МГУ–2016: Научно-исследовательский институт физико-химической биологии им. А.Н.Белозерского

Общие сведения. Научно-исследовательский институт физико-химической биологии им. А.Н.Белозерского был основан в 1965 г. как межфакультетская проблемная лаборатория биоорганической химии. Современное название имеет с 1991 г. С 1972 г. пост директора занимает акад. РАН В.П. Скулачёв; зам. директора по научной работе – акад. РАН А.А. Богданов, зам. директора по общим вопросам – к.э.н. Д.А. Матвеев.

Среди сотрудников института 20 человек являются членами 34 зарубежных научных сообществ, в т.ч. Европейской академии наук.

19 человек – члены редколлегий международных научных журналов IUBMB-Life, Journal of Bioenergetics and Biomembranes, The Open Aging Journal, Cell Cycle, Physiological Reviews, Biochimie, Biochimica et Biophysica Acta, Immunology Letters, Translation, Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, Biotechnology and Bioengineering, Biocatalysis and Biotransformations, ActaNaturae, Photosynthesis Research, Protein&Peptide Letters.

Ведутся работы по двусторонним рабочим программам с 18 организациями-партнерами, в т.ч. с рядом университетов и ведущих научно-исследовательских Институтов США, Германии, Франции, Италии, Финляндии, Нидерландов. Продолжаются исследования в рамках Программы ВОЗ глобального искоренения полиомиелита, кори и краснухи, функционирует региональная референсная лаборатория ВОЗ по мониторингу полиомиелита.

Работает национальный российский узел ENBnet Европейской организации по биокомпьютингу, обеспечивающий биологов и медиков России телекоммуникационным доступом к анализу структурных баз данных.

 

Наука. Научно-исследовательская работа велась по 23 госбюджетным темам, относящимся к пяти приоритетным научным направлениям, утверждённым Учёным советом 21 декабря 2015 г.:

1. Структура и функции биологических макромолекул и макромолекулярных комплексов. Биокатализ.

2. Структура и функция биологических мембран. Биоэнергетика. Фотосинтез.

3. Структура и функционирование клетки. Межклеточные взаимодействия. Молекулярные механизмы клеточной дифференцировки, иммунитета и онкогенеза. Взаимодействие вирус-клетка.

4. Геномика, протеомика. Белковая и генная инженерия. Трансгеноз, генотерапия. Молекулярная медицина.

5. Математические модели в биологии.

В 2016 г. работа сотрудников была поддержана 91 грантом РФФИ, 24 грантами РНФ и 2 грантами Президента РФ. Завершены работы по 24 инновационным проектам РФФИ и 14 проектам РНФ.

 

 

В отделе биокинетики (зав. д.х.н. В. Швядас) усовершенствован метод биоинформатического анализа суперсемейств белков/ферментов для определения тех аминокислотных остатков, при изменении которых происходит изменение функциональных свойств членов суперсемейства. Использование метода позволило провести целенаправленное изменение каталитических свойств и получить мутантные препараты пенициллинацилазы с улучшенными функциональными свойствами. Получен патент на разработку способа улучшения каталитических свойств пенициллинацилазы.

Большое внимание было уделено различным аспектам противоопухолевой терапии: идентифицированы новые структурные фрагменты для создания эффективных ингибиторов лактатдегидрогеназы А – фермента, играющего важную роль в метаболизме глюкозы в опухолевых клетках человека. Изучено цитотоксическое влияние енаминов усниновой кислоты по отношению к тирозил-ДНК фосфодиэстеразе 1, являющейся ферментом репарации ковалентных комплексов ДНК-Топоизомераза 1, а также других 3’-концевых повреждений ДНК – оба эти фермента представляют собой перспективную мишень для противоопухолевой терапии; кроме того, изучены возможности использования ингибиторов ферментов репарации ДНК для подавления роста раковых клеток.

Проведено изучение действия пептидов – структурных фрагментов белка плазмы крови церулоплазмина – на синтез лейкотриенов в нейтрофилах человека и на апоптоз нейтрофилов. Полученные данные указывают на то, что протеолитическая деградация церулоплазмина, происходящая в очагах воспаления, представляет собой мощный механизм индукции апоптоза нейтрофилов.

 

Сотрудниками отдела биохимии животной клетки (зав. проф. В.И. Муронец) и отдела физических методов измерений (зав. к.б.н. В.Н. Орлов) в течение длительного времени проводятся исследования фундаментальных основ механизма действия и структуры ферментов, главным образом глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы и транскетолазы. В 2016 г. исследован механизм субстратного ингибирования транскетолазы. Показано, что субстраты-акцепторы транскетолазы (ТК) ингибируют фермент в присутствии как цианборгидрида (ЦБГ), так и естественного компонента клетки – аскорбиновой кислоты, что обусловлено переходом, под действием восстановителей, активной формы её кофермента в неактивную ─ ди- и тетрагидротиаминдифосфата. Выделен также препарат транскетолазы из культуры непатогенных микобактерий и исследована возможность его избирательного ингибирования лигандами активного центра. Продолжено исследование свойств глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы (ГАФД), в т.ч. ферментов, выделенных из микобактерий и сперматозоидов. Получен препарат рекомбинантной ГАФД человека, обладающей удельной активностью, в 3 раза превышающей активность других препаратов. Высокоактивная ГАФД человека может быть использована для изучения её взаимодействий с другими белками, а также для сканирования соединений, влияющих на её активность.

