Лаборатории

ЛАБОРАТОРИЯ НАНОБИОТЕХНОЛОГИИ И БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ

Лаборатория основана в ноябре 2007 г.

Заведующий лабораторией: Бондарь Владимир Станиславович, д.б.н.

Сотрудники лаборатории:

Основное направление НИР:

Исследования физико-химических свойств наноалмазов детонационного синтеза и механизмов их взаимодействия с биомолекулами разных классов, включая биолюминесцентные молекулярные системы, с целью создания научно-методической базы конструирования новых наноматериалов и разработки новых нанотехнологий биологического и медицинского назначения: сорбенты для разделения и очистки биополимеров, средства адресной доставки веществ, диагностические тест-системы, энтеросорбенты, каталитические наносистемы детоксикации. Изучение структурной организации люминесцентной системы и механизмов излучения светящихся высших грибов.

Основные результаты за 2007-2014 гг.:

• Разработаны технологии получения модифицированных наноалмазов (МНА), обладающих высокой коллоидной устойчивостью в дисперсионных средах, адаптированных для биологических исследований и не имеющих мировых аналогов.

• Показана возможность применения МНА как полифункционального адсорбента для эффективного решения биохимических задач, связанных с выделением и очисткой белков в объеме (in batch) из рекомбинантных источников и природных объектов, дополнительной очистки белковых препаратов, производимых коммерческими фирмами.

• Впервые на основе МНА и инертной полимерной матрицы получен сорбент для колоночной хроматографии обычного давления, используемый для выделения и очистки белков.

• Впервые показано, что ферменты, адсорбированные на поверхности МНА, могут сохранять свою каталитическую функцию, что является основой создания индикаторных тест-систем на основе комплексов наночастицы - маркерный белок (белки). Показана возможность создания на основе наноалмазов и нескольких ферментов многокомпонентных комплексов многоразового использования, которые могут найти применение в биомониторинге и диагностике.

• Впервые показана применимость МНА как носителя (основы) в конструировании многоразовых систем биохимической диагностики посредством ковалентной иммобилизации ферментов на наночастицы для определения количественного содержания глюкозы и холестерина в сыворотке крови in vitro.

• Установлено, что МНА адсорбируют линейные и не связывают кольцевые молекулы ДНК, что позволяет говорить о потенциальной возможности их применения в создании новых нанотехнологий для молекулярной биологии и генной инженерии.

• Установлено, что МНА проявляют каталитическую активность в органических реакциях, благодаря чему появляется возможность использовать наноматериал не только как адсорбент, но и как катализатор дезактивации токсических соединений природного происхождения, например, микотоксинов.

• Впервые исследована возможность использования МНА в создании систем адресной доставки веществ. В модельных экспериментах in vitro с помощью ковалентной иммобилизации маркерных биомолекул на поверхности наночастиц получены комплексы наноалмаз-IgGI125 и RAM-наноалмаз-BSAI125. Установлено, что полученные комплексы обладают стабильностью и высокой коллоидной устойчивостью в сыворотке крови. Показано, что комплекс RAM-наноалмаз-BSAI125 специфически связывается с антигеном-мишенью (IgGm), иммобилизованным на матрице Sepharose 6В.

• На основании скрининга светящихся бактерий коллекции ИБСО выявлены: штаммы с высоким содержанием полигидроксиалканоатов; штаммы с различной устойчивостью к антибиотикам; штаммы, длительно сохраняющие свечение. Определена природа полигидроксиалканоатов. Показано, что для исследованных штаммов характерна множественная устойчивость к антибиотикам.

• Создана математическая модель, описывающая взаимодействие бактериальной люциферазы с тремя участвующими в реакции субстратами и учитывающая распад восстановленного флавинмононуклеотида. Получены результаты, подтверждающие справедливость схемы восстановления флавинового субстрата люминесцентной реакции бактерий с участием альдегиддегидрогеназы длинноцепочечных алифатических альдегидов.

