Основные результаты, полученные в 2013 г.

Направление 42. Биологическое разнообразие

Впервые проведено полногеномное секвенирование и сравнительный анализ геномов 14 штаммов анаморфных грибов из фонда Всероссийской коллекции микроорганизмов (вид Geomyces pannorum, класс Leotiomycetes). Штаммы выделены из современных экосистем и вечной мерзлоты возраста от сотен тыс. до нескольких млн. лет. Определено время существования общего предка штаммов – 50 млн. лет, установлено, что он эволюционировал как клональное облако, без полового размножения; обнаружены свидетельства низкочастотного (10^-8) горизонтального переноса генов. Установлено, что род Geomyces – это анаморфы телеоморфного рода  Pseudogymnoascus, а глубина обособления филума этих организмов свидетельствует о целесообразности выделения нового порядка (Geomycetales ord. nov.) в составе класса Leotiomycetes (д.б.н. Л.И. Евтушенко).

Впервые получены данные о разнообразии архей в многолетних постоянно-мерзлых отложениях Арктики возраста от 6 до 15 тыс. лет. Анализ клоновых библиотек генов 16S рРНК и mcrA выявил наличие филумов Euryarchaeota и Crenarchaeota. Метаногенные археи относились к известным и новым родам порядков Methanocelles, Methanomicrobiales, Methanobacteriales и Methanococcales. Максимальное разнообразие архей и метаногенов выявлено на глубине 22 м, где обнаружено наличие лабильного органического углерода. Более 50 % составляли таксоны метаногенов, использующих H₂ и CO₂ в качестве источников углерода и энергии. Полученные результаты доказывают ранее высказанное предположение о преобладании гидрогенотрофного метаногенеза в глубинных многолетнемерзлых породах (в отличие от мерзлых почв, где метан образуется по ацетокластическому пути) (к.б.н. В.А. Шербакова).

Направление 55. Биохимия, физиология и биосферная роль микроорганизмов

Обнаружена адаптация клеток пекарских дрожжей к токсической концентрации ионов марганца после сверхдлительной лаг-фазы. Адаптация сопровождается изменениями в содержании и локализации неорганических полифосфатов: содержание кислоторастоворимых полифосфатов, локализованных, в основном, в цитоплазме, возрастает до 70 %, а длина их цепи  увеличивается от  15 фосфатных остатков в контрольных условиях до 200 в присутствии избытка марганца. Отмечено увеличение размера клеток и содержания полифосфатов в клеточной оболочке. Это свидетельствует в пользу представления о том, что полифосфаты выполняют протекторные функции при адаптации клеток дрожжей к стрессам, вызванным избытком тяжелых металлов (д.б.н. Т.В. Кулаковская).

У галотолерантного метанотрофа Methylomicrobium alcaliphilum 20Z доказано функционирование модифицированного высокоэффективного пирофосфат-зависимого гликолиза, с участием которого ассимиляция углерода метана в условиях лимитирования роста кислородом сопровождается ферментацией метана до молекулярного водорода и других соединений, что открывает новые возможности использования клеток метанотрофов в качестве биокатализаторов для получения широкого спектра полезных продуктов из метана и метанола (д.б.н. Ю.А. Троценко).

Получен сополимер 2,5-дигидроксибензойной кислоты и желатина с участием фермента лакказы в качестве катализатора, обладающий высокой антивирусной активностью и низкой токсичностью в отношении клеточных культур (д.б.н. А.А. Леонтьевский).

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

В результате экспериментов по лечению модельного системного стафилококкового сепсиса у беспородных белых мышей установлена высокая лечебная эффективность препарата внешнемембранных везикул Lysobacter sp. XL1, содержащих литический фермент Л5. Введение препарата через три часа после заражения приводило к элиминации стафилококка из печени, почек и селезенки и полному выздоровлению мышей. Совокупность данных указывает на перспективность разработки антимикробных средств нового поколения против инфекций, вызываемых множественноустойчивыми к антибиотикам бактериями, на основе литических ферментов, заключенных в искусственные везикулярные структуры – липосомы (к.б.н. Н.В. Васильева).

Впервые закристаллизована и расшифрована трехмерная структура 5-хлормуконолактон дегалогеназы (5-ХМЛД) штамма Rhodococcus opacus 1CP - уникального фермента модифицированного пути деградации 3-хлоркатехола, осуществляющего ключевую реакцию дегалогенирования 5-хлормуконолактона с образованием цис-диенолактона. Определены функциональные аминокислотные остатки активного центра фермента, участвующие в связывании субстрата и переносе протона в ходе изомеризации, а также остатки, ответственные за дехлорирование 5-хлормуконолактона. Предложен механизм дегалогенирования 5-хлормуконолактона 5-ХМЛД-зой. Полученные данные легли в основу понимания функционирования изомеризующих дегалогеназ (д.б.н. Л.А. Головлева).

Направление 62. Биотехнология

Разработаны новые процессы получения α-кетоглутаровой и янтарной кислот из рапсового масла с использованием дрожжей Yarrowia lipolytica с целью создания новых лекарственных адаптогенных препаратов для коррекции физического и функционального состояния организма. Оптимизированы процессы выращивания штаммов-продуцентов и биосинтеза целевых продуктов в ферментерах различного объема. Предложены схемы выделения целевых продуктов и очистки до фармакопейной чистоты (д.б.н. И.Г. Моргунов).