 

В отделе белков растений (зав. д.б.н. М.А. Белозерский) исследовали ингибиторы протеолитических ферментов из растений, секретируемые пептидазы фитопатогенов – мицелиальных грибов, а также пищеварительные пептидазы личинок жуков-вредителей запасов важнейших сельскохозяйственных культур, Tribolium castaneum и Tenebrio molitor. В результате получены новые важные данные об экспрессии ингибитора сериновых протеиназ из семян гречихи в трансгенных растениях табака, о связи физико-химических и каталитических свойств секретируемых пептидаз фитопатогенных грибов с их трофическим поведением, охарактеризованы и аннотированы новые пищеварительные пептидазы насекомых-вредителей. Полученные результаты могут в дальнейшем использоваться при разработке подходов к созданию новых, экологически чистых методов повышения устойчивости растений к насекомым-вредителям и фитопатогенам.

 

Cотрудники отделов химии белка, структуры и функции РНК и хроматографического анализа продолжили исследования механизмов регуляции трансляции с использованием разнообразных методов и подходов (рук. акад. РАН А.А. Богданов). Одним из подходов является дизайн, синтез и изучение взаимодействия с рибосомой новых инструментов, полученных на основе антибиотиков, специфически взаимодействующих с рибосомой в области пептидилтрансферазного центра и рибосомного туннеля. Другим подходом к изучению механизмов регуляции трансляции является исследование влияния последовательностей Шайн-Дальгарно в РНК на эффективность трансляции с помощью нового метода Flowseq, сочетающего использование рандомизированных участков инициации трансляции, сортировки клеток и высокопроизводительного секвенирования. Кроме того, проведены молекулярно-динамические исследования комплексов бактериальных рибосом E. coli со стоп-пептидами семейства метилтрансфераз Erm, найдены элементы пептида и рибосомного туннеля, между которыми осуществляется взаимодействие. Осуществлён синтез ключевых соединений для получения пептидных аналогов десмикозина и хлорамфеникола, содержащих фрагменты антибактериальных пептидов онкоцинов. С помощью рентгеноструктурного анализа комплексов аналогов хлорамфеникола, содержащих положительно заряженные аминокислотные остатки, с рибосомами T. thermophilus найдено объяснение высокого сродства гистидинового аналога к бактериальным рибосомам. Изучена специфичность и аффинность группы аптомеров к белковым мишеням; показано, что сродство некоторых из них сравнимо со сродством моноклональных антител к этим же белкам. Определены кажущиеся константы диссоциации.

 

В отделе химии белка (зав. д.х.н. А.А. Байков) были продуцированы и функционально охарактеризованы мембранные пирофосфатазы 10 бактерий, занимающих пространство на филогенетическом дереве вблизи ветви так называемых Na⁺, Н⁺-РРаз, которые способны одновременно переносить через клеточную мембрану ионы Na⁺ и Н⁺. Все они проявляли активность в транспорте ионов натрия. По влиянию больших концентраций натрия на транспорт протонов они разделялись на три группы: не транспортирующие протоны при концентрации натрия 5 мМ (Na⁺-пирофосфатазы), не чувствительные к натрию до его концентрации 100 мМ (истинные Na⁺, Н⁺-пирофосфатазы), и частично ингибируемые натрием (Na⁺-регулируемыми Na⁺, Н⁺-пирофосфатазы). Филогенетический анализ показал, что две ветви Na⁺, Н⁺-транспортирующих пирофосфатаз возникли независимо друг от друга. Эти результаты подтверждают гипотезу о первичности Na⁺-пирофосфатаз и показывают, что возникновение физиологически значимой Н⁺-транспортной активности шло постепенно за счёт небольших изменений в структуре.

 

В лаборатории регуляции синтеза белка (зав. д.х.н. И.Н. Шатский) ведётся поиск альтернативных механизмов инициации трансляции, прежде всего тех, которые не требуют для инициации трансляции кепа и кеп-узнающих факторов. Предполагается, что как раз такие механизмы и используются клетками млекопитающих как в условиях стресса, так в ходе дифференцировки. Альтернативные механизмы инициации трансляции связаны с рядом белковых факторов, функция которых не ясна. Одним из них является фактор Death Аssociated Protein 5 (DAP5). Осуществлён нокаут по белку DAP5 в клетках мыши NIH3T3, проведён рибосомный профайлинг таких клеток и показано, что нокаут белка DAP5 хотя и не приводит к фатальным последствиям для клеток NIH3T3, однако в нокаутных клетках наблюдаются очень серьёзные изменения в транскриптоме, причём сразу по многим индивидуальным мРНК. Ряд из них имеет прямое отношение к дифференцировке эмбриональных клеток.

