Лаборатория биоинженерии

Зав. лабораторией д.б.н. Михаил Иосифович ЧумаковЗав. лабораторией д.б.н. Михаил Иосифович ЧумаковЛаборатория биоинженерии получила название в 2009 г. после переименования из лаборатории агробактериальной трансформации и биотехнологии.

Руководитель лаборатории: д.б.н. Чумаков М.И.
Сотрудники лаборатории: с.н.с. к.б.н. И.В. Волохина, с.н.с. к.б.н. В.А. Великов, н.с. к.б.н. Е.М. Моисеева, м.н.с. к.б.н. С.И. Мазилов, н.с. к.б.н. Ю.С. Гусев, аспирант 1-го года обучения О.С. Яковлева, ст. лаб. И.Б. Иванова.

Сотрудники лаборатории биоинженерии ИБФРМ РАН. Верхний ряд, слева направо: с.н.с., к.б.н. Великов В.А, зав. лаб., д.б.н. Чумаков М.И., н.с., к.б.н. Моисеева Е.М., к.б.н. н.с. Гусев Ю.С.; нижний ряд, слева направо: м.н.с., к.б.н. Мазилов С.И., с.н.с., к.б.н. Волохина И.В., ст-лаб. Иванова И.Б.Сотрудники лаборатории биоинженерии ИБФРМ РАН. Верхний ряд, слева направо: с.н.с., к.б.н. Великов В.А, зав. лаб., д.б.н. Чумаков М.И., н.с., к.б.н. Моисеева Е.М., к.б.н. н.с. Гусев Ю.С.; нижний ряд, слева направо: м.н.с., к.б.н. Мазилов С.И., с.н.с., к.б.н. Волохина И.В., ст-лаб. Иванова И.Б.

Тема исследований лаб.биоинженерии на 2013-2017 гг.:
Изучение транспорта агробактериальных ДНК-белковых комплексов в растительные и животные клетки» № гос. регистрации 01201359048

Основные направления исследований лаборатории:
  • Получение новых данных о механизмах взаимодействий агробактерий с эукариоическими клетками на молекулярном, межклеточном и межорганизменном уровнях. Разработка эффективных методов селекции на базе генетической инженерии, геномных и постгеномных технологий. Разработка методов создания трансгенных (генетически модифицированных) сельскохозяйственных культур с улучшенными хозяйственно-ценными признаками.
  • Использование трансгенеза для анализа проблем биологии развития, выявление генов, контролирующих развитие и механизмов регуляции онтогенеза, создание технологий их управления. Характеристика белковых структур и мембранных переносчиков, транспортирующих внеклеточные ДНК, разработка методов генотерапии на основе транспортной системы агробактерий.
  • Анализ пространственных структур, структурно-динамических свойств конформаций белков, полибелковых комплексов и комплексов белков с ДНК методами биоинформатики.

Наиболее значимые результаты
Впервые создана и апробирована на кукурузе и сорго технология агробактериальной трансформации in planta.
Схема технологии агробактериальной трансформации кукурузы через пестичные нити.Схема технологии агробактериальной трансформации кукурузы через пестичные нити.
Публикации:
1. Мамонтова Е.М., Великов В.А., Волохина И.В., Чумаков М.И. Трансформация in planta растений кукурузы // Генетика. 2010.Т. 46(4): 568-572.
2. Чумаков М.И., Моисеева Е.М. Технологии агробактериальной трансформации растений in planta //Биотехнология 2012. № 1. С.8-20.
Патенты РФ: патент №2002129862/13 (031569), Патент №2351121 РФ, МПК А01Н 1/04, патент №2351120, РФ МПК А01Н 1/00 Опубл. 10.04.2009. Бюл. № 10.

Впервые осуществлен перенос антисмысловой последовательности пролиндегидрогеназы арабидобсиса в геном кукурузы методом in planta.
Получены ПЦР-позитивные растения кукурузы, которые имели статистически достоверное содержание пролина в тканях листа по сравнению с контролем, что коррелировало со способностью к росту на фоне засоления.
Публикации:
1. Моисеева Е.М., Агафонов Д.А., Великов В.А., Волохина И. В., Чумаков М.И. Повышение содержания пролина в растениях кукурузы, экспрессирующих антисмысловой супрессор гена пролиндегидрогеназы // Физиология растений. 2012. т. 59. № 3, С.457-460.
2. Moiseeva Y.M., Velikov V.A., Volokhina I.V., Gusev Yu.S., Yakovleva O.S. , Chumakov M.I. Agrobacterium-mediated transfоrmation of maize with antisense suppression of the proline dehydrogenase gene by an in planta method // British.Biotech.J. 2014. V.4. P.116-125.

