus (Ferraroni et al., BMCStructuralBiology, 2007; Мясоедова с соавт., Прикл Биохим Микробиол 2008; Chernykh et al., JApplMicrobiol 2008; Патент РФ №2008131452/13(039192)), три из которых (штамм S. ochraceum) имеют необычайно высокую стабильность при 60-80oС, в органических растворителях и при различных рН.
клонированы и секвенированы гены, а также расшифрованы структуры двух лакказ из P. tigrinus и S. ochraceum(Ferraroni et al., ActaCrystallographicaSectionF, 2005; Ferraroni et al., BMCStructuralBiology, 2007; Ferraroni et al., JInorgBiochem 2012).
На примере лакказы гриба S. ochraceumвпервые зафиксировано в ходе облучения кристаллов рентгеновским излучением при разной длине экспозиции наличие в активном центре двух ранее предполагаемых интермедиатов восстановления молекулярного кислорода, что внесло значительный вклад в понимание механизма восстановительного расщепления О-О связей в целом (Ferraroni et al., JInorgBiochem 2012; PDB: 3T6W, 3T6X, 3T6Z, 3T71).
Впервые выделена и охарактеризована гибридая Mn-пероксидаза из P. tigrinus, окисляющая ароматические субстраты в отсутствии ионов Mn2+, исследован механизм ее каталитической реакции (Лисов с соав., Биохимия 2003, 2005; Лисов с соавт., Прикл Биохим Микробиол 2007).

В лаборатории активно ведется исследование ферментов, участвующих в метаболизме катехола и его хлор- и метилпроизводных, а также гидроксигидрохинона и полиароматических углеводородов бактериями. Выделено и охарактеризовано 18 ферментов, среди которых катехол-, хлоркатехол- и метилкатехол 1,2-диоксигеназы; катехол 2,3-диоксигеназа, гидроксигидрохинон 1,2-диоксигеназа; муконат, хлормуконат и метилмуконатциклоизомеразы, диенлактонгидролаза, салицилальдегид дегидрогеназа, нафталин цис-1,2-дигидродиол дегидрогеназа, для ряда из них клонированы и секвенированы гены (Moiseeva et al., J Bacteriol 2002; Ferraroni et al., J Biol Chem 2005; Суворова с соавт., Биохимия 2006; Kolomytseva et al., Biotechnol J 2007; Шумкова с соавт., Прикл Биохим Микробиол 2009; Соляникова с соавт., Биохимия 2009; Ленева с соавт., Биохимия 2010; Matera et al., J Struct Biol 2010). С помощью рентгеноструктурного анализа расшифрованы структуры 4-х ферментов: катехол-, 3-хлоркатехол- и 4-хлоркатехол 1,2-диоксигеназ штамма R. opacus 1CP (Ferraroni et al., Acta Crystallogr D 2002, 2003; Ferraroni et al., J Biol Chem 2004; Ferraroni et al., J Mol Biol 2006; Matera et al., J Struct Biol 2010) и гидроксигидрохинон 1,2-диоксигеназы из N. simplex 3E (Ferraroni et al., J Biol Chem 2005). Впервые в мире получены в кристаллическом виде и расшифрованы структуры 13 фермент-субстратных комплексов катехол- и 4-хлоркатехол 1,2-диоксигеназ штамма R. opacus 1CP (Matera et al., J Struct Biol 2010; PDB:3O32; 3O5U; 3O6J; 3O6R),5-хлормуконоластонизомеразыR. opacus 1CP Matera et al., J Struct. Biol 2013;PDB 4FPI)
Клонированы и установлены полные нуклеотидные последовательности генов всех компонентов двух гидроксилирующих диоксигеназ штамма Sphingomonas sp. VKM B-2434. Успешно проведена их гетерологическая экспрессия в клетках E. coli(неопубликованные данные).
-------------------------
Лаборатория обладает большой коллекцией грибных (73 культуры, среди которых термофилы, психрофилы и галлофилы) и бактериальных штаммов (свыше 400 штаммов), а также располагает всем необходимым оборудованием для проведения микробиологических, биохимических и молекулярно-генетических исследований.
-------------------------

