Лаборатория биохимии

Лаборатория биохимии была организована в 1980 году д.б.н. В.В. Игнатовым при открытии Института и сформирована, в основном, за счет сотрудников и выпускников кафедры биохимии и биофизики Саратовского государственного университета (СГУ). В работе лаборатории в то время приняли участие доцент к.б.н. С.К. Ступникова, к.б.н. В.Е. Никитина, Л.И. Крапивина и выпускники кафедры О.И. Соколов, А.К. Аристархов, И.Б. Жулин, И.Е. Мошков, Н. Акентьева, Л.П. Антонюк, А.В. Кумаков, М.А. Галкин и др. Часть молодежи в первые годы работы была направлена в ведущие институты АН СССР для обучения в аспирантуре и прохождения стажировок: О.В. Шипин, Ю.Ю. Берестовская, О.И. Соколов, И.Е. Мошков, Л.П. Антонюк, О.А. Степная, С.В. Трушин и др., из которых в Саратов вернулись далеко не все.
В связи с ремонтом здания Института начальный этап работы коллектива лаборатории проходил в СГУ на кафедре биохимии и биофизики. Основной тематикой исследований в то время являлись лектины (бобовых и злаковых растений) – углеводузнающие белки, играющие большую роль в ассоциативных взаимоотношениях растений с микроорганизмами. В результате был разработан способ и подготовлен лабораторный регламент получения препарата лектина пшеницы (с.н.с. к.б.н. Котусов В.В. и с.н.с. к.б.н. Крапивина Л.И.).
В дальнейшем исследования лаборатории биохимии были широки и разносторонни, но, в целом, направлены на решение основной задачи – выявление молекулярных механизмов растительно-микробных взаимодействий.
Одним из основных направлений было изучение углевод-связывающих и углевод-ассоциированных гликопротеидов – экстензинов, а также гликолитических ферментов как основных медиаторов, обеспечивающих феномен узнавания на ранних этапах взаимодействия микроорганизма с растительной клеткой. Специфичность этого процесса и ответные реакции растений, обеспечивающие их физиологическую совместимость с микрофлорой при формировании ассоциативного ризоценоза были исследованы в работах с.н.с. к.б.н. Н.Ю. Селиванова и с.н.с. к.с-х.н. Г.И. Стадник. Была исследована сортовая изоформная гетерогенность лектина пшеницы, проведено пептидное картирование этих белков. Впервые показано, что индукция синтеза экстраклеточных полипептидов апопласта и гидроксипролинбогатых белков клеточных стенок корней пшеницы формирует систему активного физиологического ответа растений пшеницы при инокуляции специфическими штаммами ассоциативных бактерий Azospirillum brasilense. Также было показано наличие у ассоциативных микроорганизмов группы экстраклеточных гликозидаз, индуцируемых при взаимодействии с корнями пшеницы.
Исследование пектинов, начатое в Институте д.х.н. Н.М. Птичкиной, было продолжено в группе биохимии растений и биотехнологии к.б.н. Н.Ю. Селивановым, к.б.н. О.Г. Селивановой и к.б.н. А.А. Галицкой в рамках развиваемого научного направления, связанного с изучением механизма ферментативного процессинга пектиновых полимеров как основного пути образования биологически активных олигосахаридов. Показано, что пектиновые олигосахариды способны регулировать ростовые процессы у растений, повышать их устойчивость к заболеваниям, а также обладать выраженной биологической активностью в отношении клеток животных – подавлять пролиферативные и адгезивные свойства трансформированных клеток. Работы по этому направлению исследований проводились при финансовой поддержке Министерства науки РФ в рамках ГНТП «Экологически безопасные процессы химии и химической технологии» в 1996-1998 и 1999-2001 гг., а также конкурсного задания Научного совета «Химия и технология возобновляемого растительного сырья» 2002-2004 гг.