 

В отделе химии нуклеиновых кислот (зав. проф. Т.С. Орецкая) получена новая информация о функционировании гетеродимерных эндонуклеаз рестрикции на примере BspD6l, большая субъединица которой является никующей эндонуклеазой (НЭ) – ферментом, вносящим разрыв только в одну из цепей ДНК. Продемонстрировано взаимовлияние большой и малой субъединиц (МС) BspD6I на функционирование друг друга: малая субъединица BspD6I повышает эффективность гидролиза субстрата НЭ BspD6I, в то время как связывание и расщепление ДНК НЭ BspD6I необходимы для функционирования МС BspD6I, что свидетельствует о тесной взаимосвязи субъединиц в процессе функционирования BspD6I. Впервые показано, что для протекания ферментативной реакции гидролиза ДНК, катализируемой ЭР BspD6I, достаточно, чтобы фланкирующие последовательности ДНК-субстрата с 5'-конца от участка узнавания составляли 2 пары нуклеотидов (п.н.), а с 3'-конца от места гидролиза – 3 п.н. В то же время, только 4 п.н. с 5'-конца от участка узнавания обеспечивают формирование стабильного фермент-субстратного комплекса. Установлено, что при связывании НЭ BspD6I изгибает ДНК-субстрат на 66 ± 4°С и способна образовывать комплекс с продуктом собственного гидролиза.

С целью расширения границ практического использования фермента проведён анализ факторов, способных модулировать активность фермента. Для регулирования активности НЭ BspD6I в диапазоне температур от 25 до 45°С предложено использовать негидролизуемые аналоги субстрата этого фермента с одноцепочечными разрывами. Выступая в качестве конкурентных ингибиторов, они блокируют действие фермента при 25°С. При повышении температуры реакционной смеси до 45°С происходит диссоциация дуплекса-ингибитора из комплекса с ферментом и восстановление активности НЭ BspD6I.

 

 

В отделах биоэнергетики (зав. акад. РАН В.П. Скулачёв) и молекулярной энергетики микроорганизмов (зав. д.б.н. А.В. Богачёв) получены следующие результаты.

Измерены параметры взаимодействия Na⁺-транслоцирующей NADH:хинон оксидоредуктазы с помпируемым ионом. Эти параметры важны для определения молекулярного механизма сопряжения ионного и электронного транспортов, осуществляемых этим ферментом. Показано, что разобщающее действие mitoFluo на митохондриях происходит преимущественно по механизму простого протонофорного действия без участия белков-переносчиков. Исследована роль цитохрома с в развитии программируемой клеточной смерти дрожжей S. cerevisiae.

Изучение электрон-транспортных цепей. Методами быстрой кинетики показано, что ингибирующее действие ионов Са²⁺ на митохондриальную ЦО определяется торможением переноса электронов как между двумя гемами а и а3, так и поступлением их на гем а и свидетельствует, что перенос электронов через гем а в митохондриальной ЦО может быть сопряжён с движением протонов в выходной части канала H. Несколькими независимыми способами показано, что сероводород, являющийся типичным ингибитором гем-медных оксидаз, не действует на цитохромы bd-I и bd-II из кишечной палочки, что демонстрирует существенные отличия цитохромов bd, которые не имеют медных центров и содержат хлорин вместо гема.

Показано, что воздействие митохондриальных АФК играет ключевую роль, как в воспалительной активации эндотелия, так и в повышении его проницаемости для макромолекул. Митохондриально-направленные антиоксиданты типа SkQ1 и разобщители окислительного фосфорилирования могут служить прототипами противовоспалительных и ангиопротекторных лекарственных средств. Показано, что деградация миоглобина позволяет преодолеть почечную недостаточность при рабдомиолизе (миоглобинурии или краш-синдроме). Протеолитическая деградация гемоглобина несёт полезную, вероятно, репарирующую функцию. Показано, что вальпроат, как и соли лития могут защищать мозг от ишемического повреждения. Направление возможного использования – медицина: терапия патологий, вызванных окислительным стрессом и старением. Глазные капли «Визомитин», созданные на основе SkQ1, уже широко применяются для лечения болезни «сухого глаза» и катаракты.

На препаратах фотосистемы 1 (ФС-1), высушенных на стеклянной подложке в присутствии трегалозы и уравновешенных при влажности 53 и 11% исследована кинетика рекомбинации зарядов на длине волны 810 нм, обусловленная восстановлением фотоокисленного Р700+. Таким образом, показано, что ограничение подвижности белка, обусловленное эффектом трегалозы, покрывающей снаружи белковую глобулу, не влияет на образование первичной Р700+А0- и вторичной Р700+А1- ион-радикальных пар в ФС-1.

