Молекулярный дизайн, структурно-функциональный анализ и регуляция ферментных систем, клеточных конструкций, бионаноматериалов: фундаментальные основы и приложения в технологии, медицине, охране окружающей среды

В 2022 г. продолжены фундаментальные исследования в области физико-химии ферментов, биохимии и биотехнологии. Целью работ по данной госрегистрационной тематике является повышение качества выпускаемой продукции и совершенствование процессов производства. Ряд проведенных исследований был направлен на использование ферментов в медицине, фармакологии, пищевой промышленности, в аналитических целях и др. Сконструированы новые биоинженерные форматы рекомбинантных иммуноглобулинов для профилактики и терапии коронавирусной инфекции. Разработана система экспрессии рекомбинантных моноклональных иммуноглобулинов IgA-класса для интраназальной профилактики и лечения коронавирусной инфекции. Получены образцы рекомбинантных антител, обладающих противовирусной активностью в отношении актуальных штаммов SARS-CoV-2. Оптимизированы способы получения рекомбинантных антител IgA-класса из среды культивирования клеток млекопитающих. Изучено влияние физико-химических и биотехнологических параметров на эффективность конверсии биомассы в летучие жирные кислоты и этанол. Проводились работы по созданию высокоэффективных (био)сенсоров на основе наноразмерных пленок электро- и биокатализаторов. Также проводились исследования, направленные на создание систем доставки лекарственных средств с использованием экзосом для лечения нейродегенеративных заболеваний и рака. Проводились работы по поиску низкомолекулярных добавок, которые могут усиливать антибактериальные свойства лизоцима, в частности влиять на характер сорбции фермента на живых бактериях. Исследовалось использование тест-систем на основе живых клеток для изучения механизма действия внешних воздействий. Проводились: изучение возможности получения сополимера анилина и 3-аминобензойной кислоты в глубоком эвтектическом растворителе с использованием фермента лакказы; исследование и моделирование взаимодействия маннозных рецепторов макрофагов (CD 206) с углеводсодержащими лигандами для создания новых классов антибактериальных препаратов с таргетной доставкой; изучение комплексообразования бактериолитического фермента лизоцима с блок-сополимерами полиглутаминовой кислоты и полиэтиленгликоля на поверхности раздела фаз (вода-воздух) и в объеме раствора; оценить влияние состава блок-сополимеров на физико-химические параметры взаимодействия; синтез и характеристика конъюгатов на основе наночастиц магнетит-золото для тераностики онкологических заболеваний. Целью исследования стало совершенствование дизайна конъюгата аторвастатина и N-ацетилгалактозамина для получения препарата с высокой растворимостью в воде, способного селективно проникать в гепатоциты и после гидролиза оказывать требуемый биологический эффект. Проведены разработка управляемых с помощью внешнего низкочастотного магнитного поля биокаталитических систем на основе фенилацетонмонооксигеназы, иммобилизованной на магнитных наночастицах; изучение выхода β-лактамазы из перимплазматического пространства клеток E.coli под действием низкочастотного переменного магнитного поля в присутствии анизотропных магнитных наночастиц (МНЧ) на основе оксидов железа. В рамках комплексных исследований по теме «Изучение механизмов антибиотикорезистентности бактерий, обусловленной продукцией бета-лактамаз, и поиск подходов к ее преодолению» были сформулированы следующие цели: а) изучение структурных особенностей бета-лактамаз разных молекулярных классов и анализ структур их комплексов с ингибиторами; б) репозиционирование известных лекарственных препаратов для ингибирования бета-лактамаз; в) разработка новых биохимических и молекулярно-генетических методов контроля экспрессирующихся бета-лактамаз и кодирующих их генов. Были проведены: поиск подходов к повышению чувствительности латерального проточного иммуноанализа; применение сухих образцов биологических жидкостей для решения задач в биологии, ветеринарии и медицине; изучение возможности генерации ГКР сигналов под воздействием локального облучения лазером в системах, содержащих наночастицы металлов, ассоциированных с термочувствительными полимерами. Было выявлены новые особенности поведения внеклеточных везикул. Разработана