Основные  результаты, полученные в ИБФМ РАН в 2021 г.

Биологическое разнообразие

• На основании результатов филогенетического анализа и сравнительного изучения физиолого-биохимических характеристик подготовлены и опубликованы описания 4-х новых видов дрожжевых грибов  из  фонда  Всероссийской коллекции микроорганизмов (ВКМ): Zygotorulaspora dagestanica (типовой штамм VKM Y-3060, выделен из почвы, Дагестан), Papiliotrema horticola (типовой штамм VKM Y-3061, выделен из мякоти  яблок, Владимирская обл.), Teunia lichenophila (типовой штамм VKM Y-3062, выделен из лишайника Cladonia rangiferina, Тюменская обл.) и Metschnikowia taurica (типовой штамм VKM Y-3063, выделен из плодов Ziziphus jujuba, Крым) (Всероссийская коллекция микроорганизмов, д.б.н. Евтушенко Л.И.).  

• Выполнены исследования в рамках эксперимента «Тест» по изучению выживаемости микроорганизмов в условиях космоса при их длительной экспозиции на внешней поверхности Международной космической станции (МКС). Для исследований отобран штамм архей Methanosarcina mazei VKM B-1636^T, показавший максимальную устойчивость к УФ-облучению и вакуумированию как факторам негативного воздействия условий космического пространства. Эксперимент в космосе показал, что жизнеспособная популяция клеток M. mazei сохранялась на внешней поверхности МКС в течение 24 мес. Полученные результаты свидетельствуют о наличии у M. mazei механизмов защиты от воздействия факторов космического пространства, в том числе вакуума, УФ-облучения, перепадов температур. С протекторными механизмами связана, вероятно, и способность  M. mazei образовывать уникальные цистоподобные покоящиеся формы клеток (Всероссийская коллекция микроорганизмов, д.б.н. Щербакова В.А.)

• Описан новый вид микромицетов – Neodevriesia kalakoutskii (семейство Neodevriesiaceae, класс Dothideomycetes), обнаруженный в многолетнемерзлых отложениях на южном берегу Ис-фьорда, вблизи Баренцбурга, Западный Шпицберген. Известные виды грибов рода Neodevriesia обычно связаны со скальными породами, водорослями и морскими животными наземных и морских литоральных экосистем. Особенностью нового вида, помимо уникального источника выделения, является способность к росту при температурах от 5 до 20 °C (большинство известных видов  Neodevriesia являются мезофилами с оптимумом роста  25 °C). Доказательство принадлежности изученного штамма VKM F-4872 к новому виду основывается на результатах филогенетического анализа  и сравнительного изучения фенотипических признаков (Всероссийская коллекция микроорганизмов, д.б.н. Озерская С.М.). 

• Обобщены морфологические, физиолого-биохимические, хемотаксономические характеристики, проанализировано филогенетическое положение и метаболизм штаммов – представителей родов Methylovorus и Methylobacillus. Секвенированы геномы ряда биотехнологически перспективных аэробных метилотрофных бактерий, исследованы их метаболические особенности окисления и ассимиляции С1-соединений на уровне генов и ферментов. На основе анализа геномов представителей семейства Hyphomicrobiaceae предложено описание нового вида Methyloligella maris sp. nov. и нового семейства Methyloligellaceae fam. nov. Проведен сравнительный анализ всех полных геномов метанотрофных бактерий рода Methylococcus, выявлена высокая синтения их геномов и высокое сходство по генам метанотрофного метаболизма, обнаружены изоляты с генетическими и фенотипическими характеристиками, определяющими адаптацию к условиям природной экониши и высокий биотехнологический потенциал. Разработан экспериментальный подход к изменению коферментной специфичности акрилил-КоА редуктазы, катализирующей НАД(Ф)Н-зависимое восстановление акрилил-КоА до пропионил-КоА, с целью получения рекомбинантных ферментов, применяемых для конструирования искусственных метаболических путей различного назначения (лаб. радиоактивных изотопов, к.б.н.  Мустахимов И.И.).

Биохимия, физиология и биосферная роль микроорганизмов

• β-Литическая протеаза Lysobacter capsici VKM B-2533^Т является перспективным антимикробным ферментом, гидролизующим живые клетки Staphylococcus aureus, в т.ч. клинические изоляты MRSA. Установлена оптимальная среда культивирования для гомологичной системы экспрессии L. capsici blp P_T5, при росте на которой повышается выход этого фермента. Успешно проведено масштабирование процесса культивирования экспресинного штамма в ферментерах с рабочим объемом 5 л. В результате увеличен выход β-литической протеазы более чем в 1,6 раза по сравнению с лабораторными условиями. Результаты позволяют считать новую гомологичную систему экспрессии перспективной для решения биотехнологических задач (лаб. биохимии клеточной поверхности микроорганизмов, к.б.н. Леонтьевская Н.В.).

• Проведен детальный сравнительный анализ содержания неорганических полифосфатов, полифосфатазных активностей и устойчивости к марганцевому, окислительному и щелочному стрессам родительского штамма дрожжей и штаммов–сверхпродуцентов четырех полифосфатаз, различающихся по физико-химическим свойствам, локализации в клетке и относящихся к разным белковым семействам. Показано, что штаммы, оверэкспрессирующие полифосфатазы Ppn1   и Ddp1, характеризуются повышенной устойчивостью к марганцевому и окислительному стрессам, несмотря на то, что содержание полифосфатов у первого штамма снижено, а у второго не изменилось. Штамм, оверэкспрессирующий полифосфатазу Ppx1 со сниженным уровнем полифосфатов, напротив, был более чувствителен к указанным стрессам. Предположено, что эти эффекты связаны с различной способностью полифосфатаз к гидродизу органических сигнальных фосфорных соединений, таких, как цАМФ и инозитолпирофосфаты (лаб. регуляции биохимических процессов, д.б.н. Кулаковская Т.В.).

• Получена рекомбинантная двухдоменная лакказа бактерии Streptomyces carpinensis с температурным оптимумом 85 °С и стабильностью при щелочных значениях рН. Фермент окислял типовой органический нефенольный субстрат лакказ АБТС при рН 3,0-5,0, фенольный субстрат 2.6-ДМФ -  при рН 5.5-9.0. Окислительно-восстановительный потенциал лакказы составил 0,472±0,007 V. Таким образом, полученная лакказа – первая двухдоменная лакказа, обладающая средним окислительно-восстановительным потенциалом. Трансформация гуминовых кислот двухдоменной лакказой происходит путем их полимеризации при щелочных значениях рН, что характерно для изученных ранее двухдоменных лакказ из других стрептомицетов (лаб. микробной энзимологии, д.б.н. Леонтьевский А.А.).

Структура и функции биомолекул и надмолекулярных комплексов, протеомика, биокатализ

• Получены результаты полных молекулярных, структурных и функциональных исследований первой гентизат-1,2-диоксигеназы (rho-GDO) из актинобактерии Rhodococcus opacus 1CP), которая осуществляет расщепление ароматического кольца гентизата – интермедиата разложения широкого спектра токсичных ароматических и полиароматических ксенобиотиков. Впервые получена полная нуклеотидная последовательность гена, кодирующего rho-GDO, осуществлен филогенетический анализ аминокислотной последовательности rho-GDO. Структурный анализ показал идентичность аминокислот, формирующих полость активного центра rho-GDO и салицилат-1,2-диоксигеназы из Pseudaminobacter salicylatoxidans (RCSB PDB: 2PHD), имеющей отличную субстратную специфичность. Описанный феномен «мимикрии» активных центров предполагает более сложную природу механизма, лежащего в основе субстратной специфичности ферментов этого класса, и делает rho-GDO удобной моделью для нового направления последующих исследований в области взаимосвязи структуры и функции ферментов (лаб. энзиматической деградации органических соединений, к.б.н. Коломыцева М.П.)

Молекулярная генетика, механизмы реализации генетической информации, биоинженерия

• Проанализированы 474 последовательности кольцевых молекул бактерий группы Bacillus cereus депонированных в GenBank с размером 15–500 тысяч пар оснований. В результате обнаружено 28 (5.9  %) новых плазмидных профагов, среди которых 23 генома, являющихся представителями 23 новых родов бактериофагов. Данные  исследования могут служить основой не только для выявления биоразнообразия бактериофагов, но и являться источником материала для конструирования новых вирусов бактерий, в том числе с помощью методов синтетической биологии (лаб. биологии вирусов бактерий, к.б.н. Шадрин А.М.)