 

В отделе фотобиофизики (зав. акад. РАН В.А. Шувалов) исследовались биофизические аспекты первичного разделения зарядов под действием света в реакционных центрах фотосинтеза, которые представляют собой особые энерго-преобразующие пигмент-белковые комплексы в составе клеточной мембраны. Первичная (физическая) стадия разделения зарядов происходит в пико- и фемтосекундном диапазонах и заключается в переносе электрона по активной А-цепи пигментов. Проанализирован обширный фактический материал, как по общим вопросам первичного фотосинтеза, так и по ряду более специальных тем, в т.ч.:

1) роль неактивной В-цепи пигментов,

2) влияние белкового окружения на разделение зарядов,

3) участие мономерного бактериохлорофилла в первичном акцептировании электрона. Раскрыта важная роль молекул кристаллографической воды и тирозина М210 (входящих в ближайшее окружение мономерного бактериохлорофилла) в переносе и стабилизации электрона. Показана связь коллективных ядерных движений и переноса электрона при разделении зарядов. Исследована природа высокой квантовой эффективности первичных реакций разделения зарядов в реакционных центрах фотосинтеза.

 

В отделе фотосинтеза и флуоресцентных методов исследований (зав. д.ф.-м.н. А.П. Разживин) продолжены работы по изучению сверхбыстрых процессов переноса энергии возбуждения по светособирающей антенне и захвата энергии реакционными центрами (РЦ), которые происходят с квантовой эффективностью близкой к единице. Продемонстрировано наличие квантовых когерентностей в процессах переноса энергии в фотосинтетических антенных комплексах. Впервые построены экситонные модели для комплексов LHCSR3 и Lhca4, дающие количественное описание спектров и динамики возбуждений. Проведено сравнительное экспериментальное исследование экситонной структуры комплекса LH1 и его субъединицы – комплекса В820. Проведены теоретические исследования явления электронно-колебательного резонанса и его влияния на процессы переноса энергии и заряда.

Полученные результаты позволяют сформулировать принципы повышения эффективности работы фотосинтетического аппарата. Эти принципы связаны с квантовыми свойствами стационарных собственных состояний системы. Они работают не только при лазерном возбуждении, но и освещении солнечным светом, что может быть полезно при создании высокоэффективных искусственных преобразователей солнечного света.

 

 

В отделе биохимии вирусов растений (зав. акад. РАН И.Г. Атабеков) проводятся фундаментальные исследования взаимодействия вирусных и клеточных белков в процессе вирусной инфекции, структурных и функциональных характеристик вирусспецифических белков и клеточных белков-партнёров, а также прикладные исследования по разработке диагностических средств визуальной диагностики зараженности растений экономически важными вирусами. В 2016 г. проведены исследования:

1) неканонического модуля транспортных генов вирусов растений, кодируемого геномом вируса зелёной пятнистости гибискуса;

2) экспериментально подтверждена активность как супрессора РНК-сайленсинга дополнительного структурного домена, сходного с хеликазным доменом репликаз вирусов растений, который входит в состав ретротранспозонов в геномах некоторых видов насекомых;

3) изучены особенности накопления химерного вируса, состоящего из РНК крестоцветного штамма вируса табачной мозаики и белка оболочки вируса скручивания листьев картофеля;

4) проведён анализ структурных особенностей белков оболочки спиральных вирусов растений;

5) проведён анализ структуры матриксных белков двух оболочечных вирусов – вируса гриппа и вируса болезни Ньюкасла;

6) получены характеристики белка ядерного экспорта вируса гриппа;

7) изучены некоторые свойства клеточного белка PBL (PlantBAP-like), партнёра ранее исследованных растительных 4/1-белков, и ядерного белка коилина при вирусной инфекции и абиотическом стрессе.

 

Ведущим направлением исследований отдела функциональной биохимии биополимеров является характеристика структурно-функциональных свойств цитоскелетных белков эукариотических клеток. Исследованы свойства нескольких цитоскелетных белков животных клеток. Показано, что белок p150Glued (динактин-1) может связываться с центросомой независимо от остальных компонентов динактина. Это связывание не зависит от микротрубочек, но обусловлено двумя доменами белка. Показано, что белок Rpl22e связывается с микротрубочками с аффинностью, сопоставимой с аффинностью специфических белков, ассоциированных с микротрубочками. При сравнительном анализе агрегации двух изоформ головок миозина (субфрагмент 1 миозина, S1), содержащих разные существенные лёгкие цепи – А1 и А2, показано, что в условиях низкой ионной силы S1(A1) подвергается интенсивной агрегации, полностью отсутствующей у S1(A2). Сделан вывод, что агрегация S1(A1) обусловлена межмолекулярными взаимодействиями N-концевого сегмента А1 с моторными доменами других молекул S1 и отражает, по-видимому, внутримолекулярное взаимодействие этого сегмента А1 с моторным доменом миозиновой головки, происходящее в процессе АТРазного цикла.