Молекулярные основы фитопатогенеза исследовались группой сотрудников: к.б.н. О.А. Иосипенко, м.н.с. Е.Е. Калашниковой, вед. инженером Е.Н. Юдиной под руководством многолетнего заместителя заведующего лабораторией с.н.с. к.с-х.н. Г.И. Стадник. Направление, связанное с изучением синтеза и роли индолилуксусной кислоты в растительно-микробных взаимодействиях, разрабатывалось с.н.с. к.б.н. А.Д. Иосипенко; хемотаксиса – к.б.н. И.Б. Жулиным; влияния лектинов проростков пшеницы на микроорганизмы, ассоциированные с растениями, – к.б.н. Л.П. Антонюк.
С начала 90-х годов в лаборатории активно развивается углеводная тематика. Полисахариды как бактериального, так и растительного происхождения претендуют на весьма важную и разнообразную роль в формировании и успешном функционировании растительно-микробных симбиозов. Научные исследования группы биоорганической химии лаборатории биохимии связаны с изучением структуры и функций внеклеточных полисахаридов и полисахаридных комплексов, а также О-специфических полисахаридов почвенных бактерий. Среди объектов исследования в разные годы были фитопатогены Xanthomonas campestris и ассоциативные диазотрофные ризобактерии родов Azospirillum, Herbaspirillum и Paenibacillus.
В результате многолетних исследований получены приоритетные данные о структуре поверхностных гликополимеров азоспирилл, выявлено влияние условий выращивания на состав внеклеточных полисахаридов бактерий, получены количественные показатели, характеризующие защитную роль полисахаридсодержащих полимеров от негативного воздействия экстремальных факторов окружающей среды (проф., д.б.н. В.В. Игнатов, проф., д.х.н. И.М. Скворцов, проф., д.б.н. С.А. Коннова, с.н.с. к.б.н. Ю.П. Федоненко, с.н.с. к.б.н. Смолькина О.Н., с.н.с. к.б.н. Е.Н. Сигида, с.н.с. к.х.н. В.С. Гринев н.с. к.б.н. Бойко А.С., с.н.с. к.х.н. А.В. Бухаров, н.с. Д.А. Жемеричкин).
В результате изучения закономерностей адсорбции бактерий рода Azospirillum на корнях проростков пшеницы установлено, что этот процесс определяется временем совместного инкубирования, возрастом бактериальной культуры, концентрацией клеточной суспензии и штаммовой принадлежностью (с.н.с. к.б.н. И.В. Егоренкова).
В 1985, 1991, 2004 и 2011 гг. сотрудниками лаборатории был организован цикл Всероссийских школ-конференций «Химия и биохимия углеводов», в 2004 году – III Всероссийская конференция «Химия и технология растительных веществ», а в 2014 г. – II Всероссийская конференция «Фундаментальная гликобиология». В этих тематических конференциях приняли участие ученые из различных научных центров России (Москва, Санкт-Петербург, Новосибирск, Владивосток, Казань, Нижний Новгород, Иркутск, Воронеж, Саратов, Сыктывкар, Уфа), Украины и Белоруссии. Общение на подобных форумах позволяет устанавливать и поддерживать научные связи, способствует развитию исследований.
Работа лаборатории на протяжении всей своей деятельности неразрывно связана с биологическим и химическим факультетами СГУ. Большое количество студентов этих факультетов прошли на базе лаборатории биохимии производственную практику, выполнили дипломные проекты и вышли в большую науку, благодаря деятельности Учебно-научного центра физико-химической биологии СГУ и ИБФРМ РАН.
За время существования лаборатории аспирантами и сотрудниками защищены более 40 кандидатских диссертаций. В разное время в лаборатории работали и успешно защитили докторские диссертации И.М. Скворцов, О.В. Игнатов, Л.П. Антонюк, С.А. Коннова, А.А. Камнев, О.И. Гулий. Многие бывшие сотрудники лаборатории продолжают работу в научных учреждениях других стран: И.Б. Жулин, В.А. Беспалов, О.Р. Фомина, А.В. Чернышев, Е.И. Сергеева и др.
Научная школа исследования растительно-микробных взаимодействий, созданная проф. В.В. Игнатовым, получила признание и заслуженное уважение в международном научном сообществе, неоднократно поддерживалась отечественными и зарубежными фондами.