Получены данные по морфологии ДНК-белковых комплексов.Показано, что упаковка (длина) оцДНК-VirE2-белкового комплекса может уменьшаться при увеличении соотношения ДНК:белок в комплексе.
Публикации:
1. Волохина И.В., Гусев Ю.С., Мазилов С. И., М.И. Чумаков Надмолекулярные комплексы белка вирулентности VirE2 Agrobacterium tumefaciens // Биохимия 2011.т.76,вып.11.С.1576-1582.

Проведен экспериментальный анализ участия агробактериального белка VirE2 в накоплении одноцепочечной ДНК различной длины в животных клетках in vitro.
Установлено, что совместная инкубация клеток с VirE2 и одноцепочечной ДНК (оцДНК) длиной 200 н.о. приводит к увеличению накопления оцДНК в клетках почек эмбрионов свиньи (СПЭВ) кавеолин-и клатрин-независимым путем, тогда как олигонуклеотиды (23 н.о.) накапливаются в клетках СПЭВ с участием клатрин-зависимого эндоцитоза.
Публикации:
1. Волохина И.В., Гусев Ю.С., М.И. Чумаков. Исследование накопления олигонуклеотидов животными клетками, опосредованное белком VirE2 // Нанотехнологии и охрана здоровья, 2013. Т.5. №1(14). С. 32-39.
Комплекс из четырех белков VirE2 в липидной мембране, построенный с помощью программ GRAMM-X, Charmm-Gui (модифицировано по Volokhina et al.// J. Bioinf. Comput.Biol. 2012. V.10. P.1241009)Комплекс из четырех белков VirE2 в липидной мембране, построенный с помощью программ GRAMM-X, Charmm-Gui (модифицировано по Volokhina et al.// J. Bioinf. Comput.Biol. 2012. V.10. P.1241009)Компьютерное моделирование структуры и свойств комплексов из белка VirE2
Экспериментально подтверждено, что белок VirЕ2 может формировать одиночные поры в мембране. Впервые показано, что в модельной структуре, состоящей из двух и четырех молекул VirE2 и расположенной в бислойной мембране, возможно образование пор с диаметром канала 2.2 и 4 нм, соответственно.
С помощью метода нормальных мод оценены колебательные движения модели комплексов белков VirE2-VirE1, комплекса из двух и четырех белков VirE2. В комплексе из двух белков VirE2 обнаружены колебательные движения, возможно, представляющие собой воротный механизм, аналогичный механизму в ионных каналах. Среди колебаний комплекса из четырех белков VirE2 не обнаружены изменения конформации внутри поры. С помощью метода молекулярной динамики установлено, что модель комплекса белков VirE2-VirE1 достигает равновесного, стабильного состояния при времени моделирования до 500 пс.

Публикации:
1. Volokhina I.V., Gusev Yu.S., Mazilov S.I. Chumakov M.I. VirE2-dependent pores for ss-DNA transfer across artificial and cell membranes. // J.Bioinform.&Comput.Biol. 2012. V.10, No. 2. 1241009.
2. Чумаков М.И., Мазилов С.И., Гусев Ю.С., Волохина И.В. Исследование способности агробактериального белка VirE2 к образованию пор в мембранах//Биомембраны 2010.27(5):449-454.
3. Gusev Yu. S, Mazilov S.I., Volokhina I.V., Chumakov M.I.In silico evaluation of the integration of Agrobacterium VirE2 protein into a lipid membrane // FEBS Letters. 2013. V.280. Suppl.1. P. 542

Сведения о поддержке исследований грантами:
Работы лаборатории в 2007-2015 гг. поддержаны грантами: №№ 8592, 8752 «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы» Министерства науки и образования РФ (2012-2013 гг.), проектом «2007-2-1.2-09-01-137», ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» направление «Живые системы» раздел «Технологии биоинженерии» (2007-2008 гг.), гранты (E02-6.0-181) Минобразования РФ, REC-006 Минобразования РФ-CRDF (2007-2008), РФФИ 11-04-01331а (2011-2013 гг.), грант РФФИ № 14-04-31206 мол_а (2014-2015) и грант РФФИ №15-04-08413/15 (2015-2017 гг.)