 

Сотрудниками отдела взаимодействия вируса с клеткой (зав. чл.-корр. РАН В.И. Агол) продолжены исследования механизмов взаимодействия пикорнавирусов с клеткой-хозяином. Стратегии вирусной противозащитной активности зависят от особенностей метаболизма клеток-хозяев. В разных хозяевах роли индивидуальных секьюрити-белков могут изменяться. Эти и другие знания расширяют представления о механизмах гибели заражённых вирусами клеток и о противозащитных механизмах вирусов. Продолжено изучение регуляции репликации пикорнавирусных геномов. Анализ жизнеспособных мутантных вирусов выявил определённое разнообразие структур вирусного белка 3CD, способного продуктивно взаимодействовать с репликативнымцис-элементом oriL вирусной РНК, но в то же время показал, какие структурные ограничения наложены на это взаимодействие. Эти данные важны для понимания молекулярных механизмов взаимодействия между этими лигандами, а также углубляют представления о природе мутационной устойчивости РНК-содержащих вирусов. Заметное место в работе отдела занимают проблемы молекулярной эпидемиологии и эволюции вируса полиомиелита и других энтеровирусов. В рамках сотрудничества с Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) проводился скрининг и детальное изучение вирусов полиомиелита и ряда других энтеровирусов, выделяемых на территории РФ и 9-ти сопредельных государств, бывших республик СССР. Циркуляции диких штаммов полиовируса не обнаружено. Выделение полиовирусов серотипа 2 в период, когда во всём мире прекращено использование живой вакцины этого серотипа и в популяции имеется значительная прослойка детей без кишечного иммунитета против этого серотипа является весьма важным фактом, требующим очень серьёзного внимания органов здравоохранения.

 

Коллектив отдела электронной микроскопии (зав. д.б.н. И.И. Киреев) проводит научные изыскания в области ультраструктурной организации клетки, проводит обучение и сопровождение ультраструктурных исследований сотрудников института.

Исследование общих принципов структурной организации ядерных и цитоплазматических органелл клеток эукариот проводилось по нескольким направлениям: биогенез ядерных телец и функциональная организация хромосом, и взаимодействие систем цитоскелета для обеспечения структурной организации клетки и клеточной подвижности. Получены новые данные о кинетике сборки-разборки ядерных телец, динамике структурных перестроек хроматина в процессе репликации ДНК, механизмах роста ядерной оболочки в клеточном цикле, о взаимодействиях актиновых и тубулиновых систем цитоскелета. Исследованы морфологические аспекты патологий спермиогенеза, связанных с мужским бесплодием.

 

В отделе математических методов в биологии (и.о. зав. к.ф.-м.н. А.В. Алексеевский) одним из важнейших направлений научных исследований является нормализация опухолевых клеток. Завершена работа по исследованию сигнальных путей, связанных с предотвращением эпителиально-мезенхимального перехода при использовании митохондриально-направленных антиоксидантов SkQ (рук. чл.-корр. РАН Ю.М. Васильев). Доказана ведущая роль митоген-активируемых протеин-киназных сигнальных путей в морфологических и биохимических изменениях клеток цервикальных карцином при нормализующем воздействии митохондриально-направленных антиоксидантов. Разработанная ранее экспериментальная модель торможения пролиферации опухолевых клеток под действием митохондриально-направленных антиоксидантов использована для изучения механизма воздействия этой группы веществ на опухолевые линий сарком. Продолжены исследования механизмов воздействия SkQ на индуцируемые TNF-воспалительные реакции, связанные с изменениями эндотелия.

Продемонстрировано существование функционально разных актиновых систем, что позволило выявить качественно новые закономерности реорганизации актинового цитоскелета при неопластической трансформации. Впервые показана связь трансформации клетки с процессами реорганизации цитоплазматических изоформ актина и модуляции в их экспрессии.

В рамках темы «Роль биологически активных молекул в функционировании клеток и тканей животных и человека» (рук. к.б.н. Г.А. Павлова) получены данные, подтверждающие гипотезу об участии паннексинов в регуляции цикла сна и бодрствования: впервые показано существенное нарушение ритма сна-бодрствования у животных с нокаутом по гену паннексина 1. Впервые прочитан полный геном представителя ортонектид, с исключительно простой нервной системой, а также полные митохондриальные геномы представителей мало изученной группы животных – киноринх, что позволит провести поиск генов, существенных для функционирования биологических ритмов. Проведены исследования важные для разработки способов эффективного лечения синдрома сухого глаза: показано существование среди клеток слёзной железы взрослых мышей популяции эпителиальных клеток-предшественников c-kit+dim/EpCAM+/CD452-/CD342-/Sca12-, которые способны восстанавливать повреждённые слёзные железы модельных животных.

 

По результатам выполнения программы «Локальные клеточные взаимодействия» (рук. д.б.н. Т.В. Потапова) получены данные, свидетельствующие о модуляции фагоцитозной активности холестерин-связывающими пептидами, аминокислотные последовательности которых соответствуют холестерин-связывающим участкам вирусного белка М1. Изучение эффектов таких пептидов необходимо как для проверки концепции о холестерин-связывающих последовательностях у мембранных белков, так и для создания новых модуляторов активности фагоцитоза.

 

 

В отделе химии и биохимии нуклеопротеидов (зав. д.х.н. А.Б. Вартапетян) продолжено выяснение молекулярных механизмов, отвечающих за защитные реакции клеток растений и животных на стрессовые воздействия.

Продолжено исследование апоптотической протеазы растений фитаспазы. Установлено, что фитаспаза способна, непосредственно или опосредовано, влиять на экспрессию генов растений, в частности генов белков теплового шока.