• На основании исследований влияния активаторов и ингибиторов биолюминесценции на термостабильность и флюоресценцию бактериальной люциферазы определены типы активации люциферазы по отношению к субстрату реакции тетрадеканалю: неконкурентный в случае действия этанола и метанола, и конкурентный в случае действия ацетона.

• Показана возможность создания биолюминесцентных биотестов пролонгированного действия на основе смешанных культур светящихся бактерий нескольких видов.

• Разработан информационно-образовательный Вэб-портал «Биолюминесценция и светящиеся организмы» (http://bl.ibp.ru), являющийся единственным русскоязычным ресурсом (с параллельной англоязычной версией), который представляет сведения по общим вопросам биолюминесценции.

• Начаты исследования по разработке технологий культивирования светоизлучающих высших грибов и изучению структурно-функциональной организации и физико-химических свойств их люминесцентных систем. Результаты сравнительного анализа влияния различных токсикантов на люминесценцию мицелия четырех видов грибов свидетельствуют в пользу возможности создания на их основе биолюминесцентных биотестов с длительным периодом свечения.

• Начаты исследования структурно-функциональной организации люминесцентной системы и механизмов излучения светящихся высших грибов.

Законченные разработки:

• Технологии получения модифицированных наноалмазов (МНА), обладающих высокой коллоидной устойчивостью в дисперсионных средах, адаптированных для биологических исследований и не имеющих мировых аналогов. Приоритет закреплен 4 патентами РФ.

• Наноалмазный сорбент для колоночной хроматографии обычного давления, полученный на основе МНА и полимерной матрицы и используемый для разделения биополимеров. Приоритет закреплен патентом РФ.

• Способ выделения природных и рекомбинантных белков и других биологических соединений в объеме с использованием МНА. Приоритет закреплен патентом РФ.

• Биолюминесцентный биотест на основе лиофилизированных светящихся бактерий и методика биотестирования для оценки состояния окружающей среды. Методика гостирована (обновленный сертификат № 224.01.13.151/2007) и используется Комитетом по охране природы для определения токсичности сточных вод промышленных предприятий.

• Технология получения на основе ферментов люминесцентной реакции (люцифераза и НАДН-ФМН-оксидоредуктаза) комплектов реактивов «КРАБ» для биолюминесцентного микроанализа. Набор КРАБ может быть использован: в биохимических и клинических лабораториях, в технической микробиологии, при контроле окружающей среды.

• Информационно-образовательный Вэб-портал «Биолюминесценция и светящиеся организмы» - (http://bl.ibp.ru).

Международные контакты в 2007-2014 гг.:

• Международный технологический центр, г. Ралли, Северная Каролина (США).

• Департамент материаловедения и инженерии Государственного университета г. Ралли, Северная Каролина (США).

• Компания Bioluminescent Biotechnology Co., Ltd., г. Хо Ши Мин (Вьетнам).

• Российско-Вьетнамский научно-исследовательский и технологический центр, г. Хо Ши Мин (Вьетнам).

• Мировой центр данных микроорганизмов международной Федерации коллекций культур WFCC-MIRCEN World Data Centre for Microorganisms (WDCM), г. Токио (Япония).

• Лаборатория морской биологии, г. Вудс Холл, Массачусетс (США).

• Коллекция NCIMB, г. Абердин (Великобритания).

• Компания Korean Daewha Alloytech Co., Ltd. (Республика Корея).

Гранты и проекты:

• Грант ККФН-РФФИ № 16-43-243027 р_мол_а «Изучение применимости наноалмазов детонационного синтеза для экспресс-диагностики загрязнения водных сред фенолом и фенольными соединениями» Ронжин Никита Олегович. («Фундаментальные научные исследования, выполняемые молодыми учёными», финансируемые РФФИ и Правительством Красноярского края)

• Проект СФУ в рамках Постановления Правительства РФ «О мерах по привлечению ведущих ученых в российские образовательные учреждения высшего профессионального образования» (Договор № 11.G34.31.0058) (2011-2013).