• Продолжена работа по поиску потенциальных противоопухолевых агентов, продуцируемых микроорганизмами, и разработке средств их доставки в клетки человека посредством лигнин-подобных полимерных наночастиц. Исследована биологическая активность фумихиназолинов F и G - вторичных метаболитов гриба Penicillium thymicola ВКМ F-869 - на культивируемые клетки рака молочной железы. Показано, что эти метаболиты подавляют способность опухолевых клеток к миграции, изменяя уровень белков, принадлежащих к Wnt-b catenin сигнальному пути. Посредством ЯМР определена структура лигнин-подобных полимеров феруловой и гентизиновой кислот, используемых для формирования наночастиц для переноса фармакологических соединений в клетки человека. Показано, что в составе наночастиц полимеры феруловой кислоты имеют линейную форму, а полимеры гентизиновой кислоты - разветвлённую форму. Наночастицы, сформированные этими полимерами, не обладают цитотоксичностью для культивируемых клеток человека, что позволяет их применение в качестве носителей для загрузки лекарственными препаратами (лаб. энзимологии генетических процессов, отв. исп. к.б.н. Земскова М.Ю.).

Биотехнология

• Успешно выполнено секвенирование полного генома и транскриптома штамма Gordonia alkanivorans 135. У актинобактерии впервые обнаружены гены, вовлечённые в катаболизм дибензотиофена (ДБТ), которые не относятся к распространённому у этой группы бактерий 4S-пути десульфуризации дибензотиофена. Все ранее имеющиеся в литературе данные о ДБТ-катаболизирующих актинобактериях касались единственного известного у них пути деструкции ДБТ, который контролируется генным кластером dsz. В данной работе выявлено и достоверно подтверждено, что штамм G. alkanivorans 135 использует при утилизации ДБТ другие гены и другой метаболический путь. Штамм утилизировал 45.26 % ДБТ за 150 ч. культивирования при 26 °С. Это первое сообщение о штамме Gordonia, который утилизирует ДБТ, не имея генов dsz (лаб. физиологии микроорганизмов, д.б.н. Вайнштейн М.Б.).

• Установлена способность термофильного штамма актинобактерий Saccharopolyspora hirsuta ВКМ Ac-666^T к структурной модификации и окислительной деградации холестерина с образованием 26-гидроксихолестерина и 3-гидрокси-5-ен-26-оевой кислоты. Структуры подтверждены различными инструментальными методами анализа, включая H¹- и C¹³-ЯМР спектроскопию. Установлено, что гидроксилирование алифатической боковой цепи при С-26 и модификация кольца А стероидного ядра, предположительно катализируемые цитохром-P450 монооксигеназой CYP125 и холестеролоксидазой, соответственно, происходят одновременно и предшествуют каскаду реакций деградации боковой цепи и деструкции стероидного ядра по 9(10)-секо-пути. Кандидатные гены, относящиеся к окислению стеринов и холатов, образуют в геноме S. hirsuta 3 кластера. Наборы генов включают ортологи генов стероидного катаболизма у Mycobacterium tuberculosis H37Rv, Rhodococcus jostii RHA1 и других стеринтрансформирующих актинобактерий. Осуществлен биоинформатический анализ 52 геномов термофильных бактерий и выявлено семь кандидатных штаммов, обладающих ключевыми генами, относящимися к 9(10)-секопути деградации стероидов. Полученные результаты свидетельствуют о том, что способность к окислительной деградации стероидов, выявленная для 5 из 6 термофильных актинобактерий рода Saccharopolyspora, не характерна для большинства других термофильных бактерий (лаб. микробиологической трансформации органических соединений, д.б.н. Донова М.В.).

• По результатам скрининга и характеристики перспективных нефтеокисляющих штаммов созданы опытные образцы новых биопрепаратов для очистки почв от нефтяных загрязнений на основе ассоциаций термотолерантных микроорганизмов-нефтедеструкторов. Разработана технология их хранения и применения, определена эффективность деградации нефти микробными ассоциациями в различных модельных системах, отслежены изменения уровня нефтезагрязнения в почве в процессе биоремедиации. Как итог разработана стратегия очистки территорий, загрязненных  нефтью с использованием агротехнических мероприятий и новых биопрепаратов для полигона ТОО «К-Курылыс, Республика Казахстан и проведены полевые испытания. Численность микроорганизмов-нефтедеструкторов на нефтезагрязненном участке с внесенным биопрепаратом была выше на 2 порядка, чем на контрольном участке, что обеспечило снижение содержания нефти в почве на 70 %  за 6 недель при температуре 36-46 °С (в контрольном участке убыль нефти достигла лишь 23 %), что демонстрирует эффективность разработанных биопрепаратов и технологии биоремедиации  в условиях резко континентального и жаркого аридного климата (лаб. биологии плазмид, чл.-корр. РАН Боронин А.М.).

• Проведено детальное исследование безмедиаторного биоэлектрокаталитического окисления глюкозы мембранными фракциями бактерий Gluconobacter oxydans на электродах, модифицированных терморасширенным графитом и проводящим полимером ПЭДОТ:ПСС. На основе полученных результатов разработан биосенсор, позволяющий выполнять безреагентный экспресс-анализ глюкозы. Создан новый композит для модификации графитовых электродов на основе проводящего полимера ПЭДОТ:ПСС, наноматериала терморасширенный графит, полимерного геля  нафиона и целых клеток G. oxydans. Композит сохраняет активность уксуснокислых бактерий и сигнал биосенсора на первоначальном уровне в течение 120 сут. Полученные данные будут использованы при создании микробных топливных элементов для долговременной генерации электроэнергии (лаб. биосенсоров, д.х.н. Решетилов А.Н.).

Сведения о выполнении количественных показателей индикаторов

эффективности фундаментальных научных исследований

Проведенные мероприятия

Организована и проведена Школа-конференция для молодых ученых, аспирантов и студентов «Генетические технологии в микробиологии, микробное разнообразие».

Школа проводилась в рамках VII Пущинской конференции «Биохимия, физиология и биосферная роль микроорганизмов».

Работа конференции и школы проходила в заочном (публикация тезисов) и  очном (доклады и постерные сообщения) форматах. В заочном формате приняло участие более 150 сотрудников из 30 научных и образовательных организаций. Выпущен сборник материалов, включающий более 180 расширенных тезисов.

Заслушано  29 докладов ведущих специалистов и молодых ученых из ИБФМ, ФИЦ Биотехнологии, МГУ, университетов и Институтов Самары, Владивостока, Улан-Удэ, С-Петербурга, Перми, Саратова и др.

Организована онлайн-трансляция для зарегистрированных в качестве слушателей.

Взаимодействие с вузовской наукой

Институт имеет бессрочную Лицензию серии ААА № 002674 от 13 марта 2012 г. на право ведения образовательной деятельности в сфере профессионального образования, в частности по программе подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре. Направления подготовки – Биологические науки 06.06.01.

Проводятся совместные работы с рядом образовательных организаций – МГУ, Пущинским государственным естественно-научном институтом, Тульским государственным университетом, Российским университетом дружбы народов, Южным федеральным университетом, Тульским государственным педагогическим университетом им. Л.Н. Толстого, Белгородским государственным национальным исследовательским университетом, Сибирским государственным университетом  науки и технологий им. ак. М.Ф. Решетнева и др.

Результаты совместных исследований публикуются в отечественных и международных изданиях, материалах научных мероприятий.

Информация о пропаганде и популяризации научных знаний 

Публикации в научно-популярном издании:

Элена Гваришвили, Ирина Позднякова-Филатова «Еще раз про ГМО: молекулярный биолог — о мифах и пользе генно-модифицированных продуктов», медиа «Теории и практики»

(https://theoryandpractice.ru/posts/18817-eshche-raz-pro-gmo-molekulyarnyy-biolog--o-mifakh-i-polze-genno-modifitsirovannykh-produktov 

Международное научное сотрудничество

Научно-технические связи с зарубежными странами осуществлялись по следующим направлениям:

• Командирование сотрудников Института за рубеж – 1 командировка в Арканзасский университет медицинских наук г. Литтл-Рок. Связана с изучением биогенеза и структурно-функциональной организации АТФазы плазматических мембран дрожжей (тема Госзадания «Механизмы стрессовой адаптации микроорганизмов».

• Прием зарубежных ученых – принято 50 ученых и специалистов из Алжира, Беларуси, Латвии, Казахстана, Сирии, Таджикистана, Уганды.

Их визиты связаны с выполнением работ по совместным работам в рамках Соглашений о сотрудничестве, грантов, договоров, а также стажировок.

• Работы по международным договорам связаны:

- с определением жизнеспособности штаммов микроорганизмов (НАН Армении, Национальный университет Сингапура)

- с выполнением исследований по международным грантам (Белорусский госуниверситет, Биотехнологический центр Казахстана)

- продолжением работ, проводимых ВКМ,  по созданию Консорциума стран Европы для изучения и обеспечения устойчивости микробных ресурсов, внедрению системы взаимосвязи между базами данных (Программа «Горизонт-2020»).

8 сотрудников Института являются членами редколлегий международных журналов, международных научных консультативных советов, комитетов и обществ.

Основные результаты в области микробиологии, полученные в 2020 г.