При изучении молекулярных механизмов межклеточного транспорта в растениях и его роли в вирусном и бактериальном патогенезе, исследовано возможное участие гена под рабочим названием G05, гомологичного гену, кодирующего в N. tabacum non-cell-autonomous pathway protein (NCAPP) и гену мутаротазы в контроле межклеточного транспорта сахаров и вирусов. Установлено, что ген G05 N. benthamiana, чувствительный к экзогенному метанолу в физиологических концентрациях, имеет высокую гомологию с мутаротазой (альдоза 1-эпимераза) пасленовых. В растениях N. benthamiana с подавленным содержанием в листьях мРНК G05 также снижается содержание глюкозы в sink-листьях.

Продолжено исследование антистрессовых программ клеток млекопитающих, зависящих от онкосупрессора р53, центрального регулятора клеточного ответа на генотоксический стресс, и транскрипционного фактора ATF4, ключевого регулятора интегрального антистрессового ответа. Показано, что активация р53 негативно регулирует экспрессию ATF4, индуцированную не только при митохондриальной дисфункции, но и при стрессе эндоплазматического ретикулума.

Продолжено исследование танкиразы 2, фермента, катализирующего поли-ADP-рибозилирование белков, экспрессия которого повышена в опухолевых клетках, и активность которого может увеличиваться под влиянием стрессовых воздействий. Обнаружена активация танкиразы в почках после экспериментальной ишемии одного из двух парных органов подопытных животных независимо от того, какой из двух органов был лишён кровоснабжения. Полагают, что активация танкиразы представляет собой общий ответ организма на некоторые виды стрессов.

 

В отделе молекулярных основ онтогенеза (зав. чл.-корр. РАН Б.Ф. Ванюшин) исследованы экспрессия и характер метилирования генов ДНК-метилтрансфераз в органах растений. Гены главных поддерживающих ДНК-метилтрансфераз, MET1 и CMT3, и главной ДНК-метилтрансферазы denovo-типа, DRM2, на высоком уровне экспрессируются во всех органах. В развивающемся эндосперме гены MET1 и CMT3 экспрессируются существенно слабее, а гены MET2a, MET2b, MET3 и CMT2 – наоборот, гораздо активнее. Гены CMT1 и DRM1 во всех органах экспрессируются очень слабо. Характер метилирования большинства исследованных генов соответствует прототипу «ген с метилированной структурной областью».

Создана тест-система для определения аномалии упаковки хроматина сперматозоидов человека в рамках диагностики мужского бесплодия. Она доступна для андрологических клиник и центров репродукции, поскольку не требует использования дорогого оборудования и специально подготовленного персонала, работает в режиме экспресс-анализа (около 2 часов) и обладает прогностическим эффектом для выбора стратегии лечения, например, методами антиоксидантной терапии. Получены патенты.

Показано, что, выделенный ранее из гриба вешенки десметилинцистерол (ДМИ), а затем синтезированный химическим путём, в зависимости от дозы индуцирует апоптоз в трансформированных, но не в нормальных, клетках человека в культуре, а также усиливает апоптотические эффекты цитостатиков, используемых в химиотерапии онкологических заболеваний. Тем самым доказано, что ДМИ можно использовать как препарат сопровождения при химиотерапии, позволяющий уменьшить токсические эффекты цитостатиков без уменьшения их эффективности в отношении раковых клеток.

 

В отделе сигнальных систем клетки (зав. д.б.н. П.П. Филиппов) продолжены исследования, направленные на изучение молекулярных механизмов зрения и молекулярные основы зрительных патологий. При изучении сигнальной активности белков зрительного каскада в фоторецепторных рафт-структурах впервые продемонстрировано, что совместная компартментализация белков зрительного каскада в фоторецепторных рафт-структурах может повышать эффективность процессов регуляции фототрансдукции.

Разработана модель экспериментального аутоиммунного увеита кроликов, характеризующаяся возникновением комплекса симптомов, близких к таковым у человека; разработанная модель может послужить основой для изучения развития аутоиммунного увеоретинита и тестирования потенциальных лекарственных препаратов для лечения этого заболевания.

В ходе изучения изменений в экзорбитальных слёзных железах было установлено, что у старых животных функция слёзных желёз ослаблена вследствие выявленных атрофических, дистрофических, воспалительных и компенсаторных процессов в паренхиме и строме экзорбитальной железы.

Исследование форм фоторецепторных белков рековерина и NCS1, образующихся в клетках ретинобластомы Y79 при окислительном стрессе, показало, что окислительный стресс фоторецепторных клеток может сопровождаться дисульфидной димеризацией ключевых Са²⁺-сенсорных белков рековерина и NCS1, что может негативно отражаться на эффективности Са²⁺-зависмой регуляции зрительной трансдукции и, как следствие, инициировать дегенерацию фоторецепторных клеток.

 

В отделе эволюционной биохимии (зав. д.б.н. А.В. Троицкий) основным предметом исследований является молекулярная филогенетика различных групп животных и растений. Продолжены комплексные исследования молекулярной филогенетики и эволюционной геномики широкого круга растений и животных. Такие исследования имеют фундаментальное научное значение в области познания эволюции живых организмов на Земле.