• Проект «Виварий» - Поддержка клеточных культур светящихся бактерий ИБФ СО по бюджетному финансированию.

• Госконтракт №02.513.11.3079 Федерального агентства по науке и инновациям РФ в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» по критической технологии «Нанотехнологии и наноматериалы».

• Госконтракт №02.512.11.2008 Федерального агентства по науке и инновациям РФ в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» по критической технологии «Живые системы».

• Инновационный проект №23 Сибирского федерального университета «Создание новых сорбентов на основе детонационных наноалмазов для выделения и очистки белков».

• Грант «Научная школа: Природа свечения живых организмов» (руководитель – академик РАН И.И. Гительзон).

• Грант РФФИ - Национальный научный фонд США (РФФИ - ННФ_а №06-04-90234) «Международное сотрудничество по разработке материалов: конструирование наноалмазов для детоксикации».

• Грант РФФИ – Вьетнам (РФФИ - Вьет_а №08-04-90307) «Исследование механизмов биолюминесценции грибов на основе определения генетических детерминант (lux-генов) биолюминесценции грибов, выделение компонентов биолюминесцентной системы и веществ с противоопухолевым действием (иллудин и лектин с N-ацетил-D-галактозаминной специфичностью) из люминесцентного гриба Omphalotus af. Illudent».

• Грант РФФИ (№ 08-08-00427-а) «Биотехнология синтеза наночастиц гидроксида железа с суперпарамагнитными свойствами».

• Проект №64 в рамках Программы фундаментальных исследований Президиума РАН №27 (Раздел 3 - бионанотехнологии, Научное направление 3.1 - нанодетекция и нанодиагностика).

• Проект СО РАН 6.6.1.3. «Изучение физико-химических свойств и биологических эффектов наночастиц абиогенной и биогенной природы как основа создания новых материалов и технологий биологического и медицинского назначения» (Приоритетное направления 6.6., Программа 6.6.1.).

• Интеграционный проект СО РАН, выполняемый совместно с организациями УрО и ДВО РАН №102 «Исследование оптоэлектрических и нелинейно-оптических свойств углеродных наноструктур и их суспензий».

• Договор о международном сотрудничестве в сфере научных исследований между Компанией Korean Daewha Alloytech Co., Ltd. и ИБФ СО РАН в рамках Программы развития корейско-российского сотрудничества в области разработки компонентов и материалов, организованной Министерством образования и экономики Республики Корея (проект №1002).

• Проект №64 (3.6.3.) в рамках Программы Президиума РАН № 27 «Биологические эффекты наноалмазов детонационного синтеза, как базовая основа создания новых наноматериалов и нанотехнологий для биологии и медицины».

• Госконтракт №02.740.11.0766 Федерального агентства по науке и инновациям РФ в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (совместно с СФУ).

• Договор № 11.G34.31.0058 в рамках Постановления Правительства РФ «О мерах по привлечению ведущих ученых в российские образовательные учреждения высшего профессионального образования» (совместно с СФУ).

• Проект №57 (3.6.3.) в рамках Программы Президиума РАН № 24 «Наноалмазы детонационного синтеза - базовая основа конструирования новых систем адресной доставки лекарственных препаратов и биохимической диагностики».

• Интеграционный проект СО РАН №71 «Магнитные эффекты в биологически значимых системах».

Сотрудничество с российскими научными организациями и ВУЗами:

• Институт химии и химической технологии СО РАН, Институт вычислительного моделирования СО РАН, Институт леса СО РАН, СКТБ «Наука» КНЦ СО РАН, Красноярский Государственный медицинский университет, Институт фундаментальной биологии и биотехнологии ФГОУ ВОП Сибирский федеральный университет, Красноярский Государственный педагогический университет (все Красноярск).

• Институт катализа СО РАН, Институт неорганической химии СО РАН, Институт хроматографии «ЭКОНОВА», Институт химической кинетики и горения СО РАН, Институт цитологии и генетики СО РАН, ГНЦ ВБ «Вектор» (все Новосибирск).