На основании изучения генетических характеристик (регионы рДНК: 

18S, ITS, D1/D2 домены LSU; гены: tef1a, rpb1) и физиологических свойств культур из фонда Всероссийской коллекции микроорганизмов ИБФМ РАН подготовлены и опубликованы описания 4 новых видов дрожжей: Candida pellucida, Heterocephalacria septentrionalis, Vishniacozyma phoenicis и Yamadazyma cocois (Качалкин А.В.,Томашевская М.А.).

• В результате таксономического исследования актинобактерий рода Rathayibacter, включая анализ полных геномов, выявлено 12 новых видов в составе рода, содержащего в настоящее время 8 валидно описанных видов, в том числе, обнаруженных более 100 лет назад. Представители новых видов выделены из свежих и гербарных образцов здоровых и пораженных нематодами растений, собранных в различных регионах страны и мира. В числе важных результатов работы – доказательство принадлежности к новым видам штаммов с высоким уровнем сходства по генам 16S рРНК (до 99.8%) (Евтушенко Л.И., Дорофеева Л.В., Тарлачков С.В.).

• Выявлены и проанализированы гены микробных родопсинов у актинобактерий семейства Geodermatophilaceae - группы прокариот, обычно обнаруживаемых в засушливых местах обитания с высоким уровнем солнечной радиации. Из более 50 геномов Geodermatophilaceae, депонированных в GenBank, гены родопсинов найдены в геномах 29 штаммов 4-х родов (Blastococcus, Geodermatophilus, Klenkia и Modestobacter), а также в геномах 13 отсеквенированных культур из фонда ВКМ. Филогенетический анализ и анализ аминокислот в ключевых позициях выявил две группы белков: DTE-группа (родопсины, предположительно выполняющие функции протонных насосов) и NDQ-группа (предположительно натриевые насосы). Филогенетический анализ и  наличие замены высококонсервативного триптофана на фенилаланин в положении 182 позволили выделить две подгруппы в составе DTE-группы. Выявлено не менее 4 новых видов среди изученных штаммов родов Blastococcus и Modestobacter (Тарлачков С.В., Евтушенко Л.И.)

Основные результаты в области биотехнологии, полученные в 2020 г.

• Cозданы прототипы биотопливных элементов на основе четырех типов биокатализаторов (бактерии Gluconobacter oxydans, их мембранные фракции, дрожжевые клетки Pichia angusta и фермент глюкозооксидаза). Для каждой комбинации осуществлен выбор эффективного медиатора электронного транспорта. Разработаны методики модификации электродов различными композитами проводящих гелей, биокатализаторов и наноматериалов. Установлено, что наибольшая эффективная мощность микробного биотопливного элемента достигается при использовании клеток Gluconobacter oxydans, смешанных с полимером ПЭДОТ:ПСС, модифицированным диметилсульфоксидом. Назначение и область применения биотопливных элементов - источники питания для имплантируемых устройств, маломощных аналитических систем. (Решетилов А.Н., Китова А.Е., Тарасов С.Е., Плеханова Ю.В., Быков А.Г.)

• Впервые создана биотехнологически значимая гомологичная система экспрессии для антимикробного белка, имеющего высокую биомедицинскую ценность (ранее полученной и исследованной бактериолитической протеазы Lysobacter capsici VKM B-2533^T).  Препарат является мощным стафиллолитическим ферментом, эффективно лизирующим клетки клинического изолята S. aureus 55 (MRSA), а также Micrococcus luteus. Основной проблемой, затрудняющей  использование бактериолитических ферментов в медицине, является отсутствие удачных экспрессионных систем. Для разработки системы экспрессии впервые в качестве экспреccионного штамма использовались клетки Lysobacter и установлен фаговый промотор, распознающийся РНК-полимеразой Lysobacter (Васильева Н.В., Афошин А.С., Кудрякова И.В.).

• С применением биохимического, транскриптомного и биоинформатического подходов исследованы молекулярные механизмы деградация холестерина и литохолевой кислоты актинобактериями Nocardioides simplex ВКМ Ас-2033D. Среди интермедиатов окисления боковой цепи впервые выявлены холест-5ен-26-оевая и 3-оксохолеста-1,4-диен-26-оевая кислоты. Полнотранскриптомный анализ позволил выявить наборы генов, запускающие каскад реакций окисления холестерина и литохолевой кислоты, особенности кластерной организации генов катаболизма этих стероидов. Выявлен ранее неизвестный транскрипционный фактор, регулирующий катаболизм холевых кислот у актинобактерий. Результаты вносят вклад в представление о разнообразии путей катаболизма стеринов и холевых кислот у актинобактерий и могут быть использованы при создании микробных катализаторов для экологической и промышленной биотехнологии (Донова М.В., Фокина В.В., Брагин Е.Ю., Лобастова Т.Г., Шутов А.А.).

52 – Биологическое разнообразие

• · Завершены многолетние работы и исследования, направленные на достижение Всероссийской коллекцией микроорганизмов – Международным депозитарием защищенных патентами культур – уровня мировых стандартов по всем видам коллекционной деятельности. Решены все основные научно-технические задачи по трансформации ВКМ в Биологический ресурсный центр (БРЦ) мирового уровня - от обеспечения гарантированного сохранения фонда микроорганизмов – крупнейшего в стране по количеству и видовому разнообразию до информационного сопровождения объектов хранения. Фонд, информационные ресурсы и сервисные услуги ВКМ сегодня высоко востребованы широким кругом организаций различной сферы деятельности и форм собственности в стране и мире. Работы выполнены с учетом рекомендаций ОЭСР и опыта ведущих БРЦ мира, в том числе, в рамках проектов по созданию пан-Европейской инфраструктуры исследований микробных ресурсов (MicrobialResourceResearchInfrastructure – MIRRI) и Глобального электронного каталога микроорганизмов (gcm.wfcc.info/) (ВКМ, д.б.н. Евтушенко Л.И.) 

• На основе результатов филогенетического анализа (ITS-регионы и D1/D2 домены генов 26S rRNA) и детального фенотипического изучения  массива дрожжевых грибов, выделенных из различных биотопов, описан новый род и вид  Vustiniaterrea, а также 8 новых видов в составе известных родов – Udeniomycescaspiensis, Udeniomycesorazovii, Tausoniarosea,  Krasilnikovozymafibulata, Heterocephalacriagelida, Itersoniliadiksonensis, Piskurozymaarborea и Nakazawaeaambrosiae(ВКМ, к.б.н. Качалкин А.В.)

• Выявлены, выделены в культуру и идентифицированы новые виды аэробных метилотрофных бактерий,  установлены метаболические особенности окисления и ассимиляции С1-соединений на уровне генов и ферментов, определены молекулярные основы взаимодействия метилотрофныхфитосимбионтов с растениями, аннотированы геномы биотехнологически перспективных культур (Лаб. радиоактивных изотопов,д.б.н. Троценко Ю.А.).

55 – Биохимия, физиология и биосферная роль микроорганизмов

• Из гриба Aspergillusustus ВКМ F-4692 выделены новые метаболиты (меротерпеноиды), названные  аусталидамиV и W.  Установлена их структура,показано, что аусталиды значительно подавляют рост и миграцию клеток рака предстательной железы (линии LnCaP, PC3, DU145), мочевого пузыря (линия Т24) и клеток рака молочной железы (линии МСF7, MB-MDA-231), обладают цитостатическим действием. Определены полуингибирующие концентрации исследуемых веществ и показано, что гормон-зависимые клетки (LnCaP,МСF7) являются более чувствительными к действию ингибиторов, чем гормон-независимые опухолевые клетки. В перспективе, на основе аусталидов V и W гриба Aspergillusustus могут быть созданы новые противоопухолевые препараты (Лаб. энзимологии генетических процессов,к.б.н. Земскова М.Ю., Лаб. вторичных метаболитов, д.б.н. Козловский А.Г.)

• Впервые показано, что LysobactercapsiciVKMB-2533^T образует внешнемембранные везикулы, обладающие литической активностью в отношении бактерий, грибов и дрожжей. Из везикул выделена фракция с антифунгальной активностью в отношении ряда фитопатогенных грибов, что делает данную культуру перспективной для использования в области защиты растений (Лаб. биохимии клеточной поверхности микроорганизмов, к.б.н. Васильева Н.В.)

• Показано, что резкое конститутивное снижение уровня неорганических полифосфатов у штамма, содержащего вектор с геном полифосфатазыPpn1 и сверхэкспрессирующего этот фермент, приводит к мобилизации большой группы генов, ответственных за адаптацию к окислительному стрессу и стрессу, вызванному токсической концентрацией ионов марганца.  У этого штамма также наблюдается снижение экспрессии гена, кодирующего транспортер цитоплазматической мембраны PHO84, ответственный за транспорт марганца и фосфата.  В результате клетки этого штамма устойчивы к окислительному стрессу и токсической концентрации ионов марганца. Полученные данные доказывают тесную взаимосвязь минерального фосфорного обмена и устойчивости к стрессам уэукариот (Лаб. регуляции биохимических процессов, д.б.н. Кулаковская Т.В.).

