Основные результаты, полученные в 2015 г.

Направление 55. Биохимия, физиология и биосферная роль микроорганизмов

Завершен важный этап многолетних работ и исследований, направленных на достижение Всероссийской коллекцией микроорганизмов (ВКМ) уровня мировых стандартов по всем видам коллекционной деятельности. Решены основные научно-техническик задачи по трансформации ВКМ в Биологический ресурсный центр (БРЦ) мирового уровня: от обеспечения гарантированного сохранения фонда – крупнейшего в России по показателям видового разнообразия и одного из крупнейших по общей численности (20000 культур), до информационного сопровождения объектов хранения и организационно-методического обеспечения создания микробного БРЦ немедицинского профиля. Работы выполнены с учетом рекомендаций ОЭСР и международного опыта деятельности БРЦ, в оперативном взаимодействии с ведущими БРЦ Европы и Международным центром данных по микроорганизмам, действующим под эгидой Всемирной федерации коллекций культур (д.б.н. Л.И. Евтушенко).

Из природных биотопов выделены 18 представителей новых форм ультрамикробактерий (УМБ). Изучение ультратонких срезов показало, что по тонкому строению оболочек новые формы УМБ подразделяются на грамотрицательные и грамположительные формы. Установлено, что для изученных штаммов характерен небольшой размер генома (2,4-1,7 Mb). Проведена инвентаризация набора клеточных структур (на уровне органелл и органоидов) у 15 модельных штаммов различных видов свободноживущих УМБ. Установлена связь минимизации размеров клеток с редукцией у УМБ включений и вторичных клеточных структур. Разработаны способы получения герметизованных магнитотактных наноконтейнеров на основе бактериальных наноклеток для адресной доставки лекарственных средств в определённые локусы органов и тканей животных (д.б.н., проф. В.И. Дуда).

Из Пущинских очистных сооружений выделено более 250 штаммов, устойчивых к 2 и более антибиотикам в различных сочетаниях. Изолировано 10 плазмид резистентности к тетрациклину, стрептомицину и гентамицину. В результате конъюгационных скрещиваний установлен плазмидный контроль резистентности к тетрациклину еще у 10 штаммов флуоресцирующих псевдомонад (к.б.н. И.А. Кошелева)

Направление 57. Структура и функции биомолекул и надмолекулярных комплексов, протеомика, биокатализ

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. Создан уникальный жизнеспособный штамм E.coli, продуцирующий рекомбинантную эндонуклеазу рестрикции, оптимизирована методика индукции гибридного гена и выделения активного гибридного белка в штамме–продуценте. Получены новые данные, подтверждающие, что конвергентная транскрипция с промотора гена МТ ecoRII может существенно влиять на экспрессию гена ЭР ecoRII. Описан принципиальный механизм переключения экспрессии генов системы рестрикции-модификации Cfr9I и построена модель регуляции этой системы (к.б.н. М.В. Захарова).

Направление 62. Биотехнология

Впервые в мировой практике проведена имплантация микробного биотопливного элемента в организм лягушки Rana temporaria. Электроды (размер 8×5×0.5 мм) были созданы на основе бактерий рода Gluconobacter, иммобилизованных на наноматериале - терморасширенном графите. Напряжение на выходных клеммах топливного элемента (~50 мВ) и время его наработки (7-12 мин) находились в пределах, достаточных для практического использования в гибридных системах и соответствовали таковым, описанным в литературе по имплантации биотопливных элементов в другие организмы (улитки, лобстеры). Дальнейшие работы направлены на оценку возможности улучшения этих параметров (д.х.н., проф. А.Н. Решетилов).

На основе бактериолитического фермента Л5 грамотрицательной бактерии Lysobaceter sp. XL1 и фосфолипидов, полученных из внешнемембранных везикул этой бактерии, сконструирован липосомальный антимикробный препарат. Первые испытания показали высокое антимикробное действие препарата на штаммы грамположительных бактерий, множественноустойчивых к антибактериальным препаратам. В дальнейшем будет изучено лечебное действие нового препарата на модельной инфекции у белых мышей, вызванной множественноусточивым штаммом стафилококка (MRSA) (к.б.н. Н.В. Васильева).

Разработан и масштабирован до уровня лабораторных биореакторов (объем 10 л) эффективный способ получения 3β,7α-дигидроксиандрост-5-ен-17-она на основе селективного 7α-гидроксилирования дегидроэпиандростерона культурой Fusarium graminearum. Способ обеспечивает высокий (свыше 70 %) выход целевого продукта при нагрузке субстрата 20 г/л. Разработана процедура выделения и очистки, обеспечивающая получение кристаллического продукта с чистотой свыше 97 % (д.б.н. М.В. Донова).

Основные публикации

Leushkin E.V., Logacheva M.D., Penin A.A., Sutormin R.A., Gerasimov E.S., Kochkina G.A., Ivanushkina N.E., Vasilenko O.V., Kondrashov A.S., Ozerskaya S.M. Population genomics of Pseudogymnoascus pannorum reveals transmission of small genome fragments between lineages // BMC Genomics. 2015. V. 16 (5). 400. doi 10.1186/s12864-015-1570-9.