тандемная ГКР технология для оценки степени посттрансляционной модификации белков. Были проведены использование тест-систем на основе живых клеток для изучения механизма действия внешних воздействий; поиск н/м регуляторов активности системы гемостаза для биомедицинских целей; повышение тромболитической эффективности и стабильности стрептокиназы (SK); был выяснен возможный механизм вовлечения системы плазминоген/плазмин в онкологический процесс; проведен анализ потенциальной диагностической способности циркулирующих IgG к плазминогену в крови мышей с раком молочной железы (РМЖ); изучены кинетические параметры разложения нитроцеллюлозосодержащих осадков сточных вод в анаэробных условиях; определены возможности кальций-фосфатных (СаР) частиц, покрытых хитозаном, а также хитозановых частиц как потенциальных транспортных средств для доставки лекарственных соединений в глаз, определение возможностей спектров гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) для идентификации форм ангиотензин-превращающего фермента (АПФ), продуцируемого различными клетками организма, оценка связывания меченых флуоресцентной меткой ингибитора АПФ и лизоцима с АПФ. Были исследованы гибридные микрокристаллов ватерита с биополимерами и их модификациями, а также перспектив их использования для доставки биологически активных соединений; получены новые микроорганизмы продуценты ферментных препаратов, обладающие повышенной осахаривающей способностью для чего клонировать и получить экспрессию двух форм ксилоглюканазы ксилоглюканазы из гриба Trichoderma reesei (TrXeg74A) в реципиентном штамме гриба Penicillium verruculosum B1-537, являющимся высокоэффективным продуцентом целлюлаз, а также изучены свойства рекомбинантных ксилогюканаз после их выделения и очистки. Проведены определение возможностей кальций-фосфатных (СаР) частиц, покрытых хитозаном, и хитозановых частиц как потенциального транспортного средства для доставки лекарственных соединений в глаз, определение возможностей спектров гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) для идентификации форм ангиотензин-превращающего фермента (АПФ), продуцируемого различными клетками организма, определение термодинамических констант взаимодействия АПФ с флуоресцентно меченными ингибитором АПФ и лизоцимом. Для модернизации существующих химических технологий предлагается гибридный химико-биокаталитический процесс десульфуризации углеводородного сырья, предполагающий последовательное применение химических и биокатализаторов. Процесс отличается низкой нагрузкой на окружающую среду, обеспечивает быстрое извлечение серы из очищаемого сырья, предполагает с использованием биокатализаторов вовлечение в переработку возобновляемого сырья и отходов. Для получения композиционных волокнистых материалов с антибактериальными свойствами образцы бактериальной целлюлозы, полилактида и обычных волокон были модифицированы поли-ε-капролактоном или полигидроксибутиратом, а затем функционализированы ферментно-полиэлектролитным комплексом His6-OPH c поли(глутаминовой кислотой) или суспензией наночастиц тантала (Ta) в этаноле. Систематизация информации, относительно современных подходов к оптимизации процессов получения полисахаридов при использовании биокатализаторов, позволит выделить основные положения для практического применения. Для деструкции микотоксинов предложен фермент His6-OPH, а новые комбинированные белковые (ферментативные) нанобиокатализаторы. Известные и новые результаты проведения экспресс-анализа биологических объектов и систем, для которых уровень концентрации АТФ является одним из основных параметров, оявляются основой для расширения спектра практического применения метода. Требуется изучить эффективность действия предложенных супрессоров метаногенеза в отношении биохимических процессов, протекающих в составе анаэробного консорциума. Иммобилизация клеток в криогеле поливинилового спирта предложена для одновременной криоиммобилизации, криоконсервации и длительного хранения клеток различных фототрофных микроорганизмов (зеленых и красных микроводорослей, диатомей и цианобактерий). Для усиления деструктирующей активности по отношению к фосфорорганическим соединениям предложено рассмотреть комбинации различных культур микроорганизмов – потенциальных кандидатов в виде грамположительных и грамотрицательных бактериальных клеток.