58. Молекулярная генетика, механизмы реализации генетической информации, биоинженерия

• Расширена коллекция бактериофагов, инфицирующих бактерии группы Bacilluscereus. Освоены методы сборки геномов бактериофагов из «сырых» данных NGS. Клонировано и частично охарактеризовано несколько эндолизинов бактериофагов. Филогенетический анализ бактериофага vB_BtS_B83 показал, что данный фаг формирует новый род, возможно – новое подсемейство (заявка находится на рассмотрении в ICTV) (Лаб. биологии вирусов бактерий,к.б.н. Шадрин А.М.).

62 – Биотехнология

• На основе высокопроизводительного секвенирования полныхтранскриптомов культур Nocardioidessimplex ВКМ Ас-2033D, выращенных в различных условиях индукции стероидными соединениями, выявлены особенности дифференциальной экспрессии ключевых генов стероидного катаболизма и определены мишени для генетической инженерии при создании биокатализаторов с улучшенными биокаталитическими возможностями (Лаб. микробиологической трансформации органических соединений, д.б.н. Донова М.В.)

• Получены новые рекомбинантные штаммы-продуценты ферментных комплексов, содержащих мутантные формы эндоглюканазы 2 гриба P.verruculosum (S127C-A165C (DSB2) и Y171C-L201C (DSB3)) - одного из основных ферментов, используемых в кормопроизводстве. Обе мутантные формы фермента продемонстрировали увеличение удельной активности на 15–21% в отношении карбоксиметилцеллюлозы и β-глюкана по сравнению с ЭГ2 дикого типа (ЭГ2-wt). После инкубации при 70°С в течение 2 ч они сохраняли 52–58% активности, в то время как ЭГ2-wt сохранял только 38% активности. При 80°C сконструированные ферментом формы сохраняли 15–22% активности через 2 часа, тогда как ЭГ2-wt полностью инактивировался после того же времени инкубации (Лаб. биосинтеза ферментов, к.б.н. Немашкалов В.А.).

• С целью улучшения биоэлектрокаталитических параметров биосенсоров и биотопливных элементов проведена оценка влияния высокопроводящихнаноматериалов (многостенных углеродных нанотрубок) на иммобилизованные бактериальные клетки и полиэлектролитные капсулы, моделирующие клетку и содержащие  глюкозооксидазу. При использовании нанотрубок отмечено снижение электрического сопротивления биологического слоя с ферментными капсулами, приводящее к увеличению мощности биотопливного элемента. Для бактериальных клеток применение наноматериала приводило к увеличению максимальной электрической удельной мощности на 25%, что является существенным изменением данного параметра и показано впервые  (Лаб. биосенсоров, д.х.н. Решетилов А.Н.).

• По результатам исследования биохимических и биодеструктивных характеристик ряда представителей рода Achromobacter в отношении гербицида  глифосата, выделен новый высокоэффективный штамм-деструктор данного соединения и других устойчивых фосфонатных загрязнителей, который  может быть использован для биоремедиации загрязненных глифосатом почв. Проведена идентификация видовой принадлежности и генетическое типирование имеющейся лабораторной коллекции бактерий-деструкторов глифосата. Полученные данные упростят поиск и выделение высокоэффективных деструкторов фосфорорганических загрязнителей из природных сред (Лаб. микробной энзимологии, д.б.н. Леонтьевский А.А.)

52. Биологическое разнообразие

Из различных мест обитания, включая почвы Антарктиды, Камчатки и острова Кунашир, гидротермы, месторождения ртути и никеля, краснокнижные растения, нематодные галлы на растениях, таллом лишайников, микробиом домашних птиц, носоглотка человека и т.д. выделено 188 культур, относящихся к 72 родам и более чем 70 видам. Фонд Всероссийской коллекции микроорганизмов (ВКМ ИБФМ РАН) пополнен 340 штаммами микроорганизмов различных надцарств (мицелиальные грибы, археи и бактерии, в т.ч., актинобактерии), идентифицированными в соответствии с современной системой. законсервированы и заложены на длительное хранение (д.б.н. Л.И. Евтушенко)

Впервые в клеточных стенках бактерий рода Arthrobacter (штаммы и  изоляты из засоленных техногенных почв, относящиеся к новому виду) обнаружены тейхулозоновые  кислоты (ТК) не известной ранее структуры, а также два других новых полимера.. Полученные результаты расширяют представления о разнообразии органического мира и подтверждают значимость структур и состава полимеров клеточных стенок в бактериальной таксономии. Наличие нескольких кислых полимеров в клеточной стенке может быть связано с механизмами, обуславливающими  выживаемость и активность бактерий в условиях высокой солености и техногенного загрязнения  (д.б.н. Л.И. Евтушенко, совместно с ИОХ РАН).

55. Биохимия, физиология и биосферная роль микроорганизмов

С поверхности кожных покровов гладкой шпорцевой лягушки Xenopus laevis выделены 15 штаммов ультрамикробактерий (УМБ). Из них 6 изолятов (Nocardioides sp., штаммы КА3 и КА3/1-5) характеризуются высокой антимикробной активностью в отношении широкого спектра грамположительных и грамотрицательных бактерий. В клетках УМБ Janibacter sp. шт. Def7/1-5 обнаружены уникальные внутриклеточные цитоплазматические органеллы, представляющих собой гранулы конденсированной ДНК и цитоплазмы размером 0,15 х 0,1 мкм (д.б.н. В.И. Дуда)

На основе математического анализа метаболических путей разработан метод теоретического определения значений максимального выхода биомассы при аэробном росте на различных субстратах. Обоснованы принципы разделения метаболизма на конструктивный и энергетический обмены. Введено понятие узловых метаболитов, находящихся на границе переднего и стандартного конструктивных обменов. Из баланса потоков метаболитов выведена зависимость выхода биомассы от биоэнергетических параметров парциальных обменов. Сравнение предсказанного максимального выхода биомассы из этанола и экспериментально полученного значения этой величины показали высокую степень соответствия (д.ф.-мат.н. И.Г. Минкевич)

Обнаружена мощная антимикробная и антифунгальная активность у Lysobacter capsici ВКМB-2533 при росте на средах определенного состава. Результаты свидетельствуют о наличие биологически активных соединений в культуральной жидкости этой бактерии. Выделение, изучение и характеристика подобных агентов может помочь найти активные компоненты для антимикробных препаратов эффективных в отношении множественноустойчивых форм патогенов (к.б.н. Н.В. Васильева).

Выявлены новые гены, необходимые для адаптации клеток дрожжей к токсической концентрации ионов марганца - PMA2, кодирующий редко экспрессирующийся вариант протонной АТФазы цитоплазматической мембраны, и YBR056W-A, кодирующий белок клеточной поверхности, и, по-видимому, способный хелатировать ионы марганца (д.б.н. Т.В. Кулаковская).

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

Определена эффективность цитолитического и патогенного действия гемолизина II, образующего нанопоры в клеточных мембранах на различные ткани и клетки млекопитающих. Показано, что переносчиком индуктора синтеза гемолизина II в плазме крови является альбумин и что эффективность его индукции зависит от источника плазмы. Продемонстрирована роль пространственной структуры глобального регулятора Fur B.cereus (аллостерической формы) в регуляции гена hlyII (д.б.н А.С. Солонин)

Получены 16 иммортализованных клеточных линий человека, представленные клетками рака ряда органов человека. Получены суспензионные культуры моноцитов/макрофагов и лейкоцитов. Заложена экспериментальная база для создания 2Д моделей гетерологичных культур, имитирующих клеточные взаимодействия в опухолевой ткани - в сотрудничестве с МОНИКИ выделены и цитологически охарактеризованы первичные культуры фибробластов стромы рака простаты и мочевого пузыря. Получены рекомбинантные плазмиды, кодирующие флуоресцентные маркеры для трансфекции клеток человека (к.б.н. И.Э. Грановский) 

62. Биотехнология

Разработан опытный образец препарата термотолерантных актинобактерий для деструкции нефти в жарком аридном климате. По результатам полевых испытаний абиотическая убыль нефти составила 23%, а микробная деструкция нефти с биопрепаратом – 65%. Выполнено аннотирование и функциональный анализ генома штамма Gordonia sp. 1D, входящего в биопрепараты (чл.-корр. РАН А.М. Боронин)

Разработана эффективная технология получения рекомбинантных ксиланаз на основе соответствующих генов из бактерий рода Cellulomonas. Предложенный способ получения технических препаратов ксиланаз для обработки кормов позволяет осуществлять ферментационные процессы с выходом целевого фермента в концентрации не менее 15 г/л культуральной среды  (д.б.н. А.А. Леонтьевский)

