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.

Фундаментальные исследования Института направлены на изучение разнообразия микробного мира и принципов его взаимодействия с окружающей средой (биохимические, физиологические и молекулярно-генетические основы).

Основные направления деятельности:

• Молекулярная генетика, механизмы реализации генетической информации
• Микробное разнообразие и его ресурсы
• Экология микроорганизмов. Физиология и биохимия микроорганизмов во взаимодействии с окружающей средой
• Молекулярные механизмы функционирования генетических систем микроорганизмов
• Использование микроорганизмов в биотехнологии
• Структура и функции биомолекул и надмолекулярных комплексов.

Важнейшие достижения Института:

Работы в области генетической инженерии микроорганизмов, начатые в ИБФМ еще в 1972 году, заложили основы этих исследований в России.

Организована Всероссийская коллекция микроорганизмов, крупнейшая в России и странах СНГ и имеющая мировое значение. Поддерживается в нарастающем объеме и сохраняется коллекция микроорганизмов, насчитывающая 15000 культур немедицинского профиля, пополняются рабочие коллекции микроорганизмов, используемых в биотехнологических разработках.

Исследованы особенности регуляции биохимических процессов у микроорганизмов, связанные с запасанием пластических материалов и энергии в виде полимерных соединений, выполняющих резервную функцию (в первую очередь неорганических полифосфатов); установлена регуляторная роль полифосфатов в биосинтезе гликопротеинов, антибиотиков и алкалоидов.

Впервые обнаружены клеточные новые структуры микроорганизмов: специфические сложно-организованные «каналы» в клеточной стенке дрожжей; экстрацеллюлярные гемосомы, в которых обнаружены цитохром С и гемопротеин, сходных по спектральным характеристикам с гемоглобином.

Впервые достоверно установлено наличие в вечномерзлых грунтах Сибири жизнеспособных форм дрожжей, находившихся в анабиотическом состоянии в течение 3-5 миллионов лет.

Создана и поддерживается коллекция метилотрофных бактерий и дрожжей, включая штаммы, устойчивые к экстремальным значениям pH, солености и температуры. Коллекция наиболее представительная и охарактеризованная в мире. Предложено и валидировано 10 новых родов и более 50 новых видов аэробных метилотрофных бактерий. Созданы современные представления о таксономическом и структурно-функциональном разнообразии аэробных метилотрофов, их повсеместном распространении и глобальной биогеохимической роли.

Открыты новые виды этих и ранее описанных родов. Впервые показана возможность использования некоторых биополимеров в качестве таксономического маркера.

Впервые разработан и применен метод компьютерного анализа серийных срезов микроорганизмов, позволяющий описывать их трехмерные структуры.

Изучены вопросы функциональной значимости, распространения, классификации, организации и эволюции бактериальных плазмид. Сформирована коллекция штаммов-деструкторов нефтепродуктов. Созданы предпосылки для направленного конструирования микробных ассоциаций с заданными свойствами для разработки биотехнологий очистки окружающей среды от антропогенных загрязнений.

По результатам фундаментальных исследований в области биохимии, физиологии , генной инженерии и молекулярной биологии микроорганизмов создан ряд биотехнологических разработок для медицины, сельского хозяйства, охраны и восстановления окружающей среды.

Изучены тионовые бактерии, споосбные окислять минеральные сульфиды, для развития технологии выщелачивания ценных металлов из минералов.

Установлено широкое распространение в природе ультрамикробактерий – сверхмелких свободно-живущих микроорганизмов, обитающих в почвах, илах, воде, на корнях растений. Открыто свойство паразитизма ультрамикробактерий на других видах бактерий.