Результаты работы института в 2011 г.

В 2011 году продолжены исследования по шести бюджетным проектам НИР Института на период 2010-2012 гг. зарегистрированным в ФГНУ ЦИТиС 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)

С 3 апреля по 3 мая 2011 года в пробах снега, дождевой воды и хвои сосны в окрестностях Красноярска сотрудники Института биофизики СО РАН впервые регистрировали техногенные радионуклиды (131I, 134Cs, 137Cs) аварии на АЭС Фукусима (Япония). Близкие значения активности радионуклидов и их отношений (137Cs/134Cs и 131I/137Cs) в пробах воды, отобранных в России (Красноярск) и Греции, свидетельствуют о глобальном характере аварии, аналогичной Чернобыльской аварии (Институт биофизики СО РАН, д.б.н. А.Я. Болсуновский).

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)

Методом масс-спектрометрии высокого разрешения определена точная нейтральная моноизотопная молекулярная масса основного структурного аналога люциферина олигохет Fridericia heliota, его молекулярная формула и некоторые структурные группы. Показано, что значение молекулярной массы в 529.2060±0.0003 Da для asLn2 с наибольшей вероятностью соответствует брутто-формуле C26H31N3O9, и в молекуле присутствуют ароматические, алкеновые и алкильные группы (Институт биофизики СО РАН, к.б.н., Высоцкий Е.С.).

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)

Проведен нейросетевой анализ динамики глобальной температуры с начала XX века до настоящего времени. В качестве входных данных для нейросетевого анализа использовались индексы, описывающие океанические колебания, радиационное воздействие парниковых газов в атмосфере, вулканическую и солнечная активности. В качестве обучающей выборки использовались данные XX века, после чего нейросеть должна была восстановить изменения температуры по входным значениям в XX веке и построить прогноз на начало XXI века. Сравнение результатов анализа с прогнозами климата на основе моделей общей циркуляции атмосферы и океана Международной Группы Экспертов по Изменению Климата (МГЭИК) показало, что нейросеть лучше, чем существующие модели воспроизводит динамику температуры XX века и дает адекватный прогноз на начало XXI века (Рис. 3а). При оценке вклада отдельных факторов на динамику глобальной температуры модель показала, что ведущим фактором глобального потепления выступают антропогенные парниковые газы (Рис. 3б).

Направление исследований: 51 Биотехнология.

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

С использованием разрушаемых полиэфиров БИОПЛАСТОТАН и композитов на их основе разработано семейство матриксов различной геометрии и структуры, эффективные в качестве носителя лекарственных препаратов (а) и функционирующих клеток (б). Биосовместимость и высокие функциональные свойства матриксов доказаны в системах in vitro и в экспериментах на лабораторных животных. Биосовместимость и высокие функциональные свойства матриксов доказаны в системах in vitro и в экспериментах на лабораторных животных; ряд изделий переданы для испытаний в клинических условиях. (Институт биофизики СО РАН, д.б.н. Волова Т.Г.)

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)

На примере взаимодействия 1-фенил-2,3-диметил-4-аминопиразолона (4-аминоантипирин – 4-ААП) и фенола исследован механизм каталитической активности наноалмазов (НА) в органических реакциях. Установлено, что реакцию окислительного азосочетания (перекись водорода - 4-ААП - фенол), сопровождающуюся образованием окрашенного продукта (хинонимин), могут катализировать только ионы металлов первой переходной серии – Fe и Cu (рис. 5А). Ионы металлов первой переходной серии – Mn, Co и Ni, а также двухвалентные ионы Mg, Ca, Cd и Zn таким свойством не обладают. Показано, что эффективность НА с разными размерами кластеров, как катализатора реакции, определяется количеством поверхностных примесей ионов железа и меди (рис. 5Б), нейтрализация которых ЭДТА приводит к снижению каталитических свойств наночастиц. Полученные результаты могут быть использованы при создании на основе НА новых катализаторов и систем индикации для экологического мониторинга. (Институт биофизики СО РАН, д.б.н. Бондарь В.С.)

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).

Создана экспериментальная модель системы жизнеобеспечения обеспечивающая ежесуточную утилизацию около 5% выдыхаемого человеком СО2 и около 8% плотных и жидких выделений человека и удовлетворяющая около 5% суточных потребностей человека в растительной части диеты. Степень замкнутости по C, N, P и S более 90%. Формирование тупиковой части массообмена (4,8 г несъедобной биомассы в сутки) связано с уменьшением продуктивности салатных культур из-за аллелопатических свойств листьев чуфы. Количество транспирационной воды (11л в сутки) позволяет удовлетворить до 50% суточной потребности человека. (Институт биофизики СО РАН, д.б.н. А.А. Тихомиров)