Патенты за последние годы

  • Черных А.М., Коломыцева М.П., Мясоедова Н.М., Головлева Л.А., Псурцева Н.В, Белова Н.В. Термостабильная лакказа III гриба SteccherinumochraceumLE (BIN) 1833 D и способ получения лакказ. Патент РФ №2385930, Дата регистрации: 10.04.2010.
  • Соляникова И.П., Головлева Л.А. Средство для деструкции фенола. Патент РФ № 2405036, Дата регистрации: 27.11.2010.
  • Эль-Регистан Г.И., Николаев Ю.А., Калинин М.В., Гальченко В.Ф., Гернет М.В., Шаненко Е.Ф., Лойко Н.Г., Дерябин Д.Г., Головлева Л.А., Соляникова И.П., Мартиросова Е.И. Способ направленного изменения активности ферментных белков. Патент РФ №2441068, Дата регистрации: 27.01.2012.

Сотрудники лаборатории

Соляникова Инна Петровна, дбн, внс
Коломыцева Марина Павловна, кбн, снс
Мясоедова Нина Михайловна,  кбн, снс
Бабошин Михаил Александрович,  кбн, нс
Черных Алексей Михайлович, мнс
Слободян Галина Романовна, ст. лаборант
Субботина Наталья Михайловна аспирант
Робота Ирина Владимировна магистрант

Профессору Головлевой Л.А. в 2006 г. было присвоено звание Заслуженный деятель науки Российской Федерации.( Указ Президента Российской Федерации от 27 ноября 2006 г. 3 №180448.).
Профессору Головлевой Л.А. объявлена благодарность Министерства образования и науки Российской Федерации за многолетнюю плодотворную работу по развитию и совершенствованию учебного процесса, значительный вклад в дело подготовки высококвалифицированных специалистов. Приказ МИНОБРНАУКИ РОССИИ №11332/к-н от 11 октября 2012г.
Головлева Л.А.член редколлегии трех зарубежных журналов “Journal Environmental Science and Health”(1990-present time) , Journal of Microbiology and Biotechnology.”(2001- present time),  “J.of  Environmental protection(2010- present time), член редколлегии двух отечественных журналов «Микробиология» и Прикладная биохимия и микробиология»
2. Коломыцева М.П.-лауреат Фонда содействия отечественной науке 2007, 2008 .гг. Дважды лауреат премии ИБФМ РАН им.Г. К.Скрябина для молодых ученых 2002 и 2006 г..
3.Бабошин М.А. Дважды лауреат премии ИБФМ РАН им. Г.К. Скрябина для молодых ученых.2005, обладатель Гранта мэра города Пущино 2003 г.

