Лаборатория аэробного метаболизма микроорганизмов образована на основе Отдела энергетического обмена микроорганизмов. Основной темой исследований лаборатории является изучение функциональных изменений и регуляции метаболических путей окислительного обмена веществ дрожжей Yarrowia lipolytica – продуцентов органических кислот.

Заведующий лабораторией:

Моргунов Игорь Григорьевич 

доктор биологических наук

Oкончил Горьковский государственный университет, кафедру биохимии в 1984 г. Работал с 1985 г. в Институте биохимии и физиологии микроорганизмов АН СССР. Кандидатская диссертация по теме “Пути биосинтеза кетокислот из глицерина у дрожжей Yarrowia (Candida) lipolytica”. Защитил кандидатскую диссертацию в 1994 г. Докторская диссертация по теме “Метаболическая организация окислительных путей у дрожжей Yarrowia lipolytica - продуцентов органических кислот”. Защитил докторскую диссертацию в 2009 г.  

В период 1996-2000 г. работал в одном из ведущих университетов США (University of Texas Southwestern Medical Center) под руководством проф. Paul A. Srere, где выполнял исследования структуры метаболона ЦТК. По результатам работы были опубликованы статьи в престижных научных журналах (J. Biol. Chem., Biochemistry).   

Область научных интересов: структурно-функциональная организация метаболических путей и надмолекулярных комплексов; биотехнологический потенциал дрожжей Yarrowia lipolytica. 

За последние пять лет опубликовал 42 научных статьи, в том числе, 20 - в зарубежных журналах БД Web of Science. Под руководством защищено 3  кандидатские диссертации,  3 магистерские диссертации, дипломные работы.

Адрес и связь

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина (ИБФМ РАН)

142290 Пущино, Московская обл., пр-т Науки 5, Россия

тел. (916) 525-13-29

e-mail: morgunovs@rambler.ru

Основные направления научной деятельности лаборатории

Фундаментальные

Разработка технологии получения лимонной кислоты с помощью дрожжей из глицерин-содержащих субстратов - грант РФФИ 13-08-00060 А (Руководитель Моргунов И.Г., 2013-2015).

Разработка технологии получения янтарной кислоты c помощью дрожжей Yarrowia lipolytica – грант РФФИ  12-08-01157 А (Руководитель Камзолова С.В., 2012-2014).

Разработка управляемого биосинтетического процесса получения изолимонной кислоты с помощью дрожжей Yarrowia lipolytica - грант РФФИ 14-48-03540 р_центр_а  (Руководитель Камзолова С.В., 2014-2016). 

 Разработка технологии биосинтеза лимонной кислоты из гидролизатов древесных отходов с помощью дрожжей Yarrowia lipolytica - грант РФФИ 16-08-00702 А (Руководитель Моргунов И.Г., 2016-2018). 

Создание научных основ для разработки нового класса антигипоксических препаратов на основе биологически активной формы изолимонной кислоты - грант РФФИ 17-48-500446 р_а  (Руководитель Моргунов И.Г., 2016-2018)

Исследованы механизмы регуляции этих ферментов интермедиатами ЦТК. Показано, что свойства цитратсинтазы в условиях in vitro и in situ существенно различаются; фермент in situ оказался более устойчивым к ингибирующему воздействию цитрата и АТФ.

Плановые тематики ИБФМ РАН

2013 - 2016 гг. 62 – Биотехнология. Разработка процессов получения и анализа практически ценных микробных ферментов и биологически активных соединений. Изучение закономерностей биосинтеза промышленно-ценных органических кислот: α-кетоглутаровой кислоты, янтарной кислоты, трео-Ds-изолимонной кислоты и пировиноградной кислоты у дрожжей Y. lipolytica и Blastobotrys adeninivorans, создание перспективных продуцентов на основе использования классического мутагенеза и методологии генетической инженерии;  способов управления биосинтетической активностью продуцентов и разработка на этой основе современных  биотехнологий получения целевых кислот из возобновляемого сырья.

2017-2020 гг. - 62 – Биотехнология. Разработка научных основ  получения и анализа практически ценных биопрепаратов, метаболитов и ферментов. Изучение закономерностей роста и метаболизма у природных, мутантных и генно-модифицированных штаммов дрожжей Yarrowia lipolytica,  Blastobotrys adeninivorans и Debaryomyces globosus , созданных сотрудниками ИБФМ РАН и ВНИИГенетика в период 2013-2016 годы. Оптимизация условий их культивирования и состава питательной среды. Исследование механизмов сверхсинтеза органических кислот при различных физиологических условиях на разных субстратах. Разработка новых биотехнологий получения лимонной, трео-Ds-изолимонной, α-кетоглутаровой, янтарной, пировиноградной и пальмитолеиновой кислот технического, пищевого и медицинского назначения.  Процессы получения целевых кислот будут отрабатываться в ферментерах объема 10 л и в полупромышленных ферментерах на Опытно-технологической установке ИБФМ РАН.

