Лаборатория биоинженерии

Лаборатория биоинженерии получила название в 2009 г. после переименования из лаборатории агробактериальной трансформации и биотехнологии.

Состав лаборатории:
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 (до 2015 г.), 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, м.н.с. Гуторова О.В., ст. лаб. И.Б. Иванова, аспирант 3-го года обучения Фадеев В.В.


Основные направления исследований лаборатории:
• Получение новых данных о механизмах переноса ДНК от агробактерий в эукариотические клетки на молекулярном, межклеточном и межорганизменном уровнях. Разработка методов генотерапии на основе транспортной системы агробактерий. Характеристика белковых структур, в ДНК-белковых транспортных комплексах. Анализ пространственных структур, структурно-динамических свойств конформаций белков, белковых комплексов и комплексов белков с ДНК методами биоинформатики.
• Разработка эффективных методов селекции растений на базе генетической инженерии, геномных и постгеномных технологий. Выявление и редактирование генов, связанных с эмбриогенезом кукурузы, в частности генов, контролирующих слияние гамет и спонтанное развитие зародыша, с целью создания технологий улучшения хозяйственно-ценных признаков.

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

Наиболее значимые результаты по теме в 2013-2017 гг.:
Получены экспериментальные доказательства переноса Т-ДНК агробактерий в генеративные клетки кукурузы через пестичные нити.

Впервые осуществлен перенос антисмысловой последовательности пролиндегидрогеназы арабидобсиса в геном кукурузы методом in planta. Получены ПЦР-позитивные растения кукурузы, с увеличенным содержанием свободного пролина в тканях листа, 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.
3. Волохина И.В., Великов В.А., Моисеева Е.М., Чумаков М.И. Анализ распространения и выживания агробактерий после инокуляции пестичных нитей кукурузы // Микробиология. 2016. Т. 85. С. 66-72.

ТЭМ ДНК-белкового комплекса, состоящего из оцДНК (ПЦР фрагмент гена gfp, 700 н.о.) и белка VirE2 (в соотношении 1 : 30). Контрастирование 1% уранилацетатомТЭМ ДНК-белкового комплекса, состоящего из оцДНК (ПЦР фрагмент гена gfp, 700 н.о.) и белка VirE2 (в соотношении 1 : 30). Контрастирование 1% уранилацетатомПолучены данные по морфологии оцДНК-белковых комплексов. Показано, что упаковка (длина) оцДНК-VirE2-белкового комплекса может уменьшаться при увеличении соотношения ДНК:белок в комплексе. 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-, 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., Мазилов С. И., Чумаков М.И. Надмолекулярные комплексы белка вирулентности VirE2 Agrobacterium tumefaciens // Биохимия. 2011. Т.76. № 11. С. 1576-1582.
2. 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. С. 32-39.
3. Volokhina I., Gusev Y., Mazilov S., Moiseeva Y., Chumakov M. Computer evaluation of VirE2 protein complexes for ssDNA transfer ability // Comput. Biol. Chem. 2017. V. 68. P. 64-70.

Компьютерное моделирование структуры комплекса из четырех субъединиц белка VirE2 в липидной мембране.Компьютерное моделирование структуры комплекса из четырех субъединиц белка VirE2 в липидной мембране.

Экспериментально подтверждено, что белок VirЕ2 может формировать одиночные поры в мембране. Впервые показано, что в модельной структуре, из двух и четырех субъединиц VirE2, 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 канала 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. P. e1241009.
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. Т. 27. № 5. P. 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.
4. Volokhina I., Gusev Y., Mazilov S., Moiseeva Y., Chumakov M. Computer evaluation of VirE2 protein complexes for ssDNA transfer ability // Comput. Biol. Chem. 2017. V. 68. P. 64-70.

Тема исследований лаб. биоинженерии в 2018-2021 гг.:
Изучение генов, контролирующих взаимодействие мембран гамет кукурузы с целью создания новых технологий биоинженерии для современной селекции, № гос. регистрации-AAAA-A17-117102740101-5.

Сведения о поддержке исследований грантами:
Работы лаборатории в 2013-2018 гг. поддержаны грантами РФФИ:
№ 14-04-31206 мол_а (2014-2015); №15-04-08413/15 (2015-2017 гг.); №18-016-00155а (2018-2020); №-18-29-14048мк (2019-2021).

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 проводятся совместные экспериментальные исследования с кафедрой генетики Саратовского госуниверситета (Зав. каф. генетики д.б.н. Юдакова О.И.).