 
Список публикаций

Ferraroni M., Kolomytseva M., Scozzafava A., Golovleva L., Briganti F. X-ray structures of 4-chlorocatechol 1,2-dioxygenase adducts with substituted catechols: new perspectives in the molecular basis of intradiol ring cleaving dioxygenases specificity. J Struct Biol,2013 (accepted).
 Ferraroni M., Matera I., Chernykh A., Kolomytseva M., Golovleva L., Scozzafava A., Briganti F. Reaction Intermediates and Redox State Changes in a Blue Laccase from Steccherinum ochraceum observed by Crystallographic High/Low X-Ray Dose Experiments. J Inorg Biochem, 2012, V. 111, pp. 203-209.
Hildén K., Mäkelä M.R., Lundell T., Kuuskeri J., Chernykh A., Golovleva L., Archer DB, Hatakka A. Heterologous expression and structural characterization of two low pH laccases from a biopulping white-rot fungus Physisporinus rivulosus. Appl Microbiol Biotechnol,2012, Apr 12. PMID:22526780.
Baboshin M., Golovleva L. Characterization of hydrophobic organic contaminant biodegradation by COD analysis. International Biodeterioration & Biodegradation, 2011, V.65, pp. 883-889.
Solyanikova I., Mulyukin A., Suzina N., El-Registan G., Golovleva L. Improved xenobiotic degrading activity of Rhodococcus opacus strain 1 cp after dormancy. J Environm Sci Health Part B,2011, V. 46, pp. 638-647.
Baboshin M., Golovleva L. Multisubstrate kinetics of PAH mixture biodegradation: analysis of the double–logarithmic plot. Biodegradation,2011, V. 22, pp. 13-23.
Kolomytseva M., Ferraroni M., Chernykh A.M., Scozzafava A., Briganti F., Golovleva L. Experimental and theoretical affinity studies of substituted phenols to chlorocatechol 1,2-dioxygenases: a step toward the comprehension of inhibitor/substrate binding to intradiol dioxygenases J Mol Cat B: Enzym, 2010, V. 64 (1-2), pp. 53-59.
Matera I., Ferraroni M., Kolomytseva M., Golovleva L., Scozzafava A., Briganti F. Catechol 1,2-dioxygenase from the Gram-positive Rhodococcus opacus 1CP: Quantitative structure/activity relationship and the crystal structures of native enzyme and catechols adducts.J Struct Biol, 2010, V. 170 (3), pp. 548-564.
Solyanikova I., Konovalova E., El-Registan G., Golovleva L. The effect of alkyl hydroxybenzenes on the properties of dioxygenases. J Environm Sci Health Part B, 2010, V. 45 (8), p. 844-852.
Kolomytseva M.P., Randazzo D., Baskunov B.P., Scozzafava A., Briganti F., Golovleva L.A. Role of surfactants in optimizing fluorene assimilation and intermediate formation by Rhodococcus rhodochrous VKM B-2469. Biores Tech, 2009, V. 100 (2), pp. 839-844
Chernykh A.M., Myasoedova N.M., Kolomytseva M.P., Ferraroni M., Scozzafava A., Briganti F., Golovleva L.A.Laccase isoforms with unusual properties from the basidiomycete Steccherinum ochraceum strain 1833.J Appl Microbiol, 2008, V. 105, pp. 2065-2075.
Baboshin М., Akimov V., Baskunov B., Born T., Khan S., Golovleva L. Conversion of polycyclic aromatic hydrocarbons by Sphingomonas sp. VKM B-2434. Biodegradation, 2008, V. 19, pp. 567-576.