Прикладные

Прикладные научные исследования по теме «Разработка технологий микробиологического получения α-кетоглутаровой кислоты и изолимонной кислоты технического, пищевого и медицинского назначения» (№ 14.512.11.0045) в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно- технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы»  (руководитель д.б.н. Моргунов И.Г., совместно с сектором биотехнологических процессов - Самойленко В.А.; 2013 г.)

Прикладные научные исследования по теме “Разработка процесса получения изолимонной кислоты” – грант  Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе “УМНИК” (руководитель Аллаяров Р.К., 2014-2015 г.)

Прикладные научные исследования по теме “ Разработка технологии микробиологического получения арахидоновой кислоты из глицерин-содержащих субстратов” – грант  Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе “УМНИК” (руководитель Миронов А.А.,  2014-2015 г.)

Партнерство

В рамках института:

Центр экспериментальной биотехнологии (заведующий сектором, к.б.н., с.н.с. Самойленко Владимир Александрович),

Установка лабораторных ферментеров (заведующий установки,   к.б.н., с.н.с. Кошелев Анатолий Владимирович)

В рамках Пущинского научного центра РАН:

Пущинским государственным естественно-научный институт - ПУЩГЕНИ;

Лаборатория энергетики биологических систем ИТЭБ (профессор, засл. деятель науки РФ Кондрашова Мария Николаевна)

С лабораториями и кафедрами других учреждений:

Кафедра высшей нервной деятельности, биофак МГУ (ведущий научный сотрудник, д.б.н. Иноземцев Анатолий Николаевич; ведущий научный сотрудник, к.б.н. Карпухина Ольга Вячеславовна)

НИЦ "Курчатовский институт" – ГосНИИгенетика (д.б.н., проф. Синеокий Сергей Павлович; научный сотрудник к.б.н. Лаптев Иван Александрович)

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, изолимонной и арахидоновой кислот с использованием режима непрерывного культивирования"   Department of Biotechnology and Food Microbiology, Wroclaw University of Environmental and Life Sciences (Waldemar Rymowicz)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Состав лаборатории

Моргунов Игорь Григорьевич – заведующий лабораторией, ученая степень – доктор биологических наук

Камзолова Светлана Владиславовна - старший научный сотрудник, ученая степень – кандидат биологических наук, ученое звание – старший научный сотрудник 

Лунина Юлия Николаевна – научный сотрудник, ученая степень – кандидат биологических наук 

Григоренко Лидия Петровна – старший лаборант

Черкасова Евгения Ивановна -  старший лаборант

Филимонова Элеонора Эдуардовна – старший лаборант

Аллаяров Рамиль Камильевич – аспирант

Миронов Алексей Александрович – аспирант

Степанова Надежда Николаевна – аспирант

 

Достижения лаборатории за 10 лет

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.

Впервые обнаружена способность дрожжей Blastobotrys adeninivorans продуцировать в значительных количествах пировиноградную кислоту (ПВК) в среде с глюкозой.. Метод получения пировиноградной кислоты из глицерина биохимически охарактеризован. Сведения о механизмах регуляции ферментов биосинтеза пировиноградной кислоты у Y. lipolytica необходимы для практического получения продукта.

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. Показано, что свойства цитратсинтазы в условиях in vitro и in situ существенно различаются; фермент in situ оказался более устойчивым к ингибирующему воздействию цитрата и АТФ.

Установлены новые принципы метаболической организации дрожжей. Между ферментами существуют фермент-ферментные взаимодействия. Такие взаимодействия выявлены между двумя последовательными ферментами ЦТК - цитратсинтазой и малат-дегидрогеназой. Фермент-ферментный комплекс образует электростатический  субстратный канал для оксалоацетата. На примере пероксисомальной цитратсинтазы впервые показана важность третичной структуры  фермента для его функционирования в составе метаболона. Ферменты ЦТК способны связываться как между собой, так и с внутренней мембраной митохондрий, образуя надмолекулярные комплексы (метаболоны). Такая организация метаболического пути способствует: 1) формированию субстратных каналов, при котором субстраты передаются от одного фермента к последующему без выхода в раствор; 2) созданию микроокружения, в котором концентрация субстратов существенно повышается и 3) эффективной и направленной регуляции клеточного метаболизма.