Сведения о научно-педагогической деятельности:
В рамках заключенного долговременного договора о творческом научно-техническом сотрудничестве и обмене научно-технической продукцией между ИБФРМ РАН и СГУ в лабораторий биоинженерии с 2008 г. проводятся совместные экспериментальные исследования и поддерживается совместный патент с кафедрой генетики Саратовского госуниверситета (Зав. каф. генетики проф. Тырнов В.С.).
Чумаковым М.И. в качестве профессора базовой кафедры биофизики ФНП СГУ в читается общий курс лекций по специальности “Экология” стандарта третьего поколения по курсу “Экология”, спецкурс "Методы молекулярной биологии и биотехнологии", научно-производственная и учебная практики для студентов каф. биофизики факультета нелинейных процессов Саратовского госуниверситета.
к.б.н., с.н.с. Великовым В.А. в качестве доцента кафедры биохимии и биофизики биологического ф-та СГУ читаются лекционные курсы и практические занятия по дисциплинам: “Молекулярная биология”, “Экспериментальные методы молекулярной биологии”, “Приборы и методы молекулярной биотехнологии”.
В 2011 году защищена кандидатская диссертация аспирантом лаборатории биоинженерии ИБФРМ РАН Моисеевой (Мамонтовой) Е.М. на тему: «Анализ переноса агробактериальной Т-ДНК в генеративные клетки кукурузы» по специальности 03.01.06 – биотехнология (в том числе бионанотехнологии), Научный руководитель – М.И. Чумаков.
В 2012 году была защищена кандидатская диссертация аспирантом лаборатории биоинженерии ИБФРМ РАН Мазиловым С.И. на тему: «Анализ структурно-функциональных свойств комплексов белка вирулентности агробактерий VirE2» по специальности 03.01.02 – биофизика. Научный руководитель – М.И. Чумаков.
В 2012 году была защищена магистерская диссертация Гусевым Ю.С. на тему «Изучение основ технологии переноса олигонуклеотидов через VirE2-зависимые поры в плазматической мембране». Факультет нелинейных процессов в Саратовском госуниверситете. Научные руководители – М.И. Чумаков, И.В. Волохина.
В 2014 г. Гусев Ю.С. защитил диссертацию «Структура и функции белка VirE2 в переносе оцДНК в эукариотические клетки» на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.01.02 – биофизика. Научный руководитель – Чумаков М.И.

Награды и премии сотрудников
1. Гусев Ю.С. получил диплом за «Лучшую научно-исследовательскую работу» на Х Всероссийской школе-семинаре «Биомеханика-2010». Саратов
2. Гусев Ю.С. стал победитель конкурса (в числе 17 молодых российских ученых) на участие в 38-м Конгрессе Федерации биохимических обществ Европы (FEBS) и 13-м Форуме молодых ученых (YSF 2013 FEBS, Санкт-Петербург), 6-10 июля 2013.
3. Волохина И.В. получила благодарность от Министерства промышленности и энергетики Саратовской области за добросовестный труд, достигнутые результаты в научно-исследовательской деятельности в 2014 г.
4. Гусев Ю.С. получил 3-е место за лучший устный доклад на английском языке на шестой Международной школе молодых ученых "Системная биология и биоинформатика", Новосибирск, июнь 23-28, 2014.
5. Гусев Ю.С. получил памятная медаль в честь 300-летия со дня рождения Михаила Ломоносова за достижения в сфере науки, 2011 г.
6. Гусев Ю.С. получил благодарность от Министерства промышленности и энергетики Саратовской области за добросовестный труд, достигнутые результаты в научно-исследовательской деятельности в 2015 г.
7. Гусев Ю.С. получил памятную медаль в честь 300-летия со дня рождения Михаила Ломоносова за достижения в сфере науки Первая премия и медаль в конкурсе молодых ученых VIII Московского международного конгресса "БИОТЕХНОЛОГИЯ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ-2015" на лучшую научно-исследовательскую работу в категории кандидаты наук, молодые ученые в возрасте до 35 лет (с ученой степенью), 17-20 марта 2015 г.

Участие в экспертизе:
1. Чумаков М.И. с октября 2014 г. является экспертом Российского научного фонда, а с ноября 2014 г. включен в реестр экспертов Министерства образования и науки РФ. В 2011, 2012 гг. экспертировал проекты Фонда содействия развития малых предприятий в научно-технической сфере.
2. Чумаков М.И. выступал в качестве эксперта в журналах: Pant Cell Report, Americ. J. Experimental Agriculture, Rice Science, Биотехнология, «Известия СГУ. Серия. Биология. Химия. Экология".

Авторизация
Обнаружили неточность?
Если Вы нашли ошибку в тексте – выделите её мышью и нажмите Ctrl+Enter