Ferraroni M., Kolomytseva M.P., Solyanikova I.P., Scozzafava A., Golovleva L.A., Briganti F. Crystal structure of 3-chlorocatechol 1,2-dioxygenase key enzyme of a new modified ortho-pathway from the gram-positive Rhodococcus opacus 1CP grown on 2-chlorophenol. J Mol Biol, 2006, V. 360, N4, pp. 788-799.   IF=4,001
Ferraroni M., Seifert J., Travkin V., Thiel M., Kashabek S., Schloemann M., Scozzafava A., Golovleva L., Briganti F.  Crystal structure of the hydroxyquinol 1,2-dioxygenase from Nocardioides simplex 3E a key enzyme involved in polychlorinated aromatics biodegradation.  J. Biol. Chem., 2005, 280:21144-21154.
Lisov A., Leontievsky A., Evans C., Golovleva L.  Reaction of hybrid Mn-peroxidase of the white rot fungus 8/18 with benzylic alcohols in the presence of mediators.  J. Mol. Catalysis B Enzymatic, 2004, 31:31-38.  
Ferraroni M., Solyanikova I., Kolomytseva M., Scozzafava A., Golovleva L., Briganti F.  Crystal structure of 4-chlorocatechol 1,2-dioxygenases from the chlorophenol utilizing Gram-positive Rhodococcus opacus 1 CP.  J.Biol.Chem., 2004, 279:27646-27655.  
Ferraroni M., Ruiz Tarifa M.Y., Scozzafava A., Solyanikova I.P., Kolomytseva M.P., Golovleva L., Briganti F. Preliminary crystallographic analysis of 3-chlorocatechol 1,2-dioxygenase of a new modified ortho-pathway from the Gram-positive Rhodococcus opacus 1CP grown on 2-chlorophenol. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr, 2003, V. 59, pp.188-190
Solyanikova I.S., Moiseeva O.M., Boeren S., Boersma M.G., Kolomytseva M.P., Vervoort J., Rietjens I.M.C.M.,. van Berkel W.J., Golovleva L.A.. Conversion of 2-fluoromuconate to cis-dienelactone by purified enzymes of Rhodococcus opacus 1cp. Appl Environ Microbiol, 2003, V. 69, N9, pp. 5636-42.  
Ferraroni M., Ruiz Tarifa M.Y., Briganti F., Scozzafava A., Mangani S., Solyanikova I.P., Kolomytseva M.P., Golovleva L. 4-Chlorocatechol 1,2-dioxygenase from the chlorophenol-utilizing Gram-positive Rhodococcus opacus 1CP: crystallization and preliminary crystallographic analysis. Acta Crystallogr D Biol. Crystallogr, 2002, Jun; V. 58, pp. 1074-1076
Travkin V.M., Solyanikova I.P., Rietjens I.M.C.M., Vervoort J., van Berkel W.J.H., Golovleva L.A. Degradation of 3,4-dichloro- and 3,4-difluoroaniline by Pseudomonas fluorescens 26-K J Environm Sci Health Part B, 2003, V. 38 (2), pp. 121–132
Moiseeva O.V., Solyanikova I.P., Kaschabek S.R., Gröning J., Thiel M., Golovleva L.A., Schlömann M.  A new modified ortho- cleavage pathway of 3-chlorocatechol degradation by Rhodococcus opacus 1CP: genetic and biochemical evidence. J Bacteriol, 2002, V. 184 (19), pp. 5282-5292.  
 Монографии и учебники .
Головлева Л.А., Коломыцева М.П., Бабошин М.А., Пономарева О.Н. Роль микроорганизмов в трансформации устойчивых органических поллютантов. Учебное пособие 2008,Тула,100 стр.

Обзорные статьи в международных журналах
Solyanikova I., Travkin V., Rybkina D., Plotnikova E., Golovleva L. Variability of enzyme system of Nocardioform bacteria as a basis of their metabolic activity. J Environm Sci Health Part B, 2008, V. 43, pp. 241-252.
Travkin V, Solyanikova I., Golovleva L.”Hydroxyquinol pathway for microbial degradation of halogenated aromatic compounds J Environm Sci Health Part B, 2006, V. 41, pp. 1361-1382.
Solyanikova I., Golovleva L.”Bacterial degradation of chlorophenols:pathways,biochemical and genetic aspects” J Environm Sci Health Part B, 2004, V. 39, pp. 333-351.