Созданы научные основы для разработки микробиологических способов получения лимонной кислоты из растительных субстратов.   Процессы получения лимонной кислоты из рапсового масла и глицерина были воспроизведены в полупромышленном масштабе на Опытно-технологической установке ИБФМ РАН. Разработан лабораторный технологический регламент «Производство пищевой лимонной кислоты из рапсового масла».

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.

Созданы научные основы конверсии глицерин-содержащих отходов производства биодизельного топлива в продукты микробиологического синтеза – лимонную кислоту, изолимонную кислоту, α-кетоглутаровую кислоту. Предложен способ  получения лимонной кислоты в периодическом режиме с концентрацией свыше 100 г/л, приемлемой для промышленной реализации. Впервые показана принципиальная возможность продолжительного синтеза лимонной кислоты из отходов с использованием мембранного модуля и режима отъемов-доливов.

Впервые обнаружена способность дрожжей к сверхсинтезу лимонной кислоты из гидролизатов древесных отходов;  исследованы 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.

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.

Разработан новый биотехнологический процесс получения трео-Ds-изолимонной кислоты (ИЛК) из растительных масел. На основе селекционированных природных продуцентов созданы мутантные и рекомбинантные суперпродуценты с продуктивностью мирового уровня. Изучены факторы физиологического регулирования и ферментные системы, участвующие в биосинтезе ИЛК, разработан метод выделения продукта. Процесс масштабирован в ферментёрах объемом 500 и 1000 л. ИЛК выделена из культуральной жидкости и очищена до фармакопейной чистоты.

Публикации лаборатории за 5 лет

(индексируемые в БД Web of Sciences/Scopus)

Публикации за 2013 год

1. Morgunov I.G., Kamzolova S.V., Samoilenko V.A. Enhanced α-ketoglutaric acid production and recovery in Yarrowia lipolytica yeast by effective pH controlling // Applied Microbiology and Biotechnology 2013, vol. 97, p. 8711-8718.

2. Kamzolova S.V., Dedyukhina E.G., Samoilenko V.A., Lunina J.N., Puntus I.F.,   Allayarov R.K., Chiglintseva M.N., Mironov A.A., and Morgunov I.G. Isocitric acid production from rapeseed oil by Yarrowia lipolytica yeast // Applied Microbiology and Biotechnology 2013, vol. 97, p. 9133-9144.

3. Morgunov I.G., Kamzolova S.V. α-Ketoglutaric acid synthesis by Yarrowia lipolytica yeast and its regulation // Current Opinion in Biotechnology 2013, vol. 24, suppl. 1, p. S77-S78. dx.doi.org/10.1016/j.copbio.2013.05.220.

4. Kamzolova S.V., Morgunov I.G. α-Ketoglutaric acid production from rapeseed oil by Yarrowia lipolytica yeast // Applied Microbiology and Biotechnology 2013, vol. 97, p. 5517-5525.

5. Morgunov I.G.,   Kamzolova S.V.,   Lunina J.N. The citric acid production from raw glycerol by Yarrowia lipolytica yeast and its regulation // Applied Microbiology and Biotechnology 2013, vol. 97, p. 7387-7397.

6. Zakharchenko M.V., Zakharchenko A.V., Khunderyakova N.V., Tutukina M.N., Simonova M.A., Vasilieva A.A., Romanova O.I., Fedotcheva N.I., Litvinova E.G., Maevsky E.I., Zinchenko V.P., Berezhnov A.V., Morgunov I.G., Gulayev A.A., Kondrashova M.N. Burst of succinate dehydrogenase and α-ketoglutarate dehydrogenase activity in concert with the expression of genes coding for respiratory chain proteins underlies short-term beneficial physiological stress in mitochondria // The International Journal of Biochemistry & Cell Biology 2013, vol. 45(1), p. 190-200.

7. Morgunov I.G., Kamzolova S.V. The peculiarities of regulation of Yarrowia lipolytica yeast and citric acid overproduction // Journal of Biomolecular Structure and Dynamics, 2013, vol. 31, supl.1, p. 122-123, DOI: 10.1080/07391102.2013.786432

Публикации за 2014 год

1. Kamzolova S.V.,  Vinokurova N.G., Dedyukhina E.G., Samoilenko V.A., Lunina J.N., Mironov A.A., Allayarov R.K., Morgunov I.G. The peculiarities of succinic acid production from rapeseed oil by Yarrowia lipolytica yeast // Applied  Microbiology and Biotechnology 2014, vol. 98,  № 9, p. 4149–4157.