Направление научных исследований
Исследование структурно-функциональных особенностей поверхностных гликополимеров ризобактерий.

Основные достижения
Проведён комплексный анализ капсульных гликополимеров представителей бактерий родов Azospirillum, Herbaspirillum и Niveispirillum. Установлено, что данные ризобактерии содержат в капсульном материале и продуцируют в окружающую среду сложные высоко агрегированные соединения из полисахаридов, липидов и белков, также свободные полисахариды с молекулярной массой до 20 кДа.
Показана важная роль капсульных полисахаридсодержащих компонентов азоспирилл в адсорбции бактерий на корнях пшеницы. Впервые показана способность полисахаридсодержащих комплексов азоспирилл индуцировать деформации корневых волосков на корнях пшеницы. Впервые показано различие между О- и K-антигенными детерминантами для бактерий A. lipoferum Sp59b и N. irakense KBC1 и определены структуры повторяющихся звеньев полисахаридов из капсульных липополисахарид-белковых комплексов этих бактерий. Выявлено влияние условий выращивания на состав внеклеточных полисахаридов бактерий, получены количественные показатели, характеризующие защитную роль полисахаридсодержащих полимеров от негативного воздействия экстремальных факторов окружающей среды.
На основании обнаруженного взаимодействия полисахаридсодержащих комплексов азоспирилл с собственными лектинами, а также с поверхностно локализованными агглютинирующими белками других почвенных микроорганизмов (бацилл и ризобий) предполагается участие этих внеклеточных гликополимеров в процессах агрегации азоспирилл и в межбактериальных контактах в ходе образования почвенного ценоза.
На основании анализа с применением 1H и 13C – ЯМР спектроскопии, получена приоритетная информация о первичной структуре О-специфических полисахаридов более 50-ти штаммов представителей 10-ти видов р. Azospirillum, 3-х видов р. Herbaspirillum, Niveispirillum irakense.
С использованием данных химического анализа и МАЛДИ масс-спектрометрии охарактеризована структура липидов А, выделенных из липополисахаридов представителей различных видов р. Azospirillum и Niveispirillum irakense. Проведены сравнительные исследования острой токсичности нативных и модифицированных гликополимеров ризобактерий. Отмечено увеличение активности NO-синтазы спленоцитов и миелопероксидазы перитонеальных макрофагов мышей под воздействием исследуемых гликанов. Выявлена цитокининдуцирующая активность липополисахаридов азоспирилл при инкубировании с мононуклеарми периферической крови человека.
Сведения о составе и топологии углеводных компонентов бактериальной поверхности позволили выявить химическую основу серологической классификации азоспирилл и могут быть использованы при отборе конкретных штаммов для создания биоудобрений. Установлено изменение профиля флавоноидов в корнях пшеницы и кукурузы, индуцированное присутствием гликополимеров поверхности ассоциативных бактерий. Результаты проведенных исследований существенно расширяют представления о механизмах взаимодействия растений и микроорганизмов.
Выделены и проанализированы суммарные фракции внеклеточных полисахаридов ряда штаммов ризобактерий Paenibacillus polymyxa, стимулирующих рост и развитие растений. Установлено, что P. polymyxa 92 при культивировании на среде с сахарозой продуцирует в качестве ЭПС леван. Показано, что условия культивирования влияют на соотношение фракций, реологические и антигенные свойства синтезируемых ЭПС. Выявлена способность ЭПС ряда штаммов P. polymyxa вызывать деформации корневых волосков с различной интенсивностью, что свидетельствует в пользу предположения об их активной роли в процессах формирования растительно-микробных ассоциаций. Полученные результаты позволяют прогнозировать возможность использования культур P. polymyxа с целью получения экзополисахаридов, обладающих ценными свойствами и биологической активностью.