Основные публикации 

Zakharchenko M.V., Morgunov I.G. Burst of succinate dehydrogenase and alfa-ketoglutarate dehydrogenase activity in concert with the expression of genes coding for respiratore chain proteins underlies short-term beneficial physiological stress in mitochondria // Int. J. Biochem. Cell B. 2013. V. 45. P. 190-200.

Morgunov I.G., Kamzolova S.V. Alfa-ketoglutaric acid synthesis by Yarrowia lipolytica yeast and its regulation // Curr. Opin. Biotech. 2013. V. 24. Suppl. 1. P. 77-78.

Ryzhmanova Ya., Nepomnyashchaya Ya., Abashina T., Ariskina E., Troshina O., Vainshtein M., Shcherbakova V. New sulfate-reducing bacteria isolated from buryation alkaline Brackish lakes: description of desulfonatronum Buryatense sp. nov. // Extremophiles. 2013. V. 17. P. 851-859.

Andreeva N.A., Ryazanova L.P., Dmitriev V.V., Kulakovskaya T.V., Kulaev I.S. Adaptation of Saccharomyces cerevisiae to toxic manganese concentration triggers changes in inorganic polyphosphates // FEMS Yeast Res. 2013. V. 13 (5). P. 463-470.

Doronina N.V., Kaparullina E.N., Trotsenko Y.A. Methylopila musalis sp. nov., an anaerobic facultatively methylotrophic bacterium isolated from banana fruit // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2013. V. 63. N 5. P. 1847-1852.

Vasilyeva N.V., Tsfasman I.M., Kudryakova I.V., Suzina N.E., Shishkova I.S., Kulaev I.S., Stepnaya O.A. The role of membrane vesicles in secretion of Lysobacter sp. bacteriolytic // J. Mol. Microb. Biotech. 2013. V. 23. P. 142-151.

Ferraroni M., Kolomytseva M., Scozzafava A., Golovleva L.A., Braganti 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. V. 181. P. 274-282.

Schwartsburg P., Agababov R., Vainshtein M. Gender difference in calcification diseases: is it the result of gender-specific ways of nano-bacterial expansion? // Med. Hypotheses. 2013. V. 81. P. 911-912.

Petrikov K., Delegan Ya., Surib A., Ponamoreva O., Puntus I., Filonov A., Boronin A. Glycolipids of Pseudomonas and Rhodococcus oil-degrading bacteria used in bioremediation preparations // Proc. Biochem. 2013. V. 48. P. 931-935.

Minkevich I.G., Fursova P.V., Tjorlova L.D., Tsygankov A.A., Riznichenko G.Yu. The stoichiometry and energetics of oxygenic phototrophic growth // Photosynth. Res. 2013. V. 116. P. 55-78.

Ismalkova T.Yu., Sazonova O.I., Nagornih M.O., Sokolov S.L., Kosheleva I.A., Boronin A.M. The organization of naphthalene degradation genes in Pseudomonas putida strains AK5 // Res. Microbiol. 2013. V. 164. P. 244-253.

Reshetilov A.N., Zyrina N.V., Zheleznaya L.A. De novo DNA synthesis and its biosensor detection // In Portable Biosensing of Food Toxicants and Environmental Pollutants. CRC Press Taylor and Francis Group. Edd.: D.P.Nicolelis et al. 2013. P. 243-258.

Reshetilov A.N., Arlyapov V.A., Alferov V.A. Microbial cells and enzymes for assaying the fermentation processes of alcohol // In Portable Biosensing of Food Toxicants and Environmental Pollutants. CRC Press Taylor and Francis Group. Edd.: D.P.Nicolelis et al. 2013. P. 729-741.

Буренина О.Ю., Федотова Е.А., Рязанова А.Ю., Проценко А.С., Захарова М.В., Карягина  А.С., Солонин А.С., Орецкая Т.С. Кубарева Е.А. Особенности регуляции экспрессии генов в системе рестрикции-модификации ECL 18 KL // Acta Natural. 2013. Т. 5. № 2. С. 72-82.

Личко Л.П., Кулаковская Т.В., Кулаев И.С. Внеклеточный фосфоманнан-фосфорный резерв дрожжей Kuraishia capsulate // Биохимия. 2013. Т. 78. С. 767-771.

Акимов В.Н., Подосокорская О.А., Шляпников М.Г., Гальченко В.Ф. Доминантные фенотипы в клоновых библиотеках генов 16S PPHK из бактериальных матов гидротермальных источников кальдеры вулкана Узон, Камчатка // Микробиология. 2013. Т. 82. № 6. С. 707-714.

Плеханова Ю.В., Фирсова Ю.Е., Доронина Н.В., Троценко Ю.А., Решетилов А.Н. Аэробные метилобактерии как основа биосенсора для детекции дихлорметана // Прикл. Биохим. Микробиол. 2013. Т. 49. № 2. С. 203-208.

Опубликовано 112 статей, в том числе 50 в зарубежных изданиях, 1 монография, 5 глав в книгах, 1 учебное пособие, получено 7 патентов.