Проведена оценка влияния углеродных наноматериалов (нанотрубки, терморасширенный и высокоориентированный пиролитический графиты, оксид графена и др.) и углеродных волокон на биоэлектрокаталитическую активность клеток Gluconobacter oxydans при окислении этилового спирта в присутствии медиатора электронного транспорта. Впервые установлено существенное увеличение мощности генерируемого тока (до 50 %) при снижении сопротивления переноса заряда. Результаты использованы для создания лабораторных моделей биосенсоров и биотопливных элементов нового класса, основанных на применении углеродных наноматериалов для формирования электродов (д.х.н. А.Н. Решетилов)

.           Получены новые трансгенные штаммы сапрофитных микобактерий, эффективно продуцирующие тестостерон из фитостерина. Созданы рекомбинантные штаммы, гетерологически ко-экспрессирующие гены 17β-гидроксистероиддегидрогеназы гриба Cochliobolus lunatus и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы Mycobacterium tuberculosis H37Rv. Штаммы конвертировали фитостерин в высоких концентрациях (20 г/л) с выходом тестостерона свыше 60 моль% (7.2 г/л) при снижении образования нежелательных побочных продуктов. Результаты расширяют представления об особенностях функционирования эукариотических дегидрогеназ в актинобактериальных хозяевах. Созданные штаммы могут быть платформой для одностадийного производства тестостерона из природных стеринов (д.б.н. М.В. Донова).

Основные публикации

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

Shtratnikova V.Y., Schelkunov M.I., Dovbnya D.V., Bragin E.Y., Donova M.V., Effect of methyl-beta-cyclodextrin on gene expression in microbial conversion of phytosterol // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2017. V. 101. N 11. P. 4659-4667.

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.

Potekhina N.V., Arbatsky N.P., Shashkov A.S., Dmitrenok A.S., Senchenkova S.N., Dorofeeva L.V., Evtushenko L.I., Novel teichulosonic acid and glycosyl 1-phosphate polymers from the cell walls of Arthrobacter sp., strains VKM Ac-2549 and VKM Ac-2550, phylogenetically close to Arthrobacter crystallopoietes // Carbohydr. Res. 2017. V. 451. N 8. P. 36-41.

Zaitseva A.S., Arlyapov V.A., Yudina N.Y., Alferov S.V., Reshetilov A.N., Use of one-and two-mediator systems for developing a BOD biosensor based on the yeast Debaryomyces hansenii // Enzyme Microb Technol. 2017. V. 98. P. 43-51.

Ibryashkina E.M., Solonin A.S., Zakharova M.V., Protein NCRII-18: the role of gene fusion in the molecular evolution of restriction endonucleases // FEBS Lett. 2017. V. 591. P. 1702-1711.

Zvonarev A.N., Crowley D.E., Ruazanova L.P., Lichko L.P., Rusakova T.G., Kulakovskaya T.V.,

Dmitriev V.V., Cell wall canals formed upon growth of Candida maltose in the presence of hexadecane are associated with polyphosphates // FEMS Yeast Res. 2017. V. 17. № 3. 6.

Kaparullina Е.N., Trotsenko Y.А., Doronina N.V., Methylobacillus methanolivorans sp. nov., a novel non-pigmented obligately methylotrophic bacterium // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. . 2017. V. 67. P. 425-431.

Ryzhmanova Y., Oshurkova V., Troshina O., Abashina A., Ariskina E., Avtukh A., Shcherbakova V., Anoxyhatronum buryatiense sp. nov., an anaerobic alkaliphilic bacterium from a low mineralization soda lake in Buryatia, Russia. // Int. J. Syst. Evol Microbiol. 2017. V. 67. P. 4704-4709.

Denisenko Y.A., Gusakov A.V., Rozhkova A.M., Osipov D.O., Zorov I.N., Matys V.Y., Uporov I.V., Sinitsyn A.P., Site-directed mutagenesis of GH10 xylanase a from penicillium canescens for determining factors affecting the enzyme thermostability // Int. J. Biol. Macromol.  2017. V. 104. P. 665-671.

Trilisenko L., Kulakovskaya E., Kulakovskaya T., The cadmium tolerance in Saccharomyces cerevisiae depends on inorganic polyphosphate // J. Basic. Microbiol. 2017. V. 57. N. 11. P. 982-986.

Andreeva N., Kulakovskaya E., Zvonarev A., Penin A., Eliseeva I., Teterina A., Lando A.

Kulakovskiy I., Kulakovskaya T., Transcriptome profile of yeast reveals the essential role of PMA2 and uncharacterized gene YBR056W-A (MNC1) in adaptation to toxic manganese concentration // Metallomics. 2017. V. 9. PP. 175-182.

Wu L., Sun Q., Desmeth P.H., Sugawara H., McCluskey K., Smith D., Vasilenko A., Lima N., Ohkuma M., Robert V., Zhou Y., Li J., Fan G., Ingsriswang S., Ozerskaya S., Ma J. WDCM: an information infrastructure to explore and utilize preserved microbial strains worldwide // Nucleic Acids Res. 2017. V..45. N 1. P. 611-618.

Patil S., Nikam M., Patil H., Anokhina T., Kochetkov V., Chaudhari A., Bioactive pigment production by Pseudomonas spp. MCC 3145: Statistical media optimization, biochemical characterization, fungicidal and DNA intercalation-based cytostatic activity // Process Biochem. 2017. V. 58. P. 298-305.

Кудрякова И.В., Сузина Н.Е., Винокурова Н.Г., Шишкова Н.А., Васильева Н.В., Изучение факторов биогенеза везикул Lysobacter s . XL1 // Биохимия. 2017. Т. 82. N 4.  С. 677-686.

Решетилов А.Н., Китова А.Е., Колесов В.В., Панфилов А.В., Современные подходы и методы биосенсорного анализа содержания глюкозы и лактата в организме человека. // Биомедицинская радиоэлектроника. 2017. N 6. С. 3-16.

Бут С.Ю., Егорова С.В., Хмеленина В.Н., Троценко Ю.А., Биохимические свойства и филогения гидроксипируватредуктаз метанотрофных бактерий, реализующих различные пути С1-ассимиляции // Биохимия. 2017. Т. 82. N 11. С. 1647-1656.

Мясоедова Н.М., Ренфельд Ж.В., Подъяблонская Е.В., Самойлова А.С., Черных А.М., Классен Т, Пиетрузска Й., Коломыцева М.П., Головлева Л.В., Новые аскомицеты-продуценты лакказ // Микробиология. 2017. Т. 86. N 4. С. 494-503.

Михайленко Д.С., Новиков А.А., Григорьева М.В., Ефремов Г.Д., Сивков А.В., Сафронова Н.Ю., Сорокин К.С., Земскова М.Ю., Немцова М.В., Алексеев Б.Я., Каприн А.Д. Сравнение экспрессии гена РСАЗ в осадках и экзосомах мочи при раке предстательной железы // Онкоурология. 2017. Т. 13. N 3. С. 54-60.

Решетилов А.Н., Плеханова Ю.В., Тарасов С.Е., Арляпов В.А., Колесов В.В., Гуторов М.А., Готовцев П.М., Василов Р.Г. Влияние некоторых углеродных наноматериалов на окисление этилового спирта бактериальными клетками Gluconobacter oxydans // Прикладная Биохимия и Микробиология. 2017. Т. 53. N 1.  С. 115-122.

Алферов С.В., Арляпов В.А., Возчикова С.В., Алферов В.А., Решетилов Н.А. Особенности конкуренции между кислородом и 2,6-дихлорфенолиндофенолом в условиях работы микробного топливного элемента // Прикладная Биохимия и Микробиология. 2017. Т. 53. N 2. С. 244-250.

Решетилов А.Н., Плеханова Ю.В., Тарасов С.Е., Быков А.Г., Гуторов М.А., Алферов С.В., Тенчурин Т.Х., Чвалун С.Н., Орехов А.С., Шепелев А.Д., Готовцев П.М., Василов Р.Г. Оценка свойств биоэлектродов на основе углеродных высокодисперсных материалов, содержащих модельные микроорганизмы Gluconobacter // Российские нанотехнологии. 2017. Т. 12. N 1. С. 83-89.

Опубликовано 124 статьи, в том числе 57 в зарубежных изданиях, 1 монография, 6 глав в книгах, 1 научно-методическое  пособие, получен 1 патент.

Отчет по основной референтной группе 10 Физико-химическая, молекулярная и
клеточная биология, биотехнологии
Дата формирования отчета: 19.05.2017

Вложения:

Общая организация научной организации

[ ]

303 Kb

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.

Основные результаты, полученные в 2014 г.