Сведения о поддержке исследований Грантами
– Грант РФФИ № 02-04-48224-а (2002-2004 гг.) «Структура липополисахаридов и О-специфических полисахаридов бактерий рода Azospirillum». (Руководитель проекта Игнатов В.В.).
– Гранты РФФИ №№ 02-04-06956-мас (2002 г.), 03-04-06598-мас (2003 г.) – Программа поддержки молодых ученых (для проекта 02-04-48224). (Руководитель проектов Федоненко Ю.П.).
– Грант РФФИ № 05-04-48123-а (2005-2007 гг.) «Сравнительное исследование структуры липополисахаридов и О-специфических полисахаридов серологически родственных штаммов бактерий рода Azospirillum». (Руководитель проекта Игнатов В.В.).
– Грант Президента РФ МК-1514.2005.4 (2005-2006 гг.) для поддержки молодых российских ученых и ведущих научных школ. (Руководитель проекта Федоненко Ю.П.).
– Гранты Президента РФ НШ-1529.2003.4 (2003-2005 гг.); НШ-6177.2006.4 (2006-2007 гг.); НШ-3171.2008.4 (2008-2009 гг.) для поддержки молодых российских ученых и ведущих научных школ. (Руководитель проекта Игнатов В.В.).
– Грант РФФИ № 08-04-00669-а (2008-2010 гг.) «О-специфические полисахариды ризобактерий рода Azospirillum: исследования структуры и влияния на неё растительных соединений фенольной природы». (Руководители проекта Коннова С.А., Игнатов В.В.).
– Гранты РФФИ «Научная работа молодого ученого из Учреждения Российской академии наук Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, г. Саратов, в Учреждении Российской академии наук Институте органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, г. Москва» 07-04-90836_моб_ст (2007-2008 гг.) (Руководитель проекта Федоненко Ю.П.); 10-04-90764_моб_ст (2010 г.) (Руководитель проекта Бойко А.С.); 11-04-90755-моб_ст (2011 г.) (Руководитель проекта Бойко А.С.).
– Грант РФФИ 11-04-00533-а (2011-2013 гг.) «Исследование строения и свойств липополисахаридов ассоциативных ризобактерий в связи с существованием в различных экологических нишах». (Руководители проекта Коннова С.А., Игнатов В.В.).
– Грант РФФИ 14-04-01658-а (2014-2016 гг.) «Исследование структурных особенностей липополисахаридов и их роли в формировании симбиотического фенотипа ассоциативных ризобактерий рода Azospirillum при существовании в стрессовых условиях». (Руководитель проекта Игнатов В.В.).
– Грант РФФИ 15-04-00353-а (2015-2016 гг.) «Структурно-функциональные особенности мембранных и внеклеточных углеводсодержащих полимеров почвенных бактерий в условиях антропогенной контаминации». (Руководитель проекта Федоненко Ю.П.).
– Грант РФФИ 18-34-00089 (2018-2020 гг.) «Структурные исследования гликополимеров поверхности клеток флокулирующих культур и биопленок бактерий рода Azospirillum». (Руководитель проекта Евстигнеева С.С.).
– Грант РНФ 18-74-00060 (2018-2020 гг.) «Липополисахариды рост-стимулирущих бактерий рода Azospirillum: структура и участие во взаимодействии с растениями». (Руководитель проекта Сигида Е.Н.).

Премирование сотрудников
Заслуженный деятель науки РФ В.В. Игнатов награжден Орденом Почета № 7557. Указ Президента РФ от 30.07.1999.
В 2006 г. профессор С.А. Коннова была награждена Почетной грамотой РАН и Профсоюза работников РАН «За многолетний добросовестный труд на благо отечественной науки, практический вклад в проведение фундаментальных и прикладных научных исследований».