2. Kamzolova S.V.,  Vinokurova N.G., Shemshura O.N., Bekmakhanova N.E., Lunina J.N., Samoilenko V.A., Morgunov I.G. The production of succinic acid by yeast Yarrowia lipolytica through a two-step process // Applied  Microbiology and Biotechnology 2014, vol. 98,  № 18,  p. 7959–7969.

3. Dedyukhina E.G., Chistyakova T.I., Mironov A.A., Kamzolova S.V., Morgunov I.G., Vainshtein M.B. Arachidonic acid synthesis from biodiesel-derived waste by Mortierella alpina // European Journal of Lipid Science and Technology 2014, vol. 116,  p. 429–437.

4. Dedyukhina E.G., Kamzolova S.V., Vainshtein M.B. Arachidonic acid as an elicitor of the plant defense response to phytopathogens (Review) // Chemical and Biological Technologies in Agriculture 2014, vol. 1,  № 1,  p. 1-6.

Публикации за 2015 год

1. Morgunov I.G., Kamzolova S.V. Physiologo-biochemical characteristics of citrate-producing yeast Yarrowia lipolytica grown on glycerol-containing waste of biodiesel industry // Applied Microbiology and Biotechnology 2015, vol. 99(15), p. 6443-6450.

2. Morgunov I.G., Kamzolova S.V. Metabolism of biodiesel-derived waste in the yeast Yarrowia lipolytica - producers of citric- and isocitric acids // Journal of  Biomolecular Structure and  Dynamics 2015, vol. 33,  suppl 1, p. 108-109.

3. Kamzolova S.V., Vinokurova N.G., Lunina J.N., Zelenkova N.F., Morgunov I.G. Production of technical-grade sodium citrate from glycerol-containing biodiesel waste by Yarrowia lipolytica // Bioresource Technology 2015, vol. 193, p. 250-255.

4. Kamzolova S.V., Morgunov I.G. Inhibition of isocitrate lyase shifts metabolism toward the isocitrate overproduction in yeast Yarrowia lipolytica // Journal of  Biomolecular Structure and  Dynamics 2015, vol. 33,  suppl 1, p. 107-108.

5. Kamzolova S.V., Lunina J.N., Allayarov R.K., Puntus I.F., Laptev I.A., Samojlenko V.A., Morgunov I.G. Biosynthesis of isocitric acid by the yeast yarrowia lipolytica and its regulation // Prikl Biokhim Mikrobiol. 2015, vol 51(2), p. 251-257. Russian.

6. Dedyukhina E.G., Chistyakova T.I., Mironov A.A., Kamzolova S.V., Minkevich I.G., Vainshtein M.B. The effect of pH, aeration, and temperature on arachidonic acid synthesis by Mortierella alpina // Prikl Biokhim Mikrobiol. 2015, vol 51(2), p. 243-250. Russian.

Публикации за 2016 год

1. Kamzolova S.V., Morgunov I.G.  Biosynthesis of pyruvic acid from glucose by Blastobotrys adeninivorans // Applied Microbiology and Biotechnology 2016, vol. 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 // Bioresourсe Technology 2016,  vol. 206,  p. 128-133.

3. Laptev I.A., Filimonova N.A., Allayarov R.K., (...), Sineoky S.P., Morgunov I.G. New recombinant strains of the yeast Yarrowia lipolytica with overexpression of the aconitate hydratase gene for the obtainment of isocitric acid from rapeseed oil // Applied Biochemistry and Microbiology 2016, vol. 52, № 7, p. 699-704.

Публикации за 2017 год

1. Kamzolova S.V., Morgunov I.G. Metabolic peculiarities of the citric acid overproduction from glucose in yeasts Yarrowia lipolytica // Bioresource Technology 2017,  vol. 243,  p. 433-440.

2. Morgunov I.G., Karpukhina O.V., Kamzolova S.V., Samoilenko V.A., Inozemtsev A.N. Investigation of the effect of biologically active threo-Ds-isocitric acid on oxidative stress in Paramecium caudatum // Journal Preparative Biochemistry and Biotechnology 2017,  doi: 10.1080/10826068.2017.1381622

3. 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 // Applied Microbiology and Biotechnology 2017, vol. 101,  № 3,  p. 921-932.