Российская Академия Наук
Сибирское Отделение
 
 Главная
 История
 Дирекция
 Лаборатории
 Службы
 Конференции
 Отчеты института
 Научные достижения
 Проекты РНФ
 Публикации
 Патенты
 СМИ об институте
 Ресурсы библиотеки
 Научный стационар
 Совет молодых ученых
 Семинары
 Соленые озера (ISSLR)
 Коллекция светящихся микроорганизмов
 Конкурсы
 Диссертационный совет
 Вакансии
 Документы для скачивания
 Поиск по сайту
 Контакты


Rambler's Top100

Поддержка сайта - студия "Сертификат публикации"

 

Результаты работы института в 2010 г.

В 2010 году Институт биофизики СО РАН выполнял НИР по следующим основным направлениям фундаментальных исследований РАН:

  • 43 Экология организмов и сообществ

  • 46 Структура и функции биомолекул и надмолекулярных комплексов.

  • 50 Биофизика. Радиобиология. Математические модели в биологии. Биоинформатика.

  • 51 Биотехнология.

  • 53 Эволюционная, экологическая физиология, системы жизнеобеспечения и защиты человека.

В 2010 году начаты исследования по шести бюджетным проектам НИР Института на период 2010-2012 гг. зарегистрированным во ВНТИЦентре с присвоением шифров государственной регистрации. В рамках утвержденных планов НИР по проблемам биофизики экосистем и физико-химической биологии получены следующие важнейшие результаты:

Направление исследований: 43 Экология организмов и сообществ

Проект: Влияние природных и антропогенных факторов на распределение и миграцию незаменимых биохимических компонентов, биогенных элементов и радионуклидов в трофических звеньях водных экосистем бассейна реки Енисей (№ гос.рег. 01201000936)

Установлено, что основное количество полиненасыщенных жирных кислот семейства омега-3 (ПНЖК), являющихся незаменимым компонентом питания водных беспозвоночных и рыб, в реке Енисей производится весенним - раннелетним холодолюбивым комплексом донных микроводорослей, развивающихся при температуре около 2-7 0С, тогда как летние и осенние микроводоросли продуцируют незначительные количества незаменимых ПНЖК. Таким образом, качество рыбопродукции р. Енисей в значительной степени зависит от весенней продукции микроводорослей, что необходимо учитывать при планировании режимов работы плотины Красноярской ГЭС (Институт биофизики СО РАН, д.б.н. М.И. Гладышев).

Рис. 1. Сезонная динамика содержания незаменимых для рыб полиненасыщенных жирных кислот в донных микроводорослях р, Енисей (2005-2010)

Направление исследований: 46 Структура и функции биомолекул и надмолекулярных комплексов.

Проект: Биолюминесцентные белки различных светящихся организмов: молекулярные механизмы функционирования и применение в биолюминесцентном микроанализе (№ гос.рег. 01201000940)

Клонированы кДНК гены, кодирующие светочувствительные Са2+-регулируемые фотопротеины из светящихся ктенофор Beroe abyssicola и Bolinopsis infundibulum и определены их нуклеотидные последовательности. Показано, что кДНК ген из Beroe abyssicola кодирует белок, состоящий из 208 аминокислотных остатков, с молекулярной массой 24,9 kDa, а кДНК ген из Bolinopsis infundibulum – белок, состоящий из 206 аминокислотных остатков, с молекулярной массой 24,5 kDa.

Анализ аминокислотных последовательностей показал, что фотопротеины ктенофор принадлежат к семейству Ca2+-связывающих белков «EF-hand» типа и имеют три Ca2+-связывающих сайта, аналогично фотопротеинам из гидромедуз и гидроидов (Рис. 1). Однако, фотопротеины ктенофор, весьма схожие между собой – идентичность их белковых последовательностей 85,8%, практически не имеют достоверной гомологии с фотопротеинами гидромедуз и гидроидов. Например, максимальная идентичность аминокислотных последовательностей наблюдается с фотопротеином обелином из гидроида Obelia longissima и составляет всего 29%, из которых большая часть совпадений аминокислотных остатков приходится на три Ca2+-связывающих сайта. Таким образом, можно сделать вывод, что первичные последовательности фотопротеинов ктенофор полностью отличаются от фотопротеинов гидромедуз и гидроидов и, следовательно, фотопротеины ктенофор являются новым типом Са2+-регулируемых фотопротеинов (Институт биофизики СО РАН, к.б.н., Высоцкий Е.С.)