Направление 52. Биологическое разнообразие

Результаты сравнительного изучения морфологических, физиологических и молекулярно-биологических характеристик, а также скрещивания культур дрожжей, выделенных в различных регионах северного и южного полушарий Земли, продемонстрировано существование видов-убиквистов среди свободноживущих дрожжей, заселяющих значительно удаленные друг от друга регионы (наряду с обнаруживаемой таксономической гетерогенностью многих видов, считавшихся ранее космополитами и представляющими собой комплексы видов). Полученные данные свидетельствую, что большие расстояния не являются препятствием для распространения свободно живущих дрожжей, в т.ч., путем их переноса воздушными массами и морскими течениям. Выживание и наличие одних и тех же видов в различных регионах Земли определяют климатические условия, физико-химические и биотические характеристики конкретных  мест обитаний (д.б.н. В.И. Голубев.)

Впервые получены данные о разнообразии архей в многолетнемерзлых отложениях Арктики возраста 6-25 тыс. лет с использованием методов метагеномики (гены 16S рРНК, mcrA). Доминирующая группа метаногенных архей представлена известными и новыми родами и видами 4-х порядков (Methanomicrobiales, Methanobacteriales, Methanococcales и Methanocelles). Получены доказательства ранее высказанной авторами гипотезы о преобладании в многолетнемерзлых породах гидрогенотрофного метаногенеза (в отличие от мерзлых почв, где метан образуется по ацетокластическому пути) и аргументы в пользу биогенного происхождения метана в вечной мерзлоте Арктики (к.б.н. В.А. Щербакова).

Направление 55. Биохимия, физиология и биосферная роль микроорганизмов

На основе МАЛДИ масс-спектрометрии и анализа «housekeeping» генов (gyrB, recA, rpoB,  ppk) у 60 штаммов разработан метод ускоренной идентификации актинобактерий родов Clavibacter и Rathayibacter, включающих, преимущественно, фитопатогенные виды. Метод позволяет быстро и с высокой степенью точности идентифицировать штаммы вышеупомянутых родов на уровне вида/подвида, а также обнаруживать представителей новых таксонов, что актуально как для решения практических задач (фитопатология, фитосанитарный контроль и т. д.), так и фундаментальной науки (оценка  микробного разнообразия, вопросы эволюции, экологии) (д.б.н. Л.И. Евтушенко).

Доказана меланиновая природа пигмента у умеренно термофильных метанотрофов рода Methylocaldum, установлен путь его биосинтеза и участие в адаптации к флуктуациям температуры и окислительному стрессу (д.б.н.. проф. Ю.А. Троценко).

С использованием специально разработанных методов проведена идентификация нового фермента первичной атаки органофосфонатов у бактерий – глифосат-оксидоредуктазы, оценка его активности в клеточных гомогенатах и определение кинетических характеристик. Выявлено функционирование двух альтернативных путей деструкции органофосфонатов у бактерий – С-Р лиазы и метаболической ветви глифосат-оксидоредуктаза - фосфонатаза, активизируемых в зависимости от типа С-Р связи у органофосфонатов как источников фосфора. (д.б.н. А.А. Леонтьевский)..

Установлена различная роль двух полифосфатаз дрожжей (PPX1 и PPN1) в метаболизме полифосфатов: PPX1 не принимает непосредственного участия в метаболизме полифосфатов, тогда как PPN1 ответственен как за фрагментацию длинноцепочечных полимеров до более коротких, так и за полный гидролиз до ортофосфата. Гены, кодирующие эти ферменты, имеют ортологи в геноме человека, что и определяет необходимость изучения их функций и поиска альтернативных субстратов (д.б.н. Т.В. Кулаковская).

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

С помощью рентгеноструктурного анализа и математического моделирования впервые в мире расшифрованы нативные и в комплексах с субстратами структуры ключевых ферментов бактериальных штаммов-деструкторов ксенобиотиков (хлорированных и полиароматических соединений). Полученные данные позволили детально расшифровать механизмы последовательных реакций разложения ксенобиотиков, осуществляемых ферментами подобных классов: гидроксилирования полиароматических соединений, расщепления ароматического кольца, дехлорирования и изомеризации интермедиатов расщепления ароматических соединений (д.б.н., проф. Л.А. Головлева).

Охарактеризована новая гликозилгидролаза, участвующая в процессинге кислого экзополисахарида (ЭПС) у симбиотических бактерий Rhizobium leguminosarum. Полученные приоритетные данные свидетельствуют о том, что наличие неуглеводных заместителей в структуре ЭПС влияет на образование низкомолекулярных форм полисахарида (экзоолигосахаридов), необходимых для дифференцировки свободноживущих бактерий в бактероидные формы (к.б.н. Т.В. Ивпшина).

Направление 62. Биотехнология

Впервые установлена возможность применения лакказ-медиаторных систем для окисления 3β-гидроксистероидовандростанового и прегнанового ряда. Разработан метод получения 11альфа-гидроксиандростендиона из фитостерина. Разработан способ трансформации ацетата кортикостерона культурой Absidiacoerulea (д.б.н. М.В. Донова).

Получены маркерные мутанты грибов Penicillium funiculosum и проведена их транс-формация плазмидами рSTA10 и рPrCBH-βGluAsp c целью повышения активности β-глюкозидазы. В результате созданы рекомбинантные штаммы с активностью в 5-6 раз выше, чем у реципиентного. Оптимизация состава среды и условий ферментации позволили повысить продуктивность трансформантов в 15-17 раз (к.б.н. О.Н. Окунев)

Впервые в макете микробного биотопливного элемента (БТЭ) в качестве биоматериала использованы мембранные фракции бактерий рода Gluconobacter, представляющие конгломераты PQQ-зависимых дегидрогеназ и обладающие их каталитическими свойствами. Мембранные фракции иммобилизованы на электроды, полученные из графеноподобного наноматериала (терморасширенного графита), что позволило получить БТЭ с удвоенной удельной мощностью (~ 10 мкВт/см²) по сравнению с контрольной. Впервые для БТЭ создан макет по накоплению электрической энергии с помощью конвертера постоянного напряжения. Исходное значение 0,5 В поднимали до результирующего напряжения 3,1 В, которое сохраняли на конденсаторе емкостью 6000 мкФ. Созданные макеты определяют возможный путь миниатюризации БТЭ и его практического использования (д.х.н., проф. А.Н. Решетилов).

Основные публикации

Kamzolova S.V., Vinokurova N.G., Dtdukhina E.G., Samoilenko V.A., Lunina J.N., Mironov A.A., et al. The peculiarities of succinic and production from rapeseed oil by Yarrowia lipolytica yeast // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2014. V. 98. N 9. P. 4149-4157.

Kolomytseva M., Ferraroni M., Chernykh A., Golovleva L., Scozzafava A. Structural basis for the substrate specificity and the absence of dehalogenation activity in 2-chloromuconate cycloisomerase from Rhodococcus opacus 1CP // BBA - Proteins and proteomics. 2014. V. 1844. Iss. 9. P. 1541-1549.

Laurinavichene T.V., Laurinavichus K.S., Tsygankov A.A. Integration of purple non-sulfur bacteria into the starch-hydrolyzing consortion // Intern. J. Hydrogen. Energy. 2014. V. 39. P. 7713-7720.

Doronina N.V., Kaparullima E.N., Trotsenko Y.A. Methyloversatilis thermotolerans sp. nov., a novel thermotolerant facultative methylotroph isolated from a hot spring // Intern. J. Syst. Evol. Microbiol. 2014. V. 64. N 1. P. 158-164.

Kulichevskaya I.S., Suzina N.E., Rijpstra W.I.C., Damste J.S.S., Dedysh S.N. Paludibacillum fermentans gen. nov., sp. nov., a facultative anaerobe capable of dissimilatory iron reduction from subdivisuion 3 of the acidobacteria // Intern. J. Syst. Evol. Microbiol. 2014. V. 64. P. 2857-2864.

Vainshtein M., Belova N., Kulakovskaya T., Suzina N., Sorokin V. Synthesis of magnet-sensitive iron-containing nanoparticules by yeasts // J. Ind. Microb. Biotech.. 2014. V. 41. N 4. P. 657-663.

Muratova A., Pozdnyakova N., Makarov O., Baboshin M., Baskunov B., Myasoedova N., Golovleva L., Turkovskaya O. Degradation of phenanthrene by the rhizobaterium Ensifer meliloti // Biodegradation. 2014. V. 25 (6). P. 787-795.

Baboshin M., Ivashina T., Chernykh A., Golovleva L. Comparison of the substrate specificity of two ring-hydroxylating dioxygenases from Sphingomonas sp. VKM B-2434 to polycyclic aromatic hydrocarbons // Biodegradation. 2014. V. 25. N 5. P .693-703.