• Институт кардиологии СО РАМН (Томск).

• Институт водной экологии СО РАН (Барнаул).

• Институт прикладной механики УрО РАН (Ижевск).

• ИЭГМ УрО РАН (Пермь).

• НИИ биологии при Иркутском Государственном университете (Иркутск).

• Оренбургский Государственный университет (Оренбург).

• ФГУП ФНПЦ «Алтай» (Бийск).

• Всероссийская Коллекция микроорганизмов (Пущино).

• Институт биоорганической химии РАН, Институт кристаллографии РАН (оба Москва).

Основные публикации лаборатории за 2010-2014:

2014 год:

1. Михеев Г.М., Михеев К.Г., Могилева Т.Н., Пузырь А.П., Бондарь В.С. Лазерная запись изображений на пленках из наноалмазов детонационного синтеза // Квантовая электроника. 2014. Т.44. №1. С.1-3.

2. Бондарь В.С., Пузырь А.П., Пуртов К.В., Петунин А.И., Буров А.Е., Родичева Э.К., Медведева С.Е., Шпак Б.А., Тяглик А.Б., Шимомура О., Гительзон И.И. Выделение люминесцентной системы из светящегося гриба Neonothopanus nambi // ДАН. 2014. Т.455. №3. С.346-348.

3. Михеев Г.М., Ванюков В.В., Могилева Т.Н., Пузырь А.П., Бондарь В.С., Свирко Ю.П. Влияние поляризации лазерного излучения на нелинейное рассеяние света в суспензиях наноалмазов // Письма в ЖТФ. 2014. Т.40. №14. С.53-62.

4. Ronzhin N.O., Puzyr A.P., Burov A.E., Bondar V.S. Catalytic activity of nanodiamonds in azocoupling reaction // Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology. 2014. V.5. N.3. P.173-178.

5. Барон А.В., Осипов Н.В., Ольховский И.А., Пузырь А.П., Бондарь В.С. Связывание иммуноглобулинов сыворотки крови человека наноалмазами // ДАН. 2014. Т.457. №6. С.718-720.

6. Прохоренков В.И., Васильева Е.Ю., Пузырь А.П., Бондарь В.С. Эффекты наноалмазов взрывного синтеза при локальном действии ионов кобальта и хрома на кожу экспериментальных животных // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины (БЭБиМ). 2014. Т.158. №8. С.235-239.

7. Medvedeva S.E., Artemenko K.S., Krivosheenko A.A., Rusinova A.G., Rodicheva E.K., Puzyr A.P., Bondar V.S. Growth and light emission of luminous basidiomycetes cultivated on solid media and in submerged culture // Mycosphere. 2014. V.5. N.4. P.565-577.

8. Ванюков В.В., Михеев Г.М., Могилева Т.Н., Пузырь А.П., Бондарь В.С., Свирко Ю.П. Оптическое ограничение мощности суспензиями наноалмазов в D2O в ближней инфракрасной области // Письма в ЖТФ. 2014. Т.40. Вып.22. С.45-51.

2013 год:

1. Ronzhin N.O., Baron A.V., Mamaeva E.S., Puzyr A.P., Bondar V.S. Nanodiamond-Based Test Systems for Biochemical Determination of Glucose and Cholesterol // J. Biomater. Nanobiotech. 2013. V.4. P. 242-246.

2. Бондарь В.С., Ронжин Н.О., Мамаева Е.С., Барон А.В., Гительзон И.И. Многоразовые системы биохимической диагностики на основе наноалмазов. ДАН. 2013. Т.448. С.722-725.

3. Бондарь В.С., Родичева Э.К., Медведева С.Е., Тюлькова Н.А., Тяглик А.Б., Шпак Б.А., Гительзон И.И. О механизме свечения гриба Neonothopanus nambi. ДАН. 2013. Т.449. С.223-227.

