Лаборатория молекулярной микробиологии

Солонин Александр МихайловичЗаведующий лабораторией – Солонин Александр Сергеевич

2006 г. – год образования лаборатории на основе ВНТК «Генной регуляции».

Основатель– академик Александр Александрович Баев - руководитель отдела молекулярной биологии и генетики микроорганизмов

Руководитель лаборатории доктор биологических наук, Александр Сергеевич Солонин

В настоящее время лаборатория состоит из четырех научно-творческих групп, каждая из которых решает нескольких научных задач в рамках заданных направлений.

 

 

Направление исследований

  • Изучение молекулярных механизмов пластичности генома и дифференциальной экспрессии генов (руководитель к.б.н. Захарова Марина Викторовна)
  • Изучение молекулярных механизмов азотфиксирующего симбиоза и роли в этом процессе внеклеточных полисахаридов (ЭПС), изучение генетического контроля биосинтеза и процессинга ЭПС (руководитель к.б.н. Ивашина Татьяна Владимировна)
  • Исследование бактериофагов родственных фагу Т4 (руководитель к.б.н. Зимин Андрей Антонович)
  • Изучение бактериальных бета складчатых порообразующих токсинов (руководитель к.б.н. Ковалевская Жанна Ивановна)

Основные достижения

  • Исследованы основные этапы регуляции экспрессии оперонов генов осуществляющих биодеградацию ароматических соединений  

Штамм Pseudomonas putida BS3701 способен разлагать сырую нефть и ПАУ. Секвенирован и аннотирован его геном, штамм содержит гены, кодирующие ключевые ферменты катаболизма нафталина. Впервые установлено, что катаболические гены нафталина подвержены не только транскрипционной, но и посттранскрипционной регуляции в условиях роста с дефицитом по азоту и железу. Штамм Pseudomonas putida AK5 был первым охарактеризованным природным штаммом, содержащим "классический" оперон nah1 и ген nahR наряду с генами, продукты которых ответственны за менее изученный путь деградации салицилата через гентизат (оперон sgp). Оперону sgp предшествует дивергентно направленный ген специфического регулятора sgpR.

  • Впервые описаны новые механизмы регуляции экспрессии генов систем рестрикции – модификации (СРМ)

Созданы бактериальные штаммы с повышенным синтезом отдельных генов СРМ и исследована регуляция их генов. Впервые описан механизм регуляции генов СРМ CfrBI, который обеспечивается метилированием участка ДНК, расположенного в межгенной области. Впервые описан принципиально новый механизм переключения экспрессии генов СРМ Cfr9I в зависимости от метилирования сайта узнавания и построена модель регуляции этой системы. Описан новый способ регуляции экспрессии генов СРМ Ecl18kI, основанный на альтернативном связывании РНК полимеразы с одним из двух дивергентно расположенных промоторов генов эндонуклеазы рестрикции и ДНК-метилтрансферазы. Продемонстрирован маятниковый механизм регуляции генов СРМ. Система EcoRV является примером широкого касса РМ систем, в которых координированная экспрессия достигается участием дополнительного транскрипционного фактора (регуляторные белки С класса).

  • Описаны и сконструированы каталитические центры эндонуклеаз рестрикции II типа необычной организации

Продемонстрирована филогенетическая связь эндонуклеазы рестрикции Eco29kI с интронными нуклеазами, относящимися к семейству GIY-YIG. Получены функциональные активные гибриды белков REco29kI и MEco29kI в соcтаве одной полипептидной цепи и предложены пути эволюции генов СРМ. Впервые получена конструкция, содержащая полноразмерный ген эндонуклеазы рестрикции Ecl18kI с пришивкой части гена, кодирующего N-концевой ДНК-связывающий домен эндонуклеазы EcoRII, уникальной по своим свойствам и являющейся эволюционным интермедиатом среди специфических эндонуклеаз, рекомбиназ и транспозаз. Получены новые данные, подтверждающие, что конвергентная транскрипция с промотора гена МТ ecoRII може т существенно влиять на экспрессию гена ЭР ecoRII.

●   Впервые установлена экологическая роль неканонических нуклеотидов в ДНК бактериофагов родственных Т4.

Методами биоинформатики определено влияние неканонических оснований ДНК на геномную дивергенцию бактериофагов подсемейства Tevenvirinae, исследовано распространение гомологов гена denV фага Т4, кодируюшего гликозилазу приримидиновых димеров у вирусов и в метагеномах океана и суши и проведено исследование параметров трансдукции низкокопийной природной плазмиды R15 псевдо-Т-четными бактериофагами и показано,  что частота трансдукции псевдо-Т-четным бактериофагом RB43 может превышать 10-2. Для исследования роли неканонических нуклеотидов в ДНК в рироде создана экспериментальная модель биоаккумуляции бактериофагов двустворчатым моллюском Unio pictorium (L.1758).

  • Проведены исследования, заложившие основы использования бактериофагов Т4-типа в качестве антибактериальных средств в ветеринарии и зоотехнике

Изучена вариабельность хвостовых шипиков бактериофагов энтеробактерий Р22-типа методами сравнительного биоинформационного анализа молекул белков для разработки препаратов для лечения молодняка сельскохозяйственной птицы, исследованы колифаги, бактериофаги псевдомонад и бактерий из желудочно-кишечного тракта европейских зубров и американских бизонов. Проведен анализ колифагов зубров на наличие антирестрикционных систем, подробный сравнительный анализ аминокислотных последовательностей отдельных доменов белков Нос Т4 – бактериофагов, исследован титр коли-бактериофагов в образцах содержимого пищеварительного тракта свиней; охарактеризованы 12 фагов, проведено филогенетическое исследование генов ДНК-полимеразы и ДНК-лигазы вибриофагов Т4-типа для выбора новых маркеров фагов для терапии вибриозов в аквакультуре, исследована грамотрицательная микрофлора кишечника креветки Neocaridina heteropoda, проведен анализ методов геномной классификации близкородственных TLS-подобных бактериофагов, перспективных для терапии сельскохозяйственных животных, проведен филогенетический анализ и моделирование структуры гомологов type II CRISPR RNA-guided endonuclease Cas9 из метагенома компоста, показано, что неструктурный белок вируса инфекционной анемии кур имеет сходство с белками фагов семейства Microviridae. 