Сведения о научно-педагогической деятельности
Профессор, д.б.н. Коннова С.А. – заведующий кафедрой биохимии и биофизики Саратовского национального исследовательского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского, читает курсы для студентов и аспирантов биологического и химического факультета: «Биохимия с основами молекулярной биологии», «Биохимия», «Основы гликологии», «Химия и биохимия углеводов», «Молекулярные механизмы коммуникации организмов», «Достижения современной биохимии и молекулярной биологии» (для слушателей Института дополнительного профессионального образования). Является членом Государственной экзаменационной комиссии и Государственной аттестационной комиссии.
Доцент, к.б.н. Федоненко Ю.П. – доцент кафедры биохимии и биофизики Саратовского национального исследовательского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского, преподаваемые дисциплины для студентов биологического факультета: «Биохимия», «Энзимология», «Биоинформатика», «Структурная и функциональная аннотация биополимеров».
К.х.н. Гринёв В.С. – доцент кафедры органической и биоорганической химии Саратовского национального исследовательского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского, преподаваемые дисциплины для студентов биологического, геологического факультетов, а также института химии и института истории и международных отношений: «Органическая химия», «Химия ч.2» (Органическая химия), «Химия пищи», «Стереохимия».
Под руководством сотрудников лаборатории ежегодно выполняются курсовые и дипломные проекты. За последние десять лет под руководством проф. Конновой С.А. и доц. Федоненко Ю.П. успешно прошли обучение в аспирантурах ИБФРМ РАН и СГУ более десяти человек.






Направление научных исследований
• Развитие методов электрофизического анализа бактериальных клеток при биоспецифическом взаимодействии (с антителами, бактериофагами и миниантителами) для решения вопросов детекции микроорганизмов и определения их жизнеспособности.
• Изучение электрофизических свойств микробных клеток при воздействии на них различными лекарственными веществами, в том числе антибиотиками и сульфаниламидными препаратами.
• Выделение и изучение бактериофагов из почвенных микроорганизмов рода Azospirillum.
• Изучение роли бактериофагов почвенных микроорганизмов в растительно-микробном взаимодействии.
• Развитие методов индикации бактериофагов на основе методов электрооптического и электроакустического анализа.

Основные достижения
Разработаны новые методические подходы изучения метаболического статуса и ферментативной активности микробных клеток, основанные на оптической детекции эффектов поляризуемости клеток при действии на них электрического зондирующего поля.
Разработан новый способ определения и идентификации бактерий при взаимодействии со специфическими биоселективными агентами (антителами, бактериофагами и миниантителами) с помощью методов электрооптического и электроакустического анализа клеточных суспензий.
Разработаны принципы применения метода электрооптического анализа клеточных суспензий для экспрессного мониторинга жизнеспособности микробных клеток. Впервые решена задача определения жизнеспособности бактерий при их инфицировании специфическим бактериофагом с использованием метода электрооптического анализа.
Изучены электрофизические свойства микробных клеток при взаимодействии с некоторыми лекарственными веществами, в том числе с -лактамными и аминогликозидными антибиотиками, а также тетрациклином и хлорамфениколом. Установлено, что электрооптические свойства микробных суспензий при действии b-лактамных антибиотиков у чувствительных и резистентных штаммов E. coli коррелируют с наличием плазмид устойчивости к данным антибиотикам. Впервые предложен метод определения устойчивости микробных клеток к действию антибиотиков с помощью электрооптического анализа клеточных суспензий.
Показана возможность определения спектра литической активности бактериофагов с использованием методов электрооптического и электроакустического анализа.
Из микробных клеток Azospirillum brasilense штаммов Sp7 и SR75, A. lipoferum штаммов Sp59b и SR65 впервые выделены бактериофаги, обозначенные как ΦAb-Sp7, ΦAb-SR75, ΦAl-Sp59b и ΦAl-SR65, соответственно. Изучены их основные биологические свойства и проведена характеристика выделенных бактериофагов, определено их таксономическое положение. У клеток A. brasilense штаммов Sp7 и SR75 и A. lipoferum штаммов Sp59b и SR65 обнаружено явление лизогении.
На примере бактериофагов ΦAl-Sp59b и ΦAl-SR65 показана возможность детекции вирусных частиц с помощью методов электрооптического и электроакустического анализа. Разработаны основы использования методов электрооптического и электроакустического анализа микробных суспензий для детекции бактериофагов в смеси бактериофагов и в присутствии посторонней микрофлоры.
На протяжении многих лет продолжается сотрудничество с научным руководителем фирмы EloSystems GbR (Германия) д.т.н. В.Д. Буниным. В результате выполнения совместных проектов разработаны и переданы в ИБФРМ РАН два новых электрооптических анализатора лабораторного типа EloAnalyser и EloNanoAnalyser (EloSystem GbR, Германия). Новые устройства не имеют мировых аналогов.
В группе за последние 10 лет были защищены три кандидатские диссертации.
Продолжаются совместные работы с сотрудниками лаборатории физической акустики Саратовского филиала Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институте радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова (г. Саратов).
Проводятся совместные исследования с сотрудниками кафедры материаловедения технологии и управления качеством факультета нано- и биомедицинских технологий СГУ Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского.
В.н.с., д.б.н. проф. Гулий О.И. состоит в Senior Editorial Board (SEB) Member of the American Journal of Current Microbiology, а также в редакционных коллегиях журналов «Проблемы особо опасных инфекций» и «Научная жизнь». С 2012 г. по настоящее время Гулий О.И. аккредитована в Федеральном реестре экспертов научно-технической сферы. Гулий О.И. с 2016 по настоящее время является экспертом Российской академии наук, а с 2019 г. включена в состав экспертного совета Высшей аттестационной комиссии (ВАК) при Министерстве образования и науки РФ по биологическим наукам.

