Результаты работы института в 2015 г.

В 2015 году продолжены исследования по шести бюджетным проектам НИР Института на период 2013-2016 гг. В рамках утвержденных планов НИР по проблемам биофизики экосистем и физико-химической биологии получены следующие важнейшие результаты:

Приоритетное направление VI.51. Экология организмов и сообществ

Проект: Экологические закономерности формирования потоков биологически активных веществ, биогенных и токсичных элементов в трофических цепях водных экосистем бассейна реки Енисей.

Координатор проекта д.б.н. М. И. Гладышев

Учеными Института биофизики СО РАН совместно с коллегами из Новосибирска и Берлина показана связь колебаний влажности в Южной Сибири с колебаниями температуры в Северной Атлантике в мультидекадном и вековом масштабах. Показано, что на большей части керна донных отложений соленого озера Шира (Хакасия) остатки зеленой водоросли Botryococcus и отношение пыльцы наземных растений Artemisia/Chenopodiaceae (A/C) (индекс аридности) демонстрируют синхронные изменения за последние 2450 лет. Участки с пониженным количеством остатков Botryococcus в донных отложениях соответствуют более засушливым периодам согласно индексу аридности. При этом индекс аридности в донных отложениях озера Шира удовлетворительно совпадает с хронологией изотопного состава кислорода гренландских ледников и динамикой реконструированной солнечной активности.

Hildebrandt S, Muller S, Kalugin I.A., Dar’in AV, Wagner M, Rogozin DY, Tarasov P.E. Tracing the North Atlantic decadal-scale climate variability in a late Holocene pollen record from southern Siberia (2015) Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 426: 75-84.

Приоритетное направление VI.56. Физиология и биохимия растений, фотосинтез, взаимодействие растений с другими организмами

Проект: Оценка устойчивости ценозов высших растений замкнутых экологических систем, включающих человека, к выращиванию на питательных средах из минерализованных органических отходов.

Координатор проекта д.б.н. А.А. Тихомиров

В Институте биофизики СО РАН создали автоматическую полупромышленную установку для переработки органических отходов, в том числе жидких и твердых выделений человека, в питательный раствор. Для переработки отходов используется оригинальная технология мокрого сжигания отходов с использованием перекиси водорода и переменного электрического тока. Разработанная полупромышленная система с шестилитровым реактором за сутки способна превратить в удобрение экскременты 24 человек. Конечный продукт можно использовать для выращивания растений. По биохимическим свойствам урожай не будет отличаться от полученного обычным способом. Установка создана в рамках долгосрочного проекта по созданию замкнутых систем жизнеобеспечения — основы будущих космических поселений на других планетах.

Trifonov S.V., Kudenko Y.A., Tikhomirov A.A. Prospects for using a full-scale installation for wet combustion of organic wastes in closed life support systems. Life Sciences in Space Research, Volume 7, 15-21, 2015.

Приоритетное направление VI.57. Структура и функции биомолекул и надмолекулярных комплексов. Протеомика. Биокатализ.

Проект: Биолюминесцентные системы различных светящихся организмов: механизмы функционирования и применение в биолюминесцентном микроанализе

Координатор проекта к.б.н. Е.С. Высоцкий

Ученые из Института биоорганической химии РАН и Института биофизики СО РАН исследовали механизм, отвечающий за люминесцентные свойства червя Fridericia heliota, обнаруженного в сибирской тайге. С помощью ЯМР и масс-спектрометрии исследователи смогли расшифровать структуру продукта биолюминесцентной реакции - светящейся молекулы 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.

Dubinnyi, M.A., Kaskova, Z.M., Rodionova, N.S., Baranov, M.S., Gorokhovatsky, A.Yu., Kotlobai, A., Solntsev, K.M., Tsarkova, A.S., Petushkov, V.N., and Yampolsky, I.V. Novel mechanism of bioluminescence: oxidative decarboxylation of Fridericia luciferin. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 2015, 54, 7065-7067.

