Результаты работы института в 2004 г.

В рамках утвержденных планов НИР по проблемам биофизики экосистем и физико-химической биологии получены следующие важнейшие результаты:

По проекту <Механизмы катализа в биолюминесцентных реакциях четырех типов светящихся организмов (бактерии, кишечнополостные, черви, светляки): общие закономерности и различия>. Рег. номер 0120.0 404600

С разрешением 1,96 A определена кристаллическая структура молекулы Ca 2+ -разряженного обелина с продуктом биолюминесцентного окисления субстрата, целентерамидом. Структура обелина с целентерамидом подтверждает гипотезу о механизмах инициации биолюминесцентной реакции фотопротеинов ионами кальция и образования различных ионизированных состояний эмиттера.

Кристаллическая структура решена совместно с Университетом штата Джорджия, США.

Дополнительные источники финансирования: Программа Президиума РАН и СО РАН <Молекулярная и клеточная биология>, Грант РФФИ 02-04-49419

 
Рис. 1. ( a ) Кристаллическая структура Са 2+ -разряженного обелина. Целентерамид показан в центре молекулы. ( b ) Стерео изображение ключевых остатков активного центра обелина (синий) и его Са 2+ -разряженной формы (розовый). Молекулы воды показаны в виде шариков.

Клонирована кДНК, кодирующая новую секретируемую целентеразин-зависимую люциферазу светящихся морских копепод Metridia longa , определена ее нуклеотидная последовательность, по которой восстановлена аминокислотная последовательность белка. Сравнение аминокислотной последовательности люциферазы Metridia longa не выявило какой-либо значимой гомологии с белками, депонированными в белковых базах данных, включая биолюминесцентные белки других светящихся организмов, использующих целентеразин как субстрат реакции. На примере генов, кодирующих A2a и NPY2 рецепторы (семейство G -связанных рецепторов), показана перспективность ее использования как секретируемого репортерного белка для мониторинга экспрессии генов в животных клетках.

Дополнительные Источник финансирования: фирма Байер АГ (Германия)

Рис. 2. Мониторинг экспрессии A 2 a и NPY 2 рецепторов в CHO клетках, используя люциферазу Metridia longa как биолюминесцентный репортерный белок. Активность люциферазы измерена либо в присутствии (белый столбик), либо в отсутствии (серый столбик) соответствующего агониста. ctr , контроль. RLU , относительные единицы.

По проекту <Исследование структурнофункциональной организации клеточной системы синтеза биополимеров полигидроксиалканоатов (ПГА) для контролируемого синтеза новых материалов и получения конструкций и препаратов медицинского назначения нового поколения>. Рег. номер 0120.0 404601

Для биомедицинских применений из высокоочищенных образцов полигидроксиалканоатов (ПГА), синтезированных в ИБФ СО РАН, получены биоактивные конструкции мембранного и объемного типов, в виде гранулята, микрочастиц и компактов, в том числе нагруженные лекарственными препаратами. Разработаны и зарегистрированы в Госстандарте РФ Технические условия ТУ 2200-001-03533441-2004 <С ополимер оксимасляной и оксивалериановой кислот>, предназначенный для использования в качестве полимерной основы для депонирования лекарственных препаратов, матриц культивирования клеток и упаковочного материала> .

Дополнительные источники финансирования: Программа Президиума РАН и СО РАН <Фундаментальные науки медицине>.

Совместно с Государственным центром по испытанию новых биоматериалов (д.б.н. Севастьянов В.И.) при НИИ трансплантологии и искусственных органов МЗ РФ (Москва).

A

B                                                                                  C

Рис. 3. Биомедицинские конструкции из ПГА: A-пористая мембрана; B - 3-х мерная губка ( scaffold ), C- микрочастицы.

По проекту <Особенности миграции биологически активных веществ и элементов природного и антропогенного происхождения в трофической цепи "продуцент - консумент" в водных экосистемах бассейна Енисея (на примере жирных кислот, серы и америция-241)> Рег. номер 0120.0 404602

Полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) семейства ?3 могут эффективно синтезироваться лишь некоторыми микроводорослями, но они незаменимы и для организмов животных, которые должны получать ПНЖК с пищей. Эффективность передачи ПНЖК по трофической цепи в водных экосистемах является важнейшим процессом, определяющим в конечном итоге и качество питания человека. Вдвинута и обоснована материалами полевых исследований гипотеза, что эффективность передачи ПНЖК в паре продуцент-консумент в речной экосистеме в несколько раз выше, чем общего органического вещества, и может приближаться к 100%.

Рис. 4. Эффективность передачи по трофической цепи водной экосистемы незаменимых полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) в несколько раз выше, чем общего органического вещества (ОВ) и может приближаться к 100%

По проекту <Биотехнология рационального использования природных ресурсов: исследование структурно-функциональной организации и динамики микробных популяций, окисляющих моно- и дисульфиды восстановленных руд, содержащих благородные металлы>. Рег. номер 0120.0 404603

Разработана технология бактериального выщелачивания гравитационных концентратов золотосодержащих сульфидных руд. Найденное решение увеличения скорости окисления сульфидов, на основе коррекции функционального состава культуры бактерий, позволяет увеличить мощность установок биовыщелачивания на 30%. Технология прошла испытания на опытно-промышленной установке.

Дополнитеьные источники финансирования: договор с ЗАО "ГМК "Алтын Аймак" (Республика Казахстан), Интеграционный проект СО РАН № 161).

Рис. 5. Сравнение мощностей биовыщелачивания концентратов мышьяковистых руд по традиционной (1) и предлагаемой технологиям (2, 3)

По проекту <Оценка пределов устойчивости биосферы с помощью минимальных теоретических и экспериментальных моделей, согласованных с данными глобальных наблюдений, включая спутниковые>. Рег. номер 0120.0 404599

В результате обработки спутниковых данных по планетарному распределению фитопигментов за 20-летний период (1982-2000 гг.) (рис. 6А) зафиксирован прирост количества фитопигментов ( NDVI ) на 1% (рис. 6Б). Указанное глобальное изменение за такой короткий период адекватно глобальному приросту биомассы (рис. 6Б), рассчитанному по малоразмерной модели (рис. 6В), которая построена на основе данных по планетарному распределению биогенного углерода, первичной продукции фотосинтеза, темпам сжигания ископаемых топлив и глобальной динамике СО2 в атмосфере. Рассматриваемая модель обращает внимание на один из самых быстрых возможных механизмов высвобождения углекислого газа, функционирующий по принципу положительной обратной связи. Этот механизм может привести к необратимым изменениям климата и разрушению биосферы вследствие парникового эффекта.

Рис. 6. Наблюдаемое спутниковое 20-летнее (среднегодовое) увеличение количества фитопигментов ( NDVI ) наземных растений в биосфере (А, Б) в сопоставлении с приростом активной биомассы за тот же период (Б), рассчитанным по минимальной глобальной модели (В).