Избранные статьи в российских журналах
Плотникова Е. Г., Соляникова И. П., Егорова Д. О., Шумкова Е. С., Головлева Л. А. Особенности разложения 4-хлорбифенила и 4-хлорбензойной кислоты штаммом RhodococcusruberP25. Микробиология, 2012, том 81, №2, стр. 159-170.
Соляникова И. П., Баскунов Б. П., Бабошин М. А., Саралов А. И., Головлёва Л. А. Детоксикация бактериями тринитротолуола в высоких концентрациях Прикладная Биохимия и Микробиология, 2012, том 48, № 1, стр. 27–34.
Субботина Н.М., Коломыцева М.П., Головлева Л.А. Метаболизм 3-гидроксибензоата и гентизата штаммом Rhodococcusopacus 1CP. Микробиология, 2012, том 81, №3, стр. 325–331.
Ленева Н.А., Коломыцева М.П., Баскунов Б.П., Головлева Л.А. Ферменты периферийного метаболизма нафталина штаммом Pseudomonasflurescens 26K. Биохимия,2010, Т. 75, №5, стр. 654-663.
Бабошин М. А., Головлева Л. А. Стратегия подбора штаммов для смешанной культуры, осуществляющей быструю конверсию смеси полиароматических углеводородов. Микробиология, 2010, том 79, № 1, стр. 79–88.
Ленева Н.А., Коломыцева М.П., Баскунов Б.П., Головлева Л.А. Деградация фенантрена и антрацена микроорганизмами рода Rhodococcus. Прикладная Биохимия и Микробиология, 2009, том 45, №2, стр. 188-194.
Коновалова Е.И., Соляникова И.П., Головлева Л.А. Разложение 4-хлорфенола штаммом Rhodococcus opacus 6a. Микробиология, 2009, том 78, №6, стр. 847-849. Соляникова И.П., Коновалова Е.И., Головлева Л.А. Метилпирокатехин 1,2-диоксигеназа из Rhodococcus opacus 6а – новый тип пирокатехин-1,2-диоксигеназ. Биохимия, 2009, том 74, № 9, стр. 1221-1229.
Шумкова Е.С., Соляникова И.П., Плотникова Е.Г., Головлева Л.А. Разложение пара-толуата бактерией Rhodococcus ruber P25. Микробиология, 2009, том 78, №3, стр. 412-423.
Шумкова Е.С., Соляникова И.П., Плотникова Е.Г., Головлева Л.А. Разложение фенола штаммом Rhodococcusopacus 1G. Прикладная Биохимия и Микробиология, 2009, том 45, № 1, стр. 51-57.
Бабошин М.А., Головлева Л.А. Повышение концентрации 1-гидрокси-2-нафтойной кислоты как причина временной остановки роста Arthrobacter sp. K3: кинетический анализ. Микробиология, 2009, том 78, №2, стр. 213-219
Мясоедова Н.М., Черных А.М., Псурцева Н.В., Белова Н.В., Головлева Л.А. Новые эффективные продуценты грибных лакказ. Прикладная Биохимия и Микробиология, 2008, том 44, №1 стр. 84–89.
Обзорные статьи в российских журналах.
Бабошин М.А., Головлева Л.А. Деградация полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) аэробными бактериями и ее кинетические аспекты. Микробиология, 2012, том 81, №6, стр. 695-706.
Solyanikova I., Golovleva L. Biochemical features of the degradation of pollutants by Rhodococcus as a basis for contaminated wastewater and soil cleanup. Микробиология, 2011, том 80, №5, стр. 579-594.

 
Гранты

INCO-Copernicus 2 ICA2-2000-10046 Development of environmentally benign, sustainable industrial technologies for the bioremediation of areas polluted by industrial oily wastes and petrochemicals using natural newly isolated and genetically modified microorganisms.”(2000-2004)
NATO Science for Peace 972294 ” Fungal degradation of chlorophenols” (1998-2003)
INTAS 03-05-5889 “Blue and non-blue laccases of basidiomycetes” (2004-2007)
NATO Collaborative Linkage Grant Nr. 981949 “Microbial remediation of contaminated soil/sediment” (2006-2007)
ISTC Grant G-1408 “ Creation of a novel complex phytoremediation technology for rehabilitation of soils and waters polluted with explosives”(2007-2010)
Грант RFBR-Finland №08-04-41763 AFa (.) “Modeling of xenobiotic degradation by basidiomycete laccases”, РФФИ, 2008-2010 гг
Грант РФФИ-Белоруссия № 12-04-90007-Бел_А гг.) “Стрессоадаптация как фактор влияния на биосинтез окислительно-восстановительных ферментов про- и эукариотных организмов”, РФФИ, (2012-2013 )

