Лаборатория образована на основе Отдела энергетического обмена микроорганизмов, созданного заслуженным деятелем науки РСФСР, лауреатом Государственной премии в области науки Александром Борисовичем Лозиновым в 1965 г. С 1971 г. Отдел переименован в Отдел биоэнергетики, в 1990 г. - в Лабораторию окислительного обмена веществ, и позднее – в Лабораторию аэробного метаболизма микроорганизмов. В период с 1990 по 2005 г. лабораторией руководила заслуженный деятель науки РФ Татьяна Васильевна Финогенова. С 2005 г. по настоящее время лабораторией руководит д.б.н. Игорь Григорьевич Моргунов.

Заведующий лабораторией:

Моргунов Игорь Григорьевич 

доктор биологических наук

Oкончил Горьковский государственный университет, кафедру биохимии в 1984 г. С 1985 г. работает в Институте биохимии и физиологии микроорганизмов РАН. В 1994 г. защитил кандидатскую диссертацию по теме “Пути биосинтеза кетокислот из глицерина у дрожжей Yarrowia (Candida) lipolytica”. В 2009 г. защитил докторскую диссертацию по теме “Метаболическая организация окислительных путей у дрожжей Yarrowia lipolytica - продуцентов органических кислот”. В период 1996-2000 г. работал в одном из ведущих университетов США (UT Southwestern Medical Center) под руководством проф. Paul A. Srere, где выполнял исследования структуры метаболона ЦТК.

Область научных интересов: микробный синтез, органические кислоты, возобновляемые источники углерода, продуценты, структурно-функциональная организация метаболических путей

Адрес и связь: Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН, ФИЦ Пущинский Научный центр биологических исследований РАН,

142290, г. Пущино, пр-т Науки, д. 5; тел. (916) 525-13-29; e-mail: morgunovs@rambler.ru

Состав лаборатории:

Моргунов Игорь Григорьевич – зав.лаб, д.б.н., morgunovs@rambler.ru

Камзолова Светлана Владиславовна – с.н.с., к.б.н., kamzolova@rambler.ru

Лунина Юлия Николаевна – н.с., к.б.н., luninaju@rambler.ru

Аллаяров Рамиль Камильевич – м.н.с., ramil_allayarov@rambler.ru

Черкасова Евгения Ивановна -  старший лаборант

Филимонова Элеонора Эдуардовна – старший лаборант, filimonova-eleonora@rambler.ru

Миронов Алексей Александрович – прикрепленный соискатель для подготовки диссертации

Основные направления научной деятельности лаборатории:

Научный коллектив лаборатории имеет большой опыт в области регуляции обмена веществ микроорганизмов и направленного сверхсинтеза органических кислот. Лаборатория располагает большой коллекцией дрожжевых организмов, включая природные штаммы и специально полученные и селекционированные мутанты – продуценты карбоновых кислот.

В настоящее время лаборатория проводит исследования по следующим направлениям:

Селекция, мутагенез и физиолого-биохимические исследования продуцентов лимонной, изолимонной, пировиноградной, α-кетоглутаровой и янтарной кислот;

Окислительный метаболизм дрожжей Yarrowia lipolytica;

Разработка процессов получения органических кислот из растительных масел, глицерин-содержащих отходов производства биодизеля, дешевых полупродуктов и отходов спиртового производства (технический спирт, эфиро-альдегидная фракция) и др.;

Создание научных основ для разработки нового класса антигипоксических препаратов на основе биологически активной формы изолимонной кислоты

Основные научные результаты за последние 10 лет:

1. Впервые установлены пути метаболизма триглицеридов растительных масел у дрожжей Y. lipolytica. Фермент, осуществляющий гидролиз масел до глицерина и жирных кислот, - внеклеточная липаза выделена, очищена и охарактеризована. Показано, что продукты гидролиза – глицерин и жирные кислоты потребляются клетками одновременно. Глицерин не подавляет потребления и катаболизма жирных кислот, что подтверждено физиологическими данными и анализом уровня активности ферментов катаболизма глицерина и глиоксилатного цикла. 

2. Мы в числе первых в мире обнаружили способность дрожжевых организмов ассимилировать глицерин-содержащие отходы производства биодизеля. Разработан процесс биотрансформации отходов в лимонную кислоту и цитрат натрия с помощью специально селекционированного штамма дрожжей Yarrowia lipolytica, позволяющий получать до 100 г/л лимонной кислоты, что соответствует концентрациям, получаемым при традиционном способе производства лимонной кислоты из мелассы с помощью грибов Aspergillus niger.  

