Физико-химические основы молекулярной биоинженерии

Проведены детальные физико-химические и биологические исследования биомолекул, полимеров, нанобъектов, тканей, представляющих интерес для медицины и биотехнологии, и определены дальнейшие научные и практические задачи. Предложен новый подход к изучению запасов фосфора (Р) и азота (N) на субклеточном уровне, потенциально применимый к различным типам клеток, способных накапливать включения, обогащенные азотом и фосфором. Продемонстрирована применимость предложенного метода как к клеткам эукариотических зеленых микроводорослей, так и к цианобактериям. Исследованы общие закономерности ультраструктурных проявлений фотоакклимации и фотоповреждения у фототрофых микроорганизмов, в том числе одноклеточных водорослей. Сформулирован парадокс сходимости для поверхности потенциальной энергии, представленной в виде суммы парных взаимодействий. Предложен способ описания взаимодействия между конформационными степенями свободы в пространстве торсионных углов через задание функций распределения для линейных комбинаций номеров гармоник, и развит соответствующий математический аппарат. Разработаны биоинженерная технология получения четырех дисульфидных пептидных блокаторов калиевых каналов и система рекомбинантной продукции нейромодулятора человека lynx2. Сконструированы новые мутантные варианты лошадиного цитохрома с для изучения механизмов электронного транспорта в белковых соединениях. Получены генетические конструкты, содержащие регуляторные элементы и гены светочувствительных ретинальсодержащих белков, для оптогенетических исследований. Для изучения мембранных белков методом ЯМР было проведено исследование различных свойства бицелл. Были найдены новые составы, и показано, что определенные типы бицелл ничем не уступают таким широко используемым средам, как нанодиски и липосомы, в то же время обладая очень важным преимуществом - маленький размер частиц. Исследованы структуры и функции белков, регулирующих динамику актинового цитоскелета: Bnr1, Hof1, Abp1, TNKS1/2, Arp2/3-комплекса, а также белка промежуточных филаментов, виментина. Разработана модельная система для эффективного измерения модуля Юнга на противоположных концах мигрирующих фибробластов в культуре методом АСМ. Выдвинута гипотеза, что виментин отвечает за поляризацию клеток. Исследованы структуры вирусного шаперонина OBP. В исследованиях методом флюоресцентной микроскопии одиночных молекул установлено, что при физиологических концентрациях (100 - 200 мM) ионы K⁺ стабилизируют структуру нуклеосом в коровой области, тогда как ионы Na⁺ немного дестабилизируют ее. Выдвинута гипотеза, что из-за меньшего размера Na⁺ по сравнению с ионами K⁺ первый обладает повышенной способностью интерферировать с ионными взаимодействиями между ДНК и гистонами в областях входа/выхода ДНК в/из области ядра нуклеосомы и облегчает отворачивание ДНК от октамера гистонов. Разработан способ биосинтеза бактериального альгината различными штаммами бактерий рода Azotobacter, и проведено исследование физико-химических свойств полученного бактериального альгината в сравнении с водорослевым альгинатом. Исследована способность альгината и поли-3-оксибутирата к инкапсулированию биоактивного белка - защитного белка растений, выделенного из Pseudomonas fluorescens. Проведено комплексное исследование изменения физико-химических свойств (кристалличности, механики, гидрофильности) поли-3-оксибутирата и его сополимеров. В 2018 г. работа лаборатории была сосредоточена на изучении контактного ориентирования - изменения формы эукариотических клеток при их культивировании на анизотропной подложке, имеющей выделенное направление. Контактное ориентирование проявляется в эмбриогенезе, при заживлении ран, развитии фиброзов и в других процессах. Разработаны новые междисциплинарные комплексные экспериментальные подходы для анализа структуры и динамики хроматина. С помощью разработанных методов детально описаны различные механизмы функционирования генома эукариот и транскрипции хроматина. Определена роль ряда факторов (коровых и линкерных гистонов, белкового проопухолевого фактора FACT и некоторых последовательностей ДНК), влияющих на структуру и динамику хроматина. Кроме того, проведены исследования по изучению гибкости ДНК, фактора, который играет важную роль в процессах коммуникации в хроматине. Создан и изучен искусственный межклеточный матрикс, отличительной особенностью которого является наличие перфорированных стенок пор, с характерным микрорельефом, представляющий собой аналог децеллюляризированного кожного лоскута. Областями применения полученных результатов или созданной на их основе инновационной продукции являются медицина, здравоохранение, профилактические программы.