INTAS fellowship Grants for Young Scientists:
Lisov A.P. YSF 2002-0162 (2003-2004)
Kolomytseva M. P. Nr 06-1000014-5954 (2007-2008)

Отечественные гранты
1.Государственный контракт № 02.512.11.2210 «Новая концепция фиторемедиации: совместное использование растений и ризосферных микроорганизмов, стимулирующих рост растений и деградирующих токсичные соединения» на 2008-2009 гг.(Соисполнители договор № 57/08 ), 95000 руб.-2008 г.

1.Грант РФФИ № 05-04-49659, (2005-2007гг.)
2.Грант Федерального Агенства по образованию № АО4-2.12-1119,
3.Грант РФФИ-Наукоград № 04-04-97266( 2004-2006 г.г.)
4.Грант Разработка окислительных биокатализаторов для биоремедиации и получения новых ценных полиароматических соединений, труднодоступных химическим синтезом» 1,2,06 по заданию Рособразования (2006-2007 г.г.)

5.Грант РФФИ –Урал № 07-04-97625( 2007-2009)
6.Государственный контракт № 02.512.11.2210 (2008 г.) “Новая концепция фиторемедиации: совместное использование растений и ризосферных микроорганизмов, стимулирующих рост растений и деградирующих токсичные соединения”– 2008 г.
7.Грант РФФИ – Урал № 07-04-97625_офи (2007-2008 гг.) “Новые биотехнологии реабилитации промышленных территорий Пермского края”, Финансирующие организации –
8.Грант Фонда Содействия Отечественной Науки в номинации “Кандидаты и Доктора наук РАН”, (2007-2008 гг.)
9.Грант РФФИ-Урал №11-04-96028-р_урал_а. (2011-2013 гг.) “Новые физиологические и молекулярно-биологические свойства бактерий-деструкторов (хлор)ароматических соединений”,
10.Грант РФФИ №11-04-00831-а (2011- 2013 гг.) “Молекулярная характеристика гидроксилирующих диоксигеназ штамма Sphingomonas sp. VKM B-2434

Международные гранты

  • Грант INTAS Ref. Nr 06-1000014-5954 (2007-2009 гг.) “Investigation of substrate-enzyme complexes structures as a basis for functioning of chlorocatechol 1,2-dioxygenases from Rhodococcus opacus 1CP”, INTAS,
  • Грант ISTC G-1408 (2007-2010 гг.) “Creation of a novel complex phytoremediation technology for rehabilitation of soils and waters polluted with explosives”,.

 
Подготовка кадров

Защищенные докторские диссертации (за последние 10 лет):
Леонтьевский А.А.2002 Докторская диссертация» Лигниназы базидиомицетов»
Соляникова И. П. 2007 Докторская диссертация «Организация биодеградативных путей у родококков»
Джусупова Д.Б. “Биоремедиация объектов окружающей среды углеводородокисляющими микроорганизмами рода Pseudomonas”, 2011
Защищенные кандидатские диссертации:
Лисов А.П. 2005
Коломыцева М.П. 2005.
Бабошин М.А.”2007
Защищенные магистерские диссертации:
1. Бабошин М.А. “Превращение флуорена микроорганихмами”
2. Шелудчено М.С. «Деградация анилина Delftia sp. 14S»
3. Ленева Н.А. «Периферийный метаболизм полиароматических углеводородов Rhodococcus spp. и Pseudomonas fluorescens 26K»
4. Гасанов Н.Б.
5. Коновалова Е.И
 6. Субботина Н.А

 
 


142290 Московская область, г.Пущино, пр-т Науки, д.5, Тел./факс: (495)956-33-70, boronin@ibpm.pushchino.ru; rta@ibpm.pushchino.ru; www.ibpm.ru


Разработка сайта - Alces