Лаборатория фотобиологии

06.06.2018 г.

Основные направления

Изучение биолюминесцентных систем светящихся организмов: бактерий, кишечнополостных, червей и светляков, выявление общих закономерностей и различий между ними, а также разработка методических основ применения биолюминесценции в медицине, биотехнологии, экологии и образовании.
Биолюминесцентные системы светящихся бактерий, кишечнополостных, червей и светляков: общие закономерности и различия
Разработка методических основ применения биолюминесценции в медицине, биотехнологии, экологии и образовании

Основные достижения

Расшифрована структура и проведен полный синтез люциферина сибирских энхитреид Fridericia heliota ключевого компонента АТФ-зависимой биолюминесцентной системы нового типа. Новый люциферин прост в химическом синтезе, исключительно стабилен, и не токсичен. Уникальность биолюминесцентной системы F. heliota делает ее перспективной для широкого спектра аналитических применений в медицине и фармацевтике для визуализации физиологических процессов, происходящих в клетках и целых организмах, а также для определения различных аналитов: АТФ, ферментов, антител, антигенов. Открытие дает начало новому направлению фундаментальных исследований в биолюминесценции.
Исследован механизм, отвечающий за люминесцентные свойства червя Fridericia heliota, обнаруженного в сибирской тайге. С помощью ЯМР и масс-спектрометрии удалось расшифровать структуру продукта биолюминесцентной реакции - оксилюциферина. Оксилюциферин образуется в результате окислительного декарбоксилирования остатка лизина люциферина, что обеспечивает энергию для генерации света. Энергия АТФ используется лишь для активации остатка лизина в реакции с кислородом. Предложены основные этапы биолюминесцентной реакции, катализируемой люциферазой олигохет F. heliota. Полученные данные позволяют говорить об установлении нового механизма люминесценции у живых организмов.
При разработке лабораторного теста для диагностирования рассеянного склероза в тесном сотрудничестве с лабораторией химии РНК (ФГБУН ИХБЭМ, Новосибирск) получен биолюминесцентный сенсор нового типа – химический конъюгат 2‘-F-РНК-аптамера, специфичного к патологическим аутоантителам против основного белка миелина и Са2+-регулируемого фотопротеина обелина. Микропланшетный анализ модельных образцов показал перспективность полученного соединения как высокочувствительного сенсора для выявления антител, ассоциированных с развитием рассеянного склероза.
Определена пространственная кристаллическая структура светочувствительного Са2+-регулируемого фотопротеина беровина из ктенофор Beroe abyssicola в апоформе, связанной с ионами кальция, с разрешением 2.0 A.
Клонированы кДНК гены, кодирующие несколько изоформ Са2+-регулируемого фотопротеина митрокомина из гидромедузы M. cellularia. Анализ кДНК выявленных изоформ митрокомина позволил предположить, что две изоформы являются продуктами двух аллельных генов, тогда как остальные изоформы, по-видимому, являются продуктами транскрипционных мутаций. Определена пространственная структура митрокомина с разрешением 1.30 A. Показано, что С-концевой тирозин не является остатком, необходимым для биолюминесценции митрокомина, так как его удаление увеличивает удельную биолюминесцентную активность и эффективность активации белка.
Проведен анализ степени воздействия консервантов бензоата натрия (Е-211), сорбата калия (Е-202) и сорбиновой кислоты (E-200) на активность протеаз трипсина и химотрипсина. Показано, что консерванты в значительной степени ингибируют активность протеаз при концентрации, меньшей установленного норматива их содержания в продуктах питания. Ингибирующий эффект усиливается при увеличении времени контакта консерванта и фермента.
Продемонстрировано, что активация биолюминесценции морских бактерий в результате низкодозового ионизирующего облучения в водной среде может происходить без проникновения радионуклида в клетки. Вывод сделан на основе использования в качестве твердого источника бета-облучения полиэтиленовых пленок, меченных тритием, в условиях жесткой фиксации радионуклида. Активация свечения бактерий предположительно обусловлена радиолизом и ионизацией водной среды, т.е. образованием вторичных продуктов радиоактивного распада, инициирующих изменение скоростей мембранных клеточных процессов.

Основные приборы и оборудование

биолюминометры, включая планшетные биолюминометры Luminoskan Ascent (TermoElectron Corp.) и Mithras LB940 (Berthold Technologies) с комплектом инжекторов
спектрофотометры Uvicon 943 (Rontron Instruments) и UV-2600 (Shimadzu)
спектрофлуориметр Cary Eclipse (Agilent Technologies) для исследования спектральных свойств биолюминесцентных белков.