Основные результаты в области геномики растений связаны с изучением закономерностей коэволюции ядерного генома и генома пластид у цветковых растений при потере фотосинтетической активности. Проведено описание и анализ происходящих при этом изменений в структуре и экспрессии ядерного генома и генома органелл (прежде всего пластид) в различных линиях эволюции цветковых растений. Секвенированы, собраны и проаннотированы транскриптомы Hypopitys monotropa и нефотосинтезирующего растения из семейства Orchidaceae, Epipogium aphyllum. Показано, что несмотря на независимый переход к гетеротрофности в этих двух эволюционных линиях растений, они обладают сходными закономерностями потерь генов. Так, у них не обнаружена экспрессия генов, продукты которых принимают участие в фотосинтезе, однако сохраняются гены, связанные с другими функциями пластид. Обнаружены различия в скорости накопления замен: у E. aphyllum она сильно повышена, у H. monotropa не отличается от таковой у фотосинтезирующих видов. Это показывает, что повышенная скорость накопления не является универсально-свойственной гетеротрофным растениям, как это предполагали ранее.

Определена нуклеотидная последовательность ядерного генома одного из представителей ортонектид, Intoshialinei; проведён глубокий анализ генома нового изолята Trichoplax; успешно завершён анализ генома чёрного садового муравья Lasiusniger.

Проведено уточнение и предложена ревизия филогении ряда организмов – флюоресцентных гидроидов рода Cytaeis, пещерных креветок Hemimysis speluncola, морских звёзд семейства Porcellanasteridae, нового изолята Trichoplax.

Изучен метагеном фотосинтезирующих пикоэукариот льда и подлёдной воды Белого моря методом NGS.

 

Сотрудниками отдела иммунологии (зав. акад. РАН С.А. Недоспасов) выполнены работы по изучению механизмов регуляции состава микрофлоры организмом-хозяином путём продукции иммуноглобулина А (IgA). Проанализирован вклад Т-зависимого и Т-независимого путей в индукцию синтеза IgA, специфически связывающего микрофлору. С целью изучения механизмов развития плазматических клеток, были получены in vitro культуры различных субпопуляций этих клеток из собственной пластинки кишечника. Культивированные клетки были проанализированы на экспрессию маркеров CD11b, Ly6C, Ly6G. Установлено, что Ly6C⁺Ly6G-CD11b-IgA⁺ является терминальной стадией развития IgA плазматических клеток в кишечнике, что подтверждается их способностью производить цитокины. Полученные данные подтвердило исследование кинетики развития IgA клеток в кишечнике на различных этапах развития животных, а также результаты определения долгоживущих плазматических клеток в эксперименте с использованием EdU, способным внедряться в делящиеся клетки. С использованием данных транскрипционного анализа было установлено, что долгоживущая популяция IgA плазматических клеток характеризуется активностью сигнального пути mTOR, молекулы контролирующей метаболические пути в клетке. Дальнейшее исследование влияния различных метаболических путей показало, что высокожировая диета в отличие от высокоглюкозной приводит к увеличению продукции IgA в фекалиях и сыворотке животных. Кроме того, были получены данные о влиянии различных типов антибиотиков на развитие кишечного воспаления у мышей дикого типа и нокаутированных по гену TLR4, которые свидетельствуют об основополагающей роли TLR4, как основного медиатора развития кишечного воспаления в данной экспериментальной модели. Помимо этого, был разработан метод анализа специфичности IgA молекул, позволяющий таргетировать отдельные виды микробов в кишечнике с использованием антител, специфичных к бактериям из микробиоты. Дальнейшие исследования на моделях индуцированного колита (колит, вызванный применением декстран-сульфата натрия) показали возможное применение таких антител для специфического таргетирования бактерий микробиоты кишечника.

 

 

Сотрудники отдела математических методов в биологии занимаются разработкой и использованием математических методов в биологии (и.о. зав. к.ф.-м.н. А.В. Алексеевский). Создана база данных комплексов белков с нуклеиновыми кислотами NPIDB. Разработаны программы для расширения её функционала. Созданы два новых веб-сервиса для анализа пространственных структур комплексов белков с ДНК.

В программу построения нуклеотидного пангенома NPG-explorer добавлены новые модули анализа пангенома. Программа использована для анализа десятков видов бактерий.

Разработан новый алгоритм кластеризации и анализа семейства родственных последовательностей. Он реализован в программе для частичных выравниваний белков и результатов поиска в базах данных по профилю выравнивания.

Изучена эволюция систем рестрикции-модификации и их влияние на геномы методами сравнительной геномики.

Анализ родственных отношений между бета-субъединицей роторной мембранной FoF1 АТФ-синтазы (COG0055), АТФазой бактериального жгутика FliI (COG1157) и A-субъединицей VoV1 АТФ-синтаз (COG1155) показал, что FliI не является внешней группой (outgroup) для двух других семейств, а они, напротив, равноудалены друг от друга. Это может иметь важное значение для уточнения времени расхождения этих белковых комплексов и отнесения всех АТФ-синтазной машины ко времени последнего общего предка клеточных организмов LUCA.