Рис. 2. Сравнение аминокислотной последовательности болинопсина (BI) с аминокислотными последовательностями фотопротеинов из гидромедуз и гидроидов: акворином из Aequorea victoria (P07164) (Aeq01), обелином из Obelia longissima (AAA67708); клитином из Clytia gregaria (AAA28293.1) и митрокомином из Mitrocoma cellularia (AAA29298.1). Красным цветом обозначены совпадающие аминокислотные остатки, синим цветом – умеренно различающиеся, черным – несхожие. Желтым цветом выделены последовательности, соответствующие Ca2+-связывающим сайтам. Справа указана степень идентичности каждой последовательности с BI.

Направление исследований: 50 Биофизика. Радиобиология. Математические модели в биологии. Биоинформатика.

Проект: Верификация минимальных теоретических биосферных моделей (совместно с малоразмерной моделью климата и спутниковыми данными по динамике хлорофилла) на основе детального моделирования почвенного дыхания и полевых данных (№ гос.рег. 01201000938)

С помощью математической модели, описывающей динамику концентрации углекислого газа в малой экспериментальной замкнутой экосистеме при различных возмущающих воздействиях на нее, выполнена оценка кинетических коэффициентов системы и показано, что при повышении температуры происходит превращение биоты в источник углекислого газа, связанное с возрастанием скорости дыхания и одновременным снижением константы скорости фотосинтеза.

В целях проверки гипотезы о смещении баланса потоков углерода в системе биота-атмосфера в сторону выделения углекислого газа при повышении температуры для оценки скоростей суммарного дыхания и фотосинтеза проведена серия экспериментов на экспериментальной замкнутой миниэкосистеме (МЭС) с возмущением стационарного состояния при различных температурах. Возмущение стационарного состояния осуществлялось выключением-включением освещения и импульсной подачей СО2 при наличии освещения. Анализ сложной динамики МЭС оказался возможным с помощью разработанной математической модели, учитывающей активацию дыхания растений в темноте и включающей внутренние (не измеряемые в эксперименте) переменные, описывающие динамику: 1) ключевого фермента фотосинтеза (предположительно RUBISCO) и 2) энергетического переносчика (предположительно глицеральдегид-3-фосфат). Расчеты показали, что при повышении температуры константа скорости фотосинтеза, характеризующая интегральное состояние фотосинтезирующего аппарата, уменьшилась в 1,7 раза, а общее дыхание возросло в 1,4 раза. (Институт биофизики СО РАН, член-корр. РАН А.Г.Дегерменджи).

Рис. 3. Графики изменения модельных переменных и реальной концентрации СО2 в ответ на выключение-включение света в МЭС до (А) и после (Б) повышения температуры.

Направление исследований: 51 Биотехнология.

Проект: Биотехнологический синтез резорбируемых полиэфиров и разработка научных основ применения (№ гос.рег. 01201000937)

Для выявления новых продуцентов биоразрушаемых полиэфиров (ПГА) проведен скрининг коллекции культур сине-зеленых водорослей (зарегистрирована во Всемирном центре баз данных микроорганизмов (WDCM) под № 936), выделенных из Красноярского водохранилища и притоков р. Енисей в 2007-2008 гг. Введены в культуру 22 альгологически чистых штамма цианобактерий, и исследован жирнокислотный состав экстрагируемых липидов – прекурсоров ПГА. Отобрана серия штаммов, аккумулирующих ПГА (Chroococcus limneticus, Phormidium subfuscum, Nostoc spongiaeforme и Trichormus variabilis), перспективных для дальнейших исследований в качестве продуцентов полимеров. (Институт биофизики СО РАН, д.б.н. Волова Т.Г.)

Рис. 4. Хроматограммы жирных кислот липидов сине-зеленых водорослей, продуцирующих ПГА

Направление исследований: 51 Биотехнология.