4. Пузырь А.П., Буров А.Е., Медведева С.Е. Внеклеточная люминесценция метаболитов мицелия Panellus stipticus (IBSO 2301) при росте на агаризованной среде. ДАН. 2013. Т.448. С.487-489.

5. Михеев Г.М., Пузырь А.П., Ванюков В.В., Могилева Т.Н., Бондарь В.С. Влияние размерного фактора наноалмазов в суспензиях на оптическое ограничение мощности и нелинейное рассеяние лазерного излучения. Письма в ЖТФ. 2013. Т.39. С.1-10.

6. Baron A.V., Puzyr A.P., Baron I.I., Bondar V.S. Effects of Modified Detonation Nanodiamonds on the Biochemical Composition of Human Blood // Bull. Exp. Biol. Med. 2013. V.154. P.781-784.

7. Puzyr A.P., Burov A.E., Bondar V.S. Source of light emission in a luminous mycelium of the fungus Panellus stipticus. J. Res. Biol. 2013. V.3. P.900-905.

8. Vanyukov V., Mogileva T., Mikheev G., Puzir A., Bondar V., Svirko Yu. Size effect on the optical limiting in suspensions of detonation nanodiamond clusters // Appl. Optics. 2013. V.52. P.4123-4130.

9. Бондарь В.С., Пузырь А.П., Горева А.В., Буров А.Е. Конструирование композиционных материалов на основе наноалмазов и разрушаемых биополимеров. J. Sib. Fed. Univ. Biol. 2013. V.6. P.163-174.

10. Михеев Г.М., Михеев К.Г., Могилева Т.Н., Пузырь А.П., Бондарь В.С. Основа технологии лазерной записи изображений на пленках из наноалмазов детонационного синтеза // Химическая физика и мезоскопия. 2013. Т.15. №4. С.638-644.

11. Ботвич Ю.А., Ольховский И.А., Барон И.И., Пузырь А.П., Барон А.В., Бондарь В.С. Влияние модифицированных наноалмазов детонационного синтеза на белковые фракции крови человека // Клиническая лабораторная диагностика. 2013. №11. С.35-39.

2012 год:

1. Bondareva L.G., Mogilnaya O.A., Vlasova I.E. Subcellular localization of 241Am in structural components of submerged macrophyte of the River Yenisei Elodea canadensis // Int. Aquat. Res. 2012. V. 4. P.13.

2. Mogilnaya O.A., Bondar V.S. Antibacterial Properties of Lysozyme Immobilized on Nanodiamonds. Micro and Nanosyst. 2012. V.4. P.41-47.

3. Puzyr A.P., Burov A.E., Selyutin G.E., Voroshilov V.A., Bondar V.S. Modified Nanodiamonds as Antiwear Additives to Commercial Oils. Tribol. Transact. 2012. V.55. P.149-154.

4. Bondar V.S., Shimomura O., Gitelson J.I. Luminescence of Higher Mushrooms. J. Sib. Fed. Univ. Biol. 2010. V.4. P.331-351.

5. Барон А.В., Пузырь А.П., Барон И.И., Бондарь В.С. Влияние модифицированных наноалмазов детонационного синтеза на биохимический состав крови человека. БЭБиМ. 2012. Т.154. С.750-753.

6. Гительзон И.И., Бондарь В.С., Медведева С.Е., Родичева Э.К., Выдрякова Г.А. Хемилюминесцентное свечение тканей плодовых тел высших грибов. ДАН. 2012. Т.443. С.624-627.

7. Пузырь А.П., Буров А.Е., Бондарь В.С., Пуртов К.В., Ри В.Х., Хванг К.Ч., Ри Ч.К. Способ выделения наноалмазов детонационного синтеза с повышенной коллоидной устойчивостью. Патент РФ №2458858, Опубл. 20.08.2012 Бюл. №23.

8. Могильная О.А., Бондарь В.С. Сравнительные исследования антибактериальных свойств лизоцима при его адсорбции и ковалентном связывании на наноалмазах. Российские нанотехнологии. 2012. Т.7. С.108-113.