Приоритетное направление VI.61. Биофизика. Радиобиология. Математические модели в биологии. Биоинформатика.

Проект: Модельно-статистический анализ величины обратной связи между вызванными глобальным потеплением изменениями в региональных экосистемах (включая арктические), и глобальной температурой.

Координатор проекта ак., д.ф.-м.н. А.Г.Дегерменджи

Учеными Института биофизики СО РАН разработана непрерывная модель формирования почвы, которая позволяет описывать сложнейшую совокупность процессов гумификации в виде относительно простого уравнения. Сценарные расчеты демонстрируют различные типы вертикального распределения органического вещества почвы, характерные для множества различных типов почв. Таким образом показано, что простая континуальная модель формирования почвенной органики с минимальным числом верифицируемых параметров способна описывать распределение органического вещества почвы по глубине для различных типов почв.

Барцев С. И., Почекутов А. А. Способ определения параметров феноменологической континуальной модели трансформации органического вещества почвы // Сибирский лесной журнал. 2015. № 3. С. 115–121.

Bartsev S.I., Pochekukov A.A. A Continual Model of Soil Organic Matter Transformations Based on a Scale of Transformation Rate // Ecological Modelling, 2015, 302, 25–28.

Приоритетное направление VI.62. Биотехнология.

Проект: Разработка методических основ конструирования новых материалов и создания новых технологий биолого-медицинского назначения с использованием наноалмазов и маркерных биомолекул.

Координатор проекта д.б.н. В.С. Бондарь

Ученые Института биофизики СО РАН совместно с коллегами из ИБХ РАН и Японии раскрыли механизм биолюминесценции высших грибов. В результате исследования установлены структура нового уникального люциферина — 3-гидроксигиспидина — и путь его биосинтеза из предшественника, а также получены данные, подтверждающие единый биохимический механизм грибной биолюминесценции. Схема грибной биолюминесценции включает два субстрата — предлюциферин (гиспидин) и люциферин (3-гидроксигиспидин) — и два фермента: гидроксилаза преобразует предлюциферин в люциферин, а люцифераза окисляет его с испусканием кванта света. В перспективе расшифрованные вещества могу использоваться как светящиеся метки в экологии и медицине.

Purtov K.V., Petushkov V.N., Baranov M.S., Mineev K.S., Rodionova N.S., Kaskova Z.M., Tsarkova A.S., Petunin A.I., Bondar V.S. Rodicheva E.K., Medvedeva S.E., Oba Yuichi, Oba Yumiko, Arseniev A.S., Lukyanov S., Gitelson J.I., Yampolsky I.V. The chemical basis of fungal bioluminescence // Angewandte Chemie International Edition, 2015, Vol.54, No.28, pp.8124-8128.

Приоритетное направление VI.62. Биотехнология.

Проект: Фундаментальная основа и экспериментальное обоснование получения и применения функциональных биоматериалов, композитов и конструкций на их основе для реконструктивных биомедицинских технологий

Координатор проекта д.б.н. Т.Г. Волова

Учеными Института биофизики СО РАН совместно с коллегами из Института физики им Л.В. Киренского СО РАН на основе резорбируемых полимеров обработанных лазерной резкой сконструированы гибридные биоимплантаты несущие остеобластические клетки. Определены условия, позволяющие получить механически прочные имплантаты с различной плотностью и диаметром пор, обеспечивающие высокие адгезию и физиологическую активность стволовых клеток. Направленная дифференцировка стволовых клеток в остеобласты подтверждена биохимическими и молекулярными тестами. Эффективность применения биоимплантатов для реконструктивного остеогенеза подтверждена в экспериментах на животных, что открывает возможности для клинических испытаний.

Volova et al. Laser processing of polymer constructs from poly(3-hydroxybutyrate) // J of Biomaterials Science, Polymer Edition – 2015. – Vol. 26. – №16. –Р. 1210-1228