Olchowik-Grabarek E., Swiecicka I., Andreeva-Kovalevskaya Zh., Solonin A., et al. Role of structural chenas induced in biological membranes by hydrolysable tanning from Sumac leaves (Rhus tuphina L.) in their antihemolytic and antibacterial effects // J. Membrane Biol. 2014. V. 247. P. 533-540.

Strizhov N., Fokina V., Sukhodolskaya G., Dovbnya D., Karpov M., Shutov A., Novikova L., Donova M. Progesterona biosynthesis by combined action of adrenal steroidogenic and mycobacterial enzymes in fast growing Mycobacteria // New Biotechnology. 2014. V. 31. P. 67.

Shashkov A.S., Streshinskaya G.M., Tul'skaya E.M., Kozlova Y.I., Senchenkova S.N., Evtushenko L.I. A novel teichuronic acid, the major polymer from the cell wall of Actinoplanes lobatus VKM AC-676 (T) // Carbohydrate Res. 2014. V. 387. P. 19-23.

Andreeva N., Trilisenko L., Kulakovskaya T., Dumina M., Eldarov M. Purification and properties of recombinant exopolyphosphates PPN1 and effects of its overexpression on polyshosphate in Saccharomyces cerevisiae // J. Bioch. Bioeng. 2014. Jul. 15. Doi: 10.1016 / J. Biosc. 201.4.06.006.

Vasikyeva N.V., Shishkova N.A., Marinin L.I., Ledova L.A., Tsfasman I.M., Muranova T.A., Stepnaya O.A., Kulaev I.S. Lytic peptidase L5 of Lysobacter sp. XL1 with broad antimicrobial spectrum // J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 2014. V. 24. P. 59-66.

Lisov A.V., Belova O.V., Andreeva-Kovalevskaya Z.I., Budarina Z.I., Solonin A.S., Vinokurova N.G., Leontievsky A.A. Recombinan xylanase from Straptomyces coelicolor AC-738: characterization and the effect of xylan-containing products // World J. Microbiol. Biotechnol. 2014. V. 30. Iss. 3. P. 801-808.

Solyanikova I.P., Plotnikova E.G., Shumkova E.S., Robota I.V., Prisazhnaya N.V., Golovleva L.A. Chloromuconolactone dehalogenase CLCF of Actinobacteria // J. Environ. Sci. Health. Part B: 2014. V. 49. Iss. 6. P. 422-431.

Kulakovskaya E., Baskunov B., Zvonarev A. The antibiotic and membrane-damaging activities of cellobiose lipids and sophorose lipids // J. Oleo Sci. 2014. V. 63. N 7. P. 701-707.

Doronina N., Kaparullina E., Trotsenko Y. The family Methylophilaceae // In: The Prokaryotes. Eds. E. Rosenberg, Delong E.F., Lory S., Stackebrandt E., Thompson F. // Berlin-Heidelberg: Springer Verlag. 2014. P. 869-880.

Кочкина Г.А., Озерская С.М., Иванушкина Н.Е., Чигинева Н.И., Василенко О.В., Спирина Е.В., Гиличинский Д.А. Разнообразие грибов деятельного слоя Антарктиды // Микробиология. 2014. Т. 83. N 2. С. 236-244.

Кошелева И.А., Сазонова О.И., Измалкова Т.Ю., Боронин А.М. Распространение Sal+-фенотипа у почвенных бактерий рода Pseudomonas // Микробиология. 2014. Т. 83. N 6. С. 703-711.

Феофилова Е.П., Усов А.И., Мысякина И.С., Кочкина Г.А. Трегалоза: особенности химического строения, биологические функции и практическое значение // Микробиология. 2014. Т. 83. N 3. С. 271-283.

Опубликовано 118 статей, в том числе 61 в зарубежных изданиях, 1 монография, 7 глав в книгах,  получено 4 патента.

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.

Основные результаты, полученные в 2016 г.

52. Биологическое разнообразие

На основе анализа фрагмента ДНК (~1500 п.н.), включающего тандемно расположенные участки (ITS1, ген 5,8S рРНК, ITS2), традиционно используемые в реконструкции филогении грибов в таксономических целях, и, дополнительно, вариабельные регионы D1, D2 и D3 гена большой субъединицы рРНК, надежно установлено филогенетическое положение большой группы экстремотолерантных грибов, в т.ч., изолированных из экосистем Арктики и Антарктики, а также выявлено несколько новых филогенетических кластеров на всех уровнях таксономической иерархии (от рода до порядка) в составе класса Leotiomycetes  O.E. Erikss. & Winka 1997 (д.б.н. С.М. Озерская).

Впервые методами метагеномики (анализ гипервариабильного региона V3/V4 гена 16S rRNA) изучено разнообразие бактерий в образцах многолетнемерзлых пород Сибири возраста 1,8–2 млн. лет. Выявлены представители 21 филума Домена Bacteria, относящиеся к 43 классам, 88 порядкам, 194 семействам и более чем к 437 родам и 716 видам. Полученные данные и результаты изучения образцов методами культуромики свидетельствуют о длительной сохранности широкого спектра таксономического разнообразия в древних многолетнемерзлых отложениях (к.б.н. Е.Б. Кудряшова, к.б.н. Е.В. Арискина).

Проведено секвенирование, сборка и аннотирование полного генома (GenBank No MBFF00000000) штамма ВКМ Ac-2676, выделенного из почвы Туркменистана и отнесенному к новому виду рода Modestobacter. Выявлены гены устойчивости к неблагоприятным условиям пустынных мест обитания, в том числе, гены белков теплового и холодового шока, ферментов биосинтеза трегалозы (играющей ключевую роль в защите клеток от высыхания), а также гены, вовлеченные в механизмы защиты клеток от ультрафиолетового излучения (д.б.н. Л.И. Евтушенко)

55. Биохимия, физиология и биосферная роль микроорганизмов

Изучены факторы биогенеза внешнемембранных везикул Lysobacter, исследован лечебный потенциал везикул, сконструирован липосомальный препарат на основе фосфолипидов и литической протеазы Л5. Выявлен литический эффект препарата Лизоамидаза в отношении клинических изолятов множественно-устойчивых к антибиотикам бактериям. Установлена перспективность использования везикул в качестве модели для создания антимикробных препаратов нового поколения (к.б.н. Н.В. Васильева)

Обнаружена новая активность полифосфатазы PPN1 Saccharomyces cerevisiae, отщепление фосфата от дезоксиаденозинтрифосфата, которая составляла около 14 % от активности с высокомолекулярными неорганическими полифосфатами и в несколько раз возрастала в клетках-трансформантах, сверхэкспрессирующих PPN1. Вовлечение этого фермента в катаболизм нуклеозидтрифосфатов свидетельствует в пользу гипотезы об участии этого белка в процессах, связанных с регуляцией клеточного цикла и скорости роста дрожжей, в первую очередь, в стрессовых условиях (д.б.н. Т.В. Кулаковская)

У штаммов ВКМ, относящихся к роду Aspergillus секции Usti выявлено 15 вторичных метаболитов, относящихся к различным классам органических веществ, таких как дримановые сесквитерпеноиды, изохинолиновые алкалоиды, антрахиноновые пигменты версиколориновой группы (аверуфин, версиколорин С) и меротерпеноиды (д.б.н. А.Г. Козловский).

Впервые у представителей вида A. calidoustus обнаружена продукция десферритриацетилфузигена. Для всех идентифицированных вторичных метаболитов известна разнообразная биологическая активность. С использованием спектра вторичных метаболитов проведена реидентификация 17 из 22 изученных штаммов (д.б.н. А.Г. Козловский)

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

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. Изучен механизм противовирусной активности сополимера желатина и 2,5-дигидроксибензойной кислоты в отношении вируса болезни Ауэски - сополимер не влияет на сам вирус и проникновение в клетку, но предотвращает его сорбцию на клеточной поверхности (к.б.н. А.В. Лисов)

Установлено, что в результате атаки клеток крови гемолизином II в низких концентрациях гибель может идти как по пути программируемой клеточной смерти (апоптоза), так и некроза, в то время как при высоких концентрациях гемолизина II гибель клеток происходит, в основном, за счет некроза. Чувствительность форменных элементов крови к действию гемолизина II зависит от их происхождения - при воздействии гемолизина II на эритроциты различных млекопитающих обнаружены заметные различия в эффективности гемолиза (к.б.н. А.С. Солонин)

Изучены ферменты катаболизма органофосфатов и лигнинцеллюлозы, определяющие деградацию ортофосфата и лигнина, которые являются основой для разработки технологий биодеструкции устойчивых токсичных поллютантов и биоремедиации загрязненных природных сред. Впервые разработана схема выделения и очистки до электрофоретически гомогенного состояния ферментов нового фосфонатазного пути катаболизма важнейшего гербицида глифосата. (д.б.н. А.А. Леонтьевскйи)

62. Биотехнология

Исследован метаболический профиль стероидов и изучена дифференциальная экспрессия генов фитостеринтрансформирующих непатогенных микобактерий, продуцирующих 9а-гидроксиандростендион. Разработан микробиологический синтез стереоизомеров 7α- и 7β-гидроксилированных производных тестолактона и тестололактона - важных стероидных соединений, перспективных для терапии гормонозависимых форм рака молочной железы и простаты. Результаты важны для понимания особенностей регуляции катаболизма стеринов у микобактерий (д.б.н. Донова М.В.) 