Проект: Создание новых материалов и разработка новых биотехнологий на основе наноалмазов и биомолекул разных классов, включая биолюминесцентные молекулярные системы. (№ гос.рег. 01201000939)

Посредством одновременной ковалентной иммобилизации глюкозооксидазы и пероксидазы на частицы наноалмазов, функционализированных бензохиноном, сконструирована тест-система индикации глюкозы. Установлено, что иммобилизованные ферменты сохраняют свою функцию, катализируют цепь последовательных биохимических реакций, приводящих к образованию окрашенного продукта (хинонимин) в ходе реакции окислительного азосочетания (перекись водорода - 4-аминоантипирин - фенол). Комплекс наноалмазы-ферменты может многократно (до 10 и более раз) использоваться для определения глюкозы in vitro. Полученная тест-система сохраняет свою функциональную активность в течение месяца хранения при +4oС. (Институт биофизики СО РАН, д.б.н. Бондарь В.С.)

Рис. 5. Схема работы тест-системы наноалмазы – иммобилизованные ферменты: НА – наноалмазы (носитель), ГО и ПО – глюкозооксидаза и пероксидаза, ковалентно иммобилизованные на наночастицах, Глюкоза – определяемый аналит (субстрат ГО), 4-ААП – 4-аминоантипирин, Хинонимин – цветной продукт реакции окислительного азосочетания (Н2О2 – 4-ААП – фенол), катализируемой ПО.

Направление исследований: 53 Эволюционная, экологическая физиология, системы жизнеобеспечения и защиты человека.

Проект: Экспериментальное и теоретическое моделирование круговорота основных биогенных элементов и их соединений в замкнутой биологической системе жизнеобеспечения, включающей растения, искусственные субстраты и органические отходы (№ гос.рег. 01201000935).

Подобраны виды растений и организован разновозрастной конвейер из следующих культур: яровая пшеница линия 232 селекции Г.М. Лисовского, солерос европейский, чуфа, редис «Вировский белый» и салат «Московский». Отработаны технологии выращивания исследуемых культур с использованием 3 типов корневого питания: гидропонику на керамзите (для выращивания пшеницы), водную культуру (для солеросов), почвоподобный субстрат (ППС) (для овощных растений - чуфа, редис и салат). При этом в ППС периодически вносили несъедобную биомассу выращенных на нем растений, пшеницы и солеросов. В результате был организован массообменный процесс между фототрофным и гетеротрофным звеньями системы. С целью оптимизации массообменных процессов были определены продукционные, газометрические и другие физиологические характеристики культивируемых растений. Наибольшую продуктивность как в расчете на общую биомассу, так и на съедобную, показали растения чуфы (62,8 г*м-2*сут-1 23,6 г*м-2*сут-1 соответственно). Близкую продуктивность общей биомассы (около 30 г*м-2*сут-1) показали растения пшеницы и редиса. При этом продуктивность, оцениваемая по съедобной массе растений, у пшеницы оказалась в 2 раза, а у редиса в 1,5 раза ниже, чем у растений чуфы. Продуктивность съедобной биомассы растений салата близка к продуктивности растений пшеницы. Высокую продуктивность показали растения солероса. Сравнительная характеристика показателей внешнего газообмена растений, выращенных на гидропоники и на ППС, показаны на Рис. 1-4. У растений пшеницы максимум поглощения СО2 в расчете на м2 посева наблюдался в периоде между 28 и 42 сутками. В комплексе растений, выращенных на ППС, набольшее поглощение СО2, наблюдалось в комплексах ППС - ценозы редиса и салата в 28–суточном возрасте. У комплекса «растения чуфы – ППС» наблюдалось самое низкое видимое поглощение СО2, что связано с количеством внесенной в ППС несъедобной растительной биомассы. Выполненные исследования позволили сформировать согласованные по параметрам фототрофное и гетеротрофное звенья для БСЖО. (Институт биофизики СО РАН, д.б.н. А.А. Тихомиров)

Рис. 6а. СО2 газообмен растений пшеницы и солеросов 	Рис. 6б. СО2 газообмен в комплексе «растения чуфы – ППС»	Рис. 6в. СО2 газообмен в комплексе «растения редиса –ППС»	Рис. 6г. СО2 газообмен в комплексе «растения салата –ППС»