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

В 2023 году проводились фундаментальные и фундаментально-прикладные исследования в области физико-химии ферментов, нанобиотехнологии, биохимии и биотехнологии. Целью работ являлось повышение качества выпускаемой продукции и совершенствование процессов производства. Для разработки высокоэффективных лекарственных формуляций с антибактериальным действием предложено использовать в качестве носителей производные циклодекстрина различной молекулярной архитектуры. Синтезированные полимеры образуют наночастицы и являются нетоксичными для компонентов крови. Комплексы данных носителей с препаратами обеспечивают увеличение эффективности связывания лекарств с человеческим сывороточным альбумином, что может способствовать увеличению времени циркуляции препарата в крови. Были исследованы полиметисилсесквиоксановые гидрогели (ПМССО гидрогели) с различным содержанием силикатных вставок. Была выявлена тенденция влияния состава гидрогелей на их сорбционную способность. Разработана и оптимизирована методика получения бифункциональной платформы на основе наночастиц магнетит-золото для тераностики онкологических заболеваний Получены и охарактеризованы образцы гибридных магнитных наночастиц магнетит-золото со структурой гантель. Получены материалы, содержащие лизоцим и низкомолекулярный противомикробный агент - полипептидный антибиотик или полусинтетический антибиотик. Выявлено влияние указанных соединений на структуру и антимикробную активность лизоцима. Получен ряд синтетических производных N-ацетилгалактозамина, для которых исследовалась способность селективно связываться с мишенью – асиалогликопротеиновым рецептором, экспрессируемым гепатоцитами, были отобраны наиболее перспективные конъюгаты для дальнейшей разработки платформ для доставки лекарств в клетки печени. На основании результатов были отобраны наиболее перспективные структуры биосовместимых полимеров. Проведен анализ современного состояния применения глубоких эвтектических растворителей для биотехнологических целей, включая экстракцию физиологически активных веществ из природных ресурсов, предобработку лигноцеллюлозного сырья для улучшения ферментативного гидролиза целлюлозы и получения биоразлагаемого пластика. Они являются альтернативой традиционным органическим растворителям и ионным жидкостям и отвечают требованиям «зеленой химии», биодергадируемы и нетоксичны. Проведено изучение зависимостей образования агломератов наночастиц золота с использованием системы биотин-стрептавидин для использования в латеральном проточном иммуноанализе. Разработан метод ИФА в формате иммуночипа для определения антител к возбудителям инфекционных заболеваний птицы (кур), в том числе поствакцинальных антител. Удалено из методики определения одноцепочечных олигонуклеотидов, включая микроРНК, применение дорогостоящих антител для иммобилизации захватывающего зонда. Разработан синтез конъюгата с аминосодержащим захватывающим олигонуклеотидным зондом. Загрязнение окружающей среды низкомолекулярными токсикантами вызывает большую тревогу в обществе. Выявление органических препаратов в воде и пищевых продуктов требует разработки простых и быстрых методов определения лекарственных препаратов, пестицидов и микотоксинов. Иммунные методы являются хорошей альтернативой инструментальным методам анализа благодаря своей доступности, простоте и стоимости. Другой важной задачей является определение высокомолекулярных соединений, например, мажорных белков, которые могут являться прогностическими маркерами многих заболеваний, в физиологических жидкостях человека. Получены и охарактеризованы гибридные микрокристаллы ватерита с природными полисахаридами декстрансульфатом, ходроитинсульфатом, гепарином, фукоиданом и пектином. Для каталазы, сорбированной на гибридных кристаллах ватерита наблюдалось уменьшение каталитической константы и константы Михаэлиса по сравнению с нативным ферментом. Проведены исследования по активности и адсорбции лизоцима на клетках различных бактерий в присутствии потенциальных активаторов лизоцима. В рамках темы «Изучение механизмов антибиотикорезистентности бактерий, обусловленной продукцией бета-лактамаз, и поиск подходов к ее преодолению», проводилось изучение комплексов сериновых бета-лактамаз и определение специфичных мРНК генов бета-лактамаз лабораторных штаммов, культивированных в присутствии антибиотиков. Метод количественного анализа мРНК на биочипах в планшетах использован для количественного индивидуального определения мРНК генов бета-лактамаз четырех типов в различных смесях. Изучена кинетика действия антибактериальных агентов разных классов на живые клетки E.coli, продуцирующие активную люциферазу светляков. Это позволяет по начальному этапу их взаимодействия оценить эффективность действия изучаемых агентов и их композиций и дискриминировать механизмы клеточной гибели. Выявлены принципиальные отличия между мембраноактивными полипептидными антибиотиками и аминогликозидами, влияющими на синтез белка. Разработаны новые подходы к регулированию роста и биотрансформации микроводорослей с получением коммерчески значимых полигидроксиалканоатов. Показаны перспективы применения комбинированных химико-биокаталитических подходов к очистке водных сред от широкого спектра поллютантов (загрязнителей фармацевтической природы, токсичных углеводородов, микропластиков), а также для анаэробной трансформации отходов птицеводства и нитроцеллюлозы. Получены и охарактеризованы кальций-фосфатные наночастицы, покрытые хитозаном и содержащие одновременно фермент супероксиддисмутазу и низкомолекулярный ингибитор ангиотензин-превращающего фермента (АПФ). Охарактеризованы ГКР-спектры очищенного АПФ в присутствии АПФ-содержащей фракции плазмы крови. Количественно охарактеризовано комплексообразование АПФ с иммобилизованным лизоцимом. Начата работа по фенотипированию АПФ в ЭДТА-плазме пациентов с мутациями АПФ. На основе использования различных гомогенных ферментов карбогидраз (целлюлаз, ксиланаз, б-глюкозидазы), а также технических ферментных препаратов целлюлаз и ксиланаз, выпускаемых отечественной промышленностью (завод «Агрофермент») создана оптимальная мультиферментная композиция для максимально эффективного процесса осахаривания целлюлозного сырья (полубелёной лиственной целлюлозы) и достигнут высокий выход С6 и С5 сахаров. Разработан новый подход к модификации поверхностей полимер-ферментными пленками, включающий в себя модификацию поверхностей комплексами полимер-фермент, предварительно сформированными в растворах. Продолжены работы по применению метода анализа траекторий наночастиц для характеризации внеклеточных везикул.