Получены новые результаты в проблеме круга (теоретическая математика).

 

Учебная работа. Институт является частью единого научно-образовательного комплекса МГУ (институт-факультет) и готовит высококвалифицированных специалистов в наиболее важных областях биохимии, молекулярной и клеточной биологии, вирусологии, биофизики, биоорганической химии, биоинженерии, биоинформатики и молекулярной медицины. В 2016 г. в лабораториях института выполнили квалификационные работы 173 студента и 56 аспирантов факультета биоинженерии и биоинформатики, ряда кафедр биологического, химического, физического, фундаментальной медицины факультетов и других учебных заведений Москвы, в т.ч. МГТУ им. Н.Э.Баумана, РНИМУ им. Н.И.Пирогова, МГМУ им. И.М.Сеченова, ВШЭ, Московского политехнического университета, МФТИ.

Сотрудники НИИФХБ создали и читают на трёх факультетах оригинальные общие и специальные курсы лекций. Ими организованы и проводятся обязательные спецпрактикумы, семинары для студентов факультета биоинженерии и биоинформатики в соответствии с учебным планом.

 

Довузовская работа. В 2016 г. институт совместно с факультетом биоинженерии и биоинформатики продолжал работу по реализации специальной образовательной программы «Человек и природа. Первые шаги» (научн. рук. д.б.н. Т.В. Потапова). Проведён обучающий семейный праздник «День Земли».

 

Конференции. Сотрудники приняли участие в работе 30 российских и 54 международных научных конференций, симпозиумов и съездов.

Проведена международная конференция «Физико-химическая биология: из века ХХ в век XXI», посвящённая 110-летию со дня рождения академика А.Н.Белозерского, и 50-летию Института физико-химической биологии (19–21 янв.). Сделано более 30 научных докладов. Выступили ректор В.А. Садовничий, директор НИИФХБ В.П. Скулачёв, академики РАН М.П. Кирпичников, О.А. Донцова, профессора Л.Б. Марголис (Национальный институт здравоохранения, США), А.Е. Горбаленя (Лейденский университет, Голландия), Г.А. Белов (Университет штата Мэриленд, США), Т. Пестова и К. Эллен (Университет штата Нью-Йорк, США), А.С. Манькина (Университет штата Иллинойс, США) и др.

 

Кандидаты наук 2016 г. Кандидатские диссертации защитили: мл.н.с. лаборатории гемопротеидов отдела биоэнергетики Дюба Артём Владимирович («Спектры поглощения и кругового дихроизма цитохром с-оксидазы: определение индивидуальных вкладов гемов а и а3»); н.с. отдела математических методов в биологии Ершова Анна Степановна («Анализ систем рестрикции-модификации в полногеномном контексте»); мл.н.с. отдела электронной микроскопии Жиронкина Оксана Андреевна («Изучение механизмов роста ядерной ламины в интерфазе»); мл.н.с. отдела математических методов в биологии Занегина Ольга Николаевна («Сравнительная характеристика структур ДНК-белковых комплексов»).

 

Персоналии. Акад. РАН А.А. Богданов награждён медалью ордена «За заслуги перед Отечеством» II степени.

Академики РАН А.А. Богданов, О.А. Донцова, проф. П.В. Сергиев удостоены премии им. А.Н.Белозерского (РАН) за цикл совместных работ «Рибосома: функциональные центры и ингибиторы».

Гл.н.с. М.Б. Готтих награждена орденом Академических пальм/l'Ordre des Palmes académiques степени Кавалер.

Вед.н.с. Т.В. Комарова – победитель конкурса работ талантливых студентов, аспирантов и молодых учёных МГУ, учреждённого О.В. Дерипаской и конкурса по государственной поддержке научных исследований молодых российских учёных-докторов наук.

Ст.н.с. Д.К. Нилов – победитель конкурса по государственной поддержке научных исследований молодых российских учёных-кандидатов наук.

Стипендия Президента РФ молодым учёным и аспирантам вручена ст.н.с. Д.Н. Силачёву, н.с. С.С. Янкаускасу, н.с. П.И. Семенюку, мл.н.с. О.А. Жиронкиной.

Зав. лабораторией А.А. Константинов – лауреат I премии конкурса работ, способствующих решению задач Программы развития Московского университета в номинации «Достижения лекторов межфакультетских учебных курсов, курсов междисциплинарной тематики, он-лайн курсов, реализуемых на платформе МГУ “Университет без границ”».

Лауреатами конкурса работ, способствующих решению задач Программы развития Московского университета, в номинации «Достижения в научно-исследовательской деятельности» стали 94 сотрудника, в номинации «Достижения в преподавании и методической работе» – 14.

 

Публикации. Опубликованы 1 монография, 2 учебных пособия, 140 статей в отечественных и 270 – в зарубежных журналах, 126 тезисов докладов, 22 статьи в сборниках и 11 глав в коллективных монографиях.

 

Адрес официальной страницы: http://www.belozersky.msu.ru