Чумаков М.И. в качестве профессора в ИБФРМ РАН читает курсы лекций для аспирантов ИБФРМ по "Основам биоинженерии", и “Экология и эволюция”.
Волохина И.В. в ИБФРМ РАН читает курсы лекций «Молекулярно-генетические исследования методом ПЦР» для аспирантов ИБФРМ.
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. стал победителем конкурса (в числе 17 молодых российских ученых) на премию для 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.
2. Волохина И.В. получила благодарность от Министерства промышленности и энергетики Саратовской области за добросовестный труд, достигнутые результаты в научно-исследовательской деятельности в 2014 г.
3. 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.
4. Гусев Ю.С. получил благодарность от Министерства промышленности и энергетики Саратовской области за добросовестный труд, достигнутые результаты в научно-исследовательской деятельности в 2015 г.
5. Гусев Ю.С. получил первую премию 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., Москва
6. Гусев Ю.С. стал победителем областной ежегодной премии им. П.А. Столыпина в номинации "За выдающиеся достижения в области науки" (2016 г.).
7. В 2018 г. Гусев Ю.С. стал победителем конкурса докладов молодых ученых на 18-ой научной конференции молодых ученых «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии» в номинации «Лучший стендовый доклад» (19-20 апреля 2018 г., Москва).

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. являлся экспертом проектов Фонда содействия развития малых предприятий в научно-технической сфере.
2. Чумаков М.И. выступал в качестве рецензента в журналах: Pant Cell Report, Americ. J. Experimental Agriculture, Rice Science, Биотехнология, «Известия СГУ. Серия. Биология. Химия. Экология".

Наиболее важные публикации сотрудников лаборатории биоинженерии за 2012-2018 гг.:
1. Чумаков М.И., Моисеева Е.М. Технологии агробактериальной трансформации растений in planta // Биотехнология. 2012. № 1. С. 8-20.
2. 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. DOI: 10.1134/S1021443712020070
3. 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. P. e1241009. DOI: 10.1142/S0219720012410090
4. 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. С. 32-39.
5. Чумаков М.И. Белковый аппарат, реализующий горизонтальный перенос Т-ДНК из агробактерий в эукариотические клетки (обзор) // Биохимия. 2013. Т. 78. № 12. С. 1670-1683. DOI: 10.1134/S000629791312002X
6. 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 J. 2013. V. 280. Suppl. 1. P. 542. DOI: 10.1111/febs.12340
7. 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.
8. Кулуев Б.Р., Вершинина З.Р., Князев А.В., Чемерис Д.А., Баймиев Ан.Х., Чумаков М.И., Баймиев Ал.Х., Чемерис А.В. «Косматые» корни растений – важный инструментарий для исследователей и мощная фитохимбиофабрика для производственников // Биомика. 2015. Т. 7. № 2. С. 70-120.
9. Волохина И.В., Великов В.А., Моисеева Е.М., Чумаков М.И. Анализ распространения и выживания агробактерий после инокуляции пестичных нитей кукурузы // Микробиология. 2016. Т. 85. С. 66-72. DOI: 10.7868/S0026365616010146
10. Волохина И.В., Моисеева Е.М., Гусев Ю.С., Гуторова О.В., Чумаков М.И. Анализ генов слияния гамет у гапло-индуцирующей линии кукурузы ЗМС-П // Онтогенез. 2017. № 2. С. 134-139. DOI: 10.7868/S0475145017020094
11. Volokhina I., Gusev Y., Mazilov S., Moiseeva Y., Chumakov M. Computer evaluation of VirE2 protein complexes for ssDNA transfer ability // Comput. Biol. Chem. 2017. V. 68. P. 64-70. DOI: 10.1016/j.compbiolchem.2017.01.016.
12. Волохина И.В., Моисеева Е.М., Гуторова О.В., Гусев Ю.С., Чумаков М.И. Анализ экспрессии генов, связанных с метилированием ДНК у партеногенетической кукурузы // Биомика. 2018. Т. 10. № 2. С. 187-192. DOI: 10.31301/2221-6197.bmcs.2018-26
13. Чумаков М.И. Матроклинная гаплоидия и взаимодействие гамет у кукурузы (обзор) // Генетика. 2018. Т. 54. № 10. С. 1120-1124. DOI: 10.1134/S0016675818100053
Авторизация
Обнаружили неточность?
Если Вы нашли ошибку в тексте – выделите её мышью и нажмите Ctrl+Enter