Trubitsina L.I., Tishchenko S.V., Gabdulkhakov A.G., Lisov A.V., Zakharova M.V., Leontievsky A.A, Structural and functional characterization of two-domain laccase from Streptomyces viridochromogenes // Biochimie. 2015. V. 112. Р. 151-159.

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. V. 193. Р. 250–255.

Ferrario V., Chernykh A., Fiorindo F., Kolomytseva M., Sinigoi L., Myasoedova N., Fattor D., Ebert C., Golovleva L. and Gardossi L. Disclosing the role of Electron Transfer Pathway in determining laccase stability under denaturing conditions // ChemBioChem. 2015. V. 16. Р. 2365-2372.

Shtratnikova V.Y.,. Schelkunov M.I., Fokina V.V., Pekov Y.A. and. Donova M.V. Genome-wide bioinformatics analysis of steroid metabolism-associated genes in Nocardioides simplex VKM Ac-2033D // Current Genetics. 2015. doi 10.1007/s00294-016-0568-4.

Sorokin D.Y., Chernyh N., Poroshina M.N. Desulfonatronobacter acetoxydans sp. nov.,: a first acetate-oxidizing, extremely salt-tolerant alkaliphilic SRB from a hypersaline soda lake // Extremophiles. 2015. V. 19. Is. 5. P. 899-907.

Kholod N., Sivogrivov D., Latypov O., Mayorov S., Kuznitsyn R., Kajava A.V., Shlyapnikov M., Granovsky I. Single substitution in bacteriophage t4 rnase h alters the ratio between its exo - and endonuclease activities. mutation research // Fundamental and molecular mechanisms of mutagenesis. 2015. V. 781. P. 49–57.

Hamilton R., Kits K.D., Ramonovskaya V.A., Rozova O.N., Yurimoto H., Iguchi H., Khmelenina V.N., Sakai Y., Dunfield P.F., Klotz M.G., Knief C., Op den Camp H.J.M., Jetten M.S.M., Bringel F., Vuilleumier S., Svenning M.M., Shapiro N., Woyke T., Trotsenko Y.А. Draft genomes of gammaproteobacterial methanotrophs isolated from terrestrial ecosystems // Genome announcements. 2015. V. 3. № 3: e00515-15.

Tomashevski A.A , Petrov V.V. Mutations in membrane and extracytosolic domains of the yeast pma1 atpase cause different distribution of polyphosphates // J. Biomol. Struct. Dynamics. 2015. V. 33. № S1. P. 106-107.

Arkhipova O.V., Meer M.V., Mikoulinskaia G.V., Zakharova M.V., Galushko A.S., Akimenko V.K., Kondrashov F.A. Recent origin of the methacrylate redox system in Geobacter sulfurreducens AM-1 through horizontal gene transfer // Plos one. 2015. 10(5): e0125888. doi:10.1371/journal.pone.0125888.

Declerck S. Willems A., van der Heijden M.G., Varese G.C., Turkovskaya O., Evtushenko L., Ivshina I.,; Desmeth P. PERN: art EU-russia initiative for rhizosphere microbial resources //

Trends in Biotechnology. 2015. V. 33. Is. 7. P. 377-380.

Lisov A., Vrublevskaya V., Lisova Z., Leontievsky A. A 2,5-dihydroxybenzoic acid-gelatin conjugate: the synthesis, antiviral activity and mechanism of antiviral action two alphaherpesviruses // Viruses-basel. 2015. V. 7. P. 5343-5360.

Решетилов А.Н., Плеханова Ю.В., Тарасов С.Е., Китова А.Е., Колесов В.В., Утешев В.К., Василов Р.Г. Живая бактерия - микробный биотопливный элемент, функционирующий в организме травяной лягушки Rana temporaria // Вестник биотехнологии и физико-химической биологии им. Ю.А. Овчинникова. 2015. Т. 11. № 2. С. 5-10.

Решетилов А.Н., Плеханова Ю.В., Тихоненко С.А., Дубровский А.В. Полиэлектролитные микрокапсулы с уреазой и парамагнитными частицами как основа потенциометрического биосенсора для определения мочевины // Журнал аналитической химии. 2015. Т. 70. № 11. С. 1-3.

Есикова Т.З., Волкова О.В., Таран С.А., Боронин А.М. Ключевая роль dca – генов в катаболизме капролактама у бактерий рода Pseudomonas // Микробиология. 2015. Т. 84. № 5. С. 616-619.

Решетилов А.Н. Биосенсоры и биотопливные элементы: исследования, ориентированные на практическое применение // Прикладная биохимия и микробиология. 2015. Т. 51. № 2. С. 268-274.

Сузина Н.Е., Есикова Т.З., Олейников Р.Р., Гафаров А.Б., Шорохова А.П., Поливцева В.Н., Росс Д.В., Абашина Т.Н., Дуда В.И., Боронин А.М. Сравнительная характеристика свободноживущих ультрамелких бактерий, выделенных из природных биотопов // Прикладная биохимия и микробиология. 2015. Т. 51. № 2. С. 151–160.

Опубликовано 160 статей, в том числе 63 в зарубежных изданиях, 2 монографии, 14 глав в книгах, 1 учебное пособие, получено 2 патента.