Разработаны методологические основы функционирования биосенсорных и биоэнергетических систем на основе электродов, полученных методами микро- и наноэлектроники. Создан лабораторный стенд для изучения электрохимических характеристик БТЭ. Разработана методика формирования электродов микробных биотопливных элементов (МБТЭ) (на основе клеток Gluconobacter и их фрагментов), изготовленных из наноматериалов. Показана возможность функционирования МБТЭ в организме животного - впервые в мировой практике МБТЭ имплантирован в организм лягушки и зарегистрирована генерация разности потенциалов при окислении глюкозы встроенным МБТЭ (д.х.н., проф. А.Н. Решетилов).

Путем трансформации реципиентного штамма Penicillium verruculosum плазмидами, несущими ген гетерологичной термостабильной ксиланазы, получены новые комплексные целлюлазы и гемицеллюлазы, содержащие β-1,4-ксиланазы (не менее 30 % от общего количества секретируемых ферментов), исследована их гидролитическая способность по отношению к природному сырью (к.б.н. В.А. Немашкалов)

Основные публикации

Shushkova T.V., Vinokurova N.G., Baskunov B.P., Zelenkova N.F., Sviridov A.V., Ermakova I.T., Leontievsky A.A. Glyphosate acetylation as a specific trait of Achromobacter sp. kg 16 physiology // Applied Microbiology and Biotechnology, 2016. V. 100, N 2. p. 847 - 855

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 // Bioresource Technology. V. 206. p. 128 - 133.

Shcherbakova V., Yoshimura Y.,Ryzhmanova Y., Taguchi Y., Segawa T., Oshurkova V., Rivkina E. Archaeal communities of arctic methane-containing permafrost // FEMS Microbiology Ecology. 2016. V. 92. N 10.

Kulichevskaya I.S., Ivanova A.A., Suzina N.E., Rijpstra I., et al. Paludisphaera borealis gen. nov., sp. nov., a hydrolytic planctomycete from northern wetlands, and proposal of Isosphaeraceae fam. nov. // Intern. J. Syst. Evol. Microbial. V. 66. N 2. P. 837 - 844.

Danilova O.V., Suzina N.E., Jodie Van de Kamp, Mette M. Svenning, Levente Bodrossy, Dedysh S.N. A new cell morphotype among methane oxidizers: a spiral-shaped oblygately microaerophilic methanotroph from northern low-oxygen environments // ISME Journal. 2016. V. 10. Is. 11. P. 2734 - 2743.

Rodriguez-Garcia A., Fernandez-Alegre E., Morales A., Dovbnya D., Donova M.V. et al. Complete genome sequence of Mycobacterium neoaurum NRRL B-3805, an androstenedione (AD) producer for industrial biotransformation of sterols // Journal of Biotechnology. 2016.  V. 224. P. 64 - 65.

Skoblikow N.E., Zimin A.A. Hypothesis of lithocoding: origin of the genetic code as a "double jigsaw puzzle" of nucleobase-containing molecules and amino acids assembled by sequential filling of apatite mineral cellules // Journal of Molecular Evolution. V. 82. N. 4 - 5. P. 163 - 172.

Reshetilov A. N., Plekhanova Y. V., Dubrovskii A. V., Tikhonenko S.A. Detection of urea using urease and paramagnetic Fe₃O₄ particles incorporated into Polyelectrolyte microcapsules // Process Biochemistry. 2016.  V. 51. N 2. P. 277 - 281.

Gutorov M.A., Emets V.V., Klyuev A.L., Andreev V.N., Reshetilov A.N. Electrochemical analysis of template-free DNA synthesis: Lowering pH and the active component of the impedance spectrum //Protection of metals and physical chemistry of surfaces. 2016. V. 52. N 4. P. 684 - 688.

Kamzolova S.V.; Morgunov I.G. Biosynthesis of pyruvic acid from glucose by blastobotrys adeninivorans // Applied Microbiology and Biotechnology. V. 100, N 17. P. 7689 - 7697.

Dmitriev V.V., Crowley D.E. , Zvonarev A.N. , Rusakova T.G., Negri M.C., Kolesnikova S.A. Modifications of the cell wall of yeasts grown on hexadecane and under starvation conditions // Yeast. 2016. V. 32. Is. 2. P. 55 - 62.

Лукашева Е.В., Аринбасарова А.Ю., Меденцев А.Г. Особенности микробных оксидаз l-аминокислот // Acta naturae (русскоязычная версия). 2016. Т. 2. № спецвыпуск. С. 50.

Булахов А.Г., Гусаков А.В., Чекушина А.В., Сатрутдинов А.Д., Кошелев А.В., Матыс В.Ю., Синицын А.П. Получение гомогенных полисахаридмонооксигеназ из грибных источников и изучение их синергизма с целлюлазами при действии на целлюлозу // Биохимия. 2016. № 5. С. 702 - 711.

Делеган Я.А., Ветрова А.А., Титок М.А., Филонов А.Е. Разработка консорциума термотолерантных бактерий как основы биопрепарата для ремедиации нефтезагрязненных грунтов и вод в жарком климате // Биотехнология, 2016. № 1. С. 53 - 64.

Козловский А.Г., Антипова Т.В., Желифонова В.П.,Баскунов Б.П., Кочкина Г.А., Озерская С.М. Экзометаболиты грибов секции Chrysogena рода Penicillium, выделенных из низкотемпературных экотопов // Микробиология. 2016. Т. 85. № 2. С. 145 - 153  

Делеган Ю.А., Ветрова А.А., Акимов В.Н., Титок М.А., Филонов А.Е., Боронин А.М. Термотолерантные бактерии-нефтедеструкторы, выделенные из грунтовых и водных образцов географически удаленных районов // Прикладная биохимия и микробиология. 2016. Т. 52. В. 4. С. 389 - 396. 

Решетилов А.Н., Китова А.Е., Мачулин А.В., Тарасов С.Е., Гуторов М.А., Алферов С.В., Колесов В.В., Готовцев П.М., Василов Р.Г. Биосенсор на основе клеток Gluconobacter и терморасширенного графита // Сенсорные системы. 2016. Т. 30. № 4. С. 351 - 354.

Опубликовано 92 статьи, в том числе 53 в зарубежных изданиях, 1 книга, 1 учебное пособие, 3 главы в книгах, получено 2 патента.

Технология получения лимонной кислоты и цитрата и изолимонной кислоты дрожжами Yarrowia lipolytica. Сырьем служат этанолсодержащие полупродукты и отходы спиртовых производств. Технология позволяет восстановить в РФ производство лимонной кислоты и наладить крупномасштабный выпуск цитрата натрия, необходимого для производства экологически допустимых синтетических моющих средств. Изолимонная кислота перспективна как основа лекарственных средств для спортивного питания, лечения наркомании, алкоголизма; в составе диагностикумов для биохимических исследований.

Технология биоремедиации почв, существенно повышающая эффективность биодеградации ксенобиотиков. Технология основана на совместном использовании растений и специально сконструированных мультифункциональных штаммов ризосферных бактерий, улучшающих рост растений при наличии в почве комплексных загрязнений, таких как ПАУ, тяжелые металлы, мышьяк.

Биотехнологические методы получения ключевых интермедиатов синтеза ряда стероидных лекарственных препаратов. Применение этих методов позволяет заместить сложные химические синтезы и упростить общую схему получения лекарственных субстанций.

Оптико-электронный прибор – компьютерный анализатор колоний микроорганизмов «Компанкол – М1». Предназначен для ускорения, объективизации и автоматического документирования микробиологических анализов на чашках Петри.

Новый антимикробный препарат «Лизоамидаза». Препарат разрушает клетки антибиотикоустойчивых патогенных бактерий, в том числе стафилококков , стрептококков, сибиреязвенной бактерии, споры грибов и бактерий, клетки дрожжей, вызывающих кандидозы. Не снижает иммунный статус, оказывает иммуностимулирующее действие на организм. Произведена наработка опытных партий препарата для ООО Научно-технический центр Российской Инженерной Академии «Полиферм», разработавшего новую лекарственную форму лизоамидазы – салфетки «Лизоамид» для лечения гнойных ран и ожогов.

Ферментные и клеточные биосенсорные электроды для детекции спиртов на основе фермента алкогольоксидазы из дрожжевых клеток и биомассы дрожжевых клеток, содержащих высокоактивную алкогольоксидазу. Созданы прототипы биосенсорных анализаторов для производства промышленных изделий.