2011 год:

1. Бондарь В.С., Пузырь А.П., Пуртов К.В., Медведева С.Е., Родичева Э.К., Гительзон И.И. О люминесцентной системе светящегося гриба Neonothopanus nambi. ДАН. 2011. Т.438. С. 705-707.

2. Выдрякова Г.А., Гусев А.А., Медведева С.Е. Действие органических и неорганических токсикантов на люминесценцию светящихся грибов. Прикл. биохим. микробиол. 2011. Т.47. С. 324-329.

3. Мамаева Е.С., Барон А.В., Пузырь А.П., Буров А.Е., Бондарь В.С. Модифицированные наноалмазы взрывного синтеза в конструировании систем биохимической индикации (На примере системы определения глюкозы). ДАН. 2011. Т.439. С.560-562.

4. Пуртов К.В., Петунин А.И., Пузырь А.П., Буров А.Е., Бондарь В.С. Модельная система адресной доставки лекарственных веществ на основе наноалмазов. Российские нанотехнологии. 2011. Т.6. С.97-102.

5. Rozhko T, Bondareva L, Mogilnaya O, Vydryakova G, Bolsunovsky A, Stom D, Kudryasheva N. Detoxification of AM-241 solutions by humic substances: bioluminescent monitoring. Anal. Bioanal. Chem. 2011. V.400. P.329-334.

6. Пузырь А.П., Бондарь В.С., Пуртов К.В., Михеев Г.М., Ванюков В.В., Могилева Т.Н. Рабочее вещество ограничителя интенсивности мощного оптического излучения и способ его приготовления. Патент РФ №2410737, Опубл. 27.01.2011 Бюл. №3.

2010 год:

1. Ронжин Н.О., Харин К.А., Пузырь А.П., Бондарь В.С. Наноалмазы в биотехнологии: применение для выделения белков и создания индикаторных тест-систем. J. Sib. Fed. Univ. Biol. 2010. V.3. P.418-433.

2. Михеев Г.М., Пузырь А.П., Ванюков В.В., Пуртов К.В., Могилева Т.Н., Бондарь В.С. Нелинейное рассеяние света в гидрозоле наноалмазов. Письма в ЖТФ. 2010. Т.36. С.23-32.

3. Могилева Т.Н., Пузырь А.П., Ванюков В.В., Михеев Г.М., Пуртов К.В., Бондарь В.С. Влияние концентрации наноалмазов в гидрозолях на оптическое ограничение мощности лазерного излучения. Нанотехника. 2010. № 4(24). С.47-51.

4. Могильная О.А., Пузырь А.П., Бондарь В.С. Рост и биолюминесценция светящихся бактерий под воздействием афлатоксина В1 до и после его обработки наноалмазами. Прикл. биохим. микробиол. 2010. Т.46. С.40-44.

5. Пузырь А.П., Буров А.Е., Бондарь В.С., Трусов Ю.Н. Нейтрализация афлатоксина В1 озонированием и адсорбцией наноалмазами. Российские нанотехнологии. 2010. Т.5. С.122-125.

6. Bondareva L., Vlasova I., Mogilnaya O., Bolsunovsky A., Kalmykov S. Microdistribution of Am-241 in structures of submerged macrophyte Elodea canadensis growing in the Yenisei River. J. Environ. Radioact. 2010. V.101. P.16-21.

7. Mogilnaya O.A., Puzyr A.P., Baron A.V., Bondar V.S. Hematological parameters and the state of liver cells of rats after oral administration of aflatoxin B1 alone and together with nanodiamonds. Nanoscale Res. Lett. 2010. V.5. P.908-912.

8. Purtov K.V., Petunin A.I., Burov A.E., Puzyr A.P., Bondar V.S. Nanodiamonds as Carriers for Address Delivery of Biologically Active Substances. Nanoscale Res. Lett. 2010. V.5. P.631-636.