3. Биосинтез лимонной кислоты у дрожжей Y. lipolytica на разных субстратах охарактеризован биохимически. Изучена роль двух ключевых ферментов - цитратсинтазы и НАД-зависимой изоцитратдегидрогеназы. Оба фермента выделены их клеток продуцента, очищены и охарактеризованы. Исследованы механизмы регуляции этих ферментов интермедиатами ЦТК.

4. Впервые установлена принципиальная возможность направленного синтеза янтарной кислоты дрожжевыми организмами. Разработаны физиолого-биохимические пути регуляции сверхсинтеза янтарной кислоты у дрожжей, изучен механизм этого процесса. Предложен способ получения янтарной кислоты с использованием дрожжей Y. lipolytica; предложены приемы аналитического выделения продукта и охарактеризована его биологическая активность в сравнении с коммерческими препаратами, получаемыми химическим синтезом.

5. Впервые обнаружена способность дрожжей к сверхсинтезу лимонной кислоты из гидролизатов древесных отходов. Изучены закономерности образования лимонной кислоты и разработан новый эффективный процесс получения продукта. Установлено, что биомасса продуцентов характеризуется высоким содержанием липидов, белка и незаменимых аминокислот и может применяться в качестве обогатителя комбикормов.

6. Селекционированы природные продуценты пировиноградной, изолимонной и α-кетоглутаровой кислоты из рапсового масла, глицерин-содержащих отходов производства биодизеля, этанол-содержащего сырья. На их основе созданы мутантные штаммы. Изучены факторы физиологического регулирования и ферментные системы, участвующие в биосинтезе кислот у отобранных продуцентов.

7. Совместно с “ВНИИГенетика” созданы рекомбинантные штаммы – продуценты органических кислот, у которых за счет увеличенной экспрессии изоцитратлиазы и аконитат-гидратазы значительно повышен выход трео-Ds-изолимонной и α-кетоглутаровой кислот за счет снижения содержания побочных продуктов.

8. Процессы получения трео-Ds-изолимонной и α-кетоглутаровой кислот из рапсового масла масштабированы в ферментёрах объемом 500 и 1000 л. Кислоты выделены из культуральной жидкости и очищены до фармакопейной чистоты.

9. Совместно с сотрудниками кафедры высшей нервной деятельности биофака МГУ установлено, что препарат изолимонной кислоты, произведенный по нашей технологии, предотвращает окислительный стресс, индуцированный действием перекиси водорода и тяжелых металлов на клетки инфузорий Paramecium caudatum. Выявлено, что изолимонная кислота обладает более выраженными антиоксидантными свойствами, чем классический антиоксидант - аскорбиновая кислота.

10. Проведено испытание препарата изолимонной кислоты в модели обучения и памяти у крыс, подвергшихся токсическому воздействию тяжелых металлов. Установлено, что препарат положительно влияет на пространственный компонент памяти у крыс, подвергнутых влиянию тяжёлых металлов, снимает нейроинтоксикацию, восстанавливает память и ускоряет обучаемость.

Кадры высшей научной квалификации, подготовленные в лаборатории:

Юсупова Алсу Ильдаровна “Биосинтез янтарной кислоты дрожжами из этанола”, специальность: 03.01.06 - Биотехнология (в том числе бионанотехнологии). Защита состоялась 24 июня 2011 г.

Фатыхова Алина Ринатовна “Биосинтез лимонной кислоты дрожжами Yarrowia lipolytica из глицерин-содержащих отходов производства биодизельного топлива”,специальность: 03.01.06 - Биотехнология (в том числе бионанотехнологии). Защита состоялась 24 июня 2011 г.

Лунина Юлия Николаевна “Биосинтез лимонной кислоты мутантными штаммами дрожжей Yarrowia lipolytica из возобновляемого растительного сырья”, специальность: 03.01.06 - Биотехнология (в том числе бионанотехнологии). Защита состоялась 25 февраля 2016 г.

Участие в выполнении проектов, программ и договоров:

1. Контракт  ФМБА  №015/13/2010-5 ««Разработка и проведение доклинических испытаний новых адаптогенных препаратов на основе природных соединений дикарбоновых кислот» «шифр Поик-ИБФМ», (2010-2012).

2. Грант РФФИ № 12-08-01157а “Разработка технологии получения янтарной кислоты c помощью дрожжей Yarrowia lipolytica” (2012-2014).

3. ФЦП Министерства образования и науки РФ (контракт  № 14.512.11.0045) «Разработка технологий микробиологического получения  α-кетоглутаровой кислоты и изолимонной кислоты технического, пищевого и медицинского назначения» (2013).