Работа выполнена в сотрудничестве с Краснодарским научным центром зоотехники и ветеринарии, Приокско-террасным государственным заповедником, Институтом биофизики клетки РАН, Институтом проблем математической биологии РАН и Кубанским Государственным Аграрным Университетом.

Двудольная сеть оболочки пан-генома T4-родственных бактериофагов. Цветными кружками отмечены узлы геномов, принадлежащих к группам близкородственных вирусов, выделенным на основе филогенетических, филогеномных, пан-геномных анализов. Ребра отражают связь между узлами гомологичных кластеров (на рисунке не отмечены) и геномов.

  • Предложена модель сборки повторяющихся звеньев кислого экзополисахарида у симбиотических бактерий Rhizobium leguminosarum bv. viciae и bv. trifolii

Изучена структурно-функциональная организации генов биосинтеза ЭПС и проведен их мутационный анализ. Идентифицированы гены, контролирующие процесс синтеза октасахаридных звеньев ЭПС, их полимеризацию, модификацию, секрецию и процессинг ЭПС. Выдвинуто предположение о том, что биосинтез ЭПС осуществляется путем сборки высокоорганизованного мембранного мультиферментного комплекса. С использованием флуоресцентной комплементации и биолюминесцентного резонансного переноса энергии продемонстрировано взаимодействие между отдельными компонентами биосинтетического комплекса. С использованием флуоресцентных белков и иммунофлуоресцентной микроскопии получены приоритетные данные о локализации мембранных гликозилтрансфераз биосинтеза ЭПС на полюсах клеток, что позволило заключить, что синтез ЭПС инициируется в определенном компартменте клеток и сопряжен с процессами полимеризации октасахаридных звеньев и секреции ЭПС.

  • Установлено, что при формировании эффективного симбиоза определяющими факторами являются не только структуры, но и уровень синтеза высокомолекулярных и низкомолекулярных форм ЭПС

Показано, что в процессинге высокомолекулярного ЭПС участвуют гены внеклеточных полисахаридлиаз PlyBC и периплазматической гликозилгидролазы PssW. Установлены структуры низкомолекулярных форм ЭПС у штаммов дикого типа и его производных с мутациями в генах plyBC и pssW. Показано, что отсутствие пирувилирования ЭПС блокирует дифференцировку бактерий в азотфиксирующие органеллы – симбиосомы. Выявлен ранее не известный ген YUS_RS0138040, контролирующий образование азотфиксирующих клубеньков в симбиозе. Ген кодирует секретируемый Ca2+-связывающий белок с N-концевым гликозилгидролазным доменом (GH5, IPR001547) и С-концевым доменом, характеризующимся наличием пяти тандемных повторов GGхGхD, известных как RTX-мотив (repeat in toxin). При инфицировании растений штаммом с нокаутом гена наблюдается образование клубеньков, характеризующихся нарушением биогенеза бактероидов.

  1. Ген pssA, помимо участия в биосинтетических реакциях, является регулятором экспрессии ризобиальных генов

Ген pssA кодирует изопренилфосфат глюкозилтрансферазу, участвующую в инициации биосинтеза ЭПС. Предсказаны функции белков с измененным уровнем синтеза, либо синтезируемых de novo в штаммах R. l. bv. viciae и bv. trifolii с мутацией в гене pssA. Большинство из генов, кодирующих данные белки, локализованы в составе эндогенных плазмид ризобий. Отсутствие экспрессии гена pssA в бактероидах позволяет предположить, что представители «pssA-стимулона» являются белками, синтез которых происходит в симбиотическом состоянии бактерий.

  1. Детально изучен и описан продукт гена гемолизина II Bacillus cereus  (HlyII) и регуляция его экспрессии

Цитолитическое патогенное действие HlyII на различные эукариотические клетки и макроорганизмы обусловлено образованием ионопроводящих каналов в клеточных мембранах и способностью преодолевать гликокализ эукариот. Исследованы пути регуляции экспрессии гена гемолизина II при изменении условий окружающей среды. Обнаружен и изучен новый регуляторный белок Bacillus cereus – негативный регулятор транскрипции гена гемолизина II. На основании результатов рентгеноструктурного анализа построена модель его пространственной структуры. Показано, что экспрессия гена гемолизина II находится также под контролем дополнительных транскрипционных регуляторов Fur и Res DE, активность которых зависит от внешних факторов. Продемонстрировано участие UP-элемента промотора гемолизина в регуляции его экспрессии. Созданы панели моноклональных антител против С-терминального домена HlyII и его удлиненной формы. которые позволили предположить стадии созревания поры. Продемонстрирована способность части моноклональных антител подавлять цитолитическую активность гемолизина II. Описано моноклональное антитело, способное блокировать действие тромбина.


Опубликовано 255 статей, 15 глав в книгах. Защищено 1 докторская и 18 кандидатских диссертаций; получено 40 патентов, выполнено 84 проекта по грантам международных и российских фондов, соглашениям Минобрнауки.


 

 


 



142290 Московская область, г.Пущино, пр-т Науки, д.5, Тел.: +7(4967)733962,  adm@ibpm.ru, www.ibpm.ru

Разработка сайта - Alces