4. РФФИ № 13-08-00060/13 "Разработка технологии получения лимонной кислоты c помощью дрожжей из глицерин-содержащих субстратов" (2013-2015).

5. РФФИ с Московской областью № 14-48-03540 “р_центр_а” «Разработка управляемого биосинтетического процесса получения изолимонной кислоты с помощью дрожжей Yarrowia lipolytica» (2014-2016).

6. РФФИ № 16-08-00702 "Разработка технологии биосинтеза лимонной кислоты из гидролизатов древесных отходов с помощью дрожжей Yarrowia lipolytica" (2016-2018).

7. Грант РФФИ № 17-48-500446 р_а  “Создание научных основ для разработки нового класса антигипоксических препаратов на основе биологически активной формы изолимонной кислоты” (2017-2018).

8. Грант РФФИ № 18-38-00794 мол_а “Разработка технологии биосинтеза пальмитолеиновой кислоты с использованием дрожжевых организмов” (2018-2019).

Международные научные связи по сотрудничеству в рамках темы:

“Влияние культуральной жидкости гриба Mortierella alpine и препарата арахидоновой кислоты на рост проростков люцерны”  - Лаборатория защиты растений, РГП Институт микробиологии и вирусологии КН МОН РК (заведующая лабораторией, к.б.н. О.Н. Шемшура)

"Разработка процессов получения лимонной и изолимонной кисло, биомассы, обогащенной арахидоновой и пальмитолеиновой кислотами с использованием режима непрерывного культивирования"   - Department of Biotechnology and Food Microbiology, Wroclaw University of Environmental and Life Sciences (Waldemar Rymowicz)

Основные публикации за последние 5 лет:

1. Kamzolova S.V., Morgunov I.G.  Biosynthesis of pyruvic acid from glucose by Blastobotrys adeninivorans // Appl. Microbiol. Biotechnol. – 2016. – V. 100( 17) – P. 7689-7697.

2. Kamzolova S.V., Allayarov R.K., Lunina J.N., Morgunov I.G. The effect of oxalic and itaconic acids on threo-Ds-isocitric acid production from rapeseed oil by Yarrowia lipolytica // Bioresour.Technol. – 2016, V. 206, - P. 128-133.

3. Kamzolova S.V., Morgunov I.G. Metabolic peculiarities of the citric acid overproduction from glucose in yeasts Yarrowia lipolytica // Bioresour.Technol. – 2017. - V. 243. - P. 433-440.

4. Morgunov I.G., Kamzolova S.V., Dedyukhina E.G., Chistyakova T.I., Lunina J.N., Mironov A.A., Stepanova N.N., Shemshura O.N., Vainshtein M.B. Application of organic acids for plant protection against phytopathogens // Appl. Microbiol. Biotechnol. – 2017. - V. 101(3). - P. 921-932.

5. Morgunov I.G., Karpukhina O.V., Kamzolova S.V., Samoilenko VA, Inozemtsev AN. Investigation of the effect of biologically active threo-Ds-isocitric acid on oxidative stress in Paramecium caudatum // Prep. Biochem. Biotechnol. - 2018 . - V. 48(1). - P. 1-5.

6. Kamzolova S.V., Shamin R.V., Stepanova N.N., Morgunov G.I., Lunina J.N., Allayarov R.K., Samoilenko V.A., Morgunov I.G. Fermentation Conditions and Media Optimization for Isocitric Acid Production from Ethanol by Yarrowia lipolytica // Biomed Research International, 2018:2543210 (9 pages).

7. Kamzolova S.V., Morgunov I.G. Biosynthesis of pyruvic acid from glycerol-containing substrates and its regulation in the yeast Yarrowia lipolytica // Bioresour.Technol. – 2018. - V. 266. - P.125-133.

8. Morgunov I.G., Kamzolova S.V., Karpukhina O.V., Bokieva S.V., Inozemtsev A.N. Biosynthesis of isocitric acid in repeated-batch culture and testing of its stress-protective activity // Appl. Microbiol. Biotechnol. – 2019. - V. 103(8). - P. 3549-3558.

9. Kamzolova S.V., Morgunov I.G. Microbial production of (2R,3S)-isocitric acid: state of the arts and prospects (Review) // Appl. Microbiol. Biotechnol. – 2019. - 103(23-24). – P. 9321-93333.

10. Morgunov I.G., Kamzolova S.V., Karpukhina O.V., Bokieva S.B., Lunina J.N., Inozemtsev A.N. Microbiological production of isocitric acid from biodiesel waste and its effect on spatial memory // Microorganisms. 2020 Mar 25;8(4):462. doi: 10.3390/microorganisms8040462.