Сведения о поддержке исследований Грантами
Исследования, проводимые сотрудниками группы, поддерживались грантами Президента РФ для молодых докторов наук и молодых кандидатов наук, грантом фонда содействия отечественной науки, грантами РФФИ, Министерства образования и науки РФ, CRDF, МНТЦ, НАТО и др.

Премирование сотрудников
О.И. Гулий является победителем конкурса «Лучшие ученые РАН: кандидаты и доктора наук за 2004 год» по специальности «биология». В 2005 году Гулий О.И. получила медаль и премию Европейской Академии наук для молодых ученых по специальности «Биология».

Сведения о научно-педагогической деятельности
С 2012 г. Гулий О.И. совмещает научную работу с работой в должности профессора кафедры микробиологии, биотехнологии и химии ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова». В ИБФРМ на базе лаборатории биохимии создан филиал кафедры микробиологии, биотехнологии и химии Саратовского ГАУ им. Н.И. Вавилова. В рамках Учебно-научного центра в группе ведутся исследовательские работы по подготовке курсовых и дипломных работ студентов СГУ им. Н.Г. Чернышевского и СГАУ им. Н.И. Вавилова.



Группа биоспектроскопии


Направления научных исследований
Коммуникация в растительно-бактериальных симбиозах, опосредованная сигнальными молекулами различной химической природы.
Изучение молекулярных механизмов растительно-микробных взаимодействий и механизмов адаптации микропартнера при воздействии различных факторов с использованием спектроскопических подходов.
В рамках этих направлений под руководством д.б.н. Антонюк Л.П. (до ноября 2017 г.) изучалось участие растительных и бактериальных лектинов в «молекулярном диалоге» растения-хозяина и его микросимбионтов, в том числе в регуляции физиологических переходов покой–размножение у азоспирилл. Основной моделью для исследования является ризосимбиоз пшеницы и его природного эндосимбионта Azospirillum brasilense Sp245. Помимо лектинов, обеспечивающих высокоспецифичные взаимодействия, изучаются алкилрезорцины – представители функциональной группы неспецифических регуляторов и адаптогенов.
В настоящее время исследуются свойства и поведение микросимбионтов растительно-бактериальных ассоциаций, в первую очередь бактерий рода Azospirillum, в процессах их адаптации к различным стрессам, в том числе вызванным тяжелыми металлами и азотным голоданием; образование и свойства биопленок; изучается биосинтез, накопление и свойства биополимеров из группы полигидроксиалканоатов (ПГА) азоспириллами, в частности – поли-3-гидроксибутирата (ПГБ; гомополимер) в клетках различных штаммов ризобактерии A. brasilense.
Изучается способность азоспирилл к восстановлению соединений селена в степени окисления +4, +6 (селенитов, селенатов) и золота в степени окисления +3 ([AuCl4]–), в том числе с образованием наночастиц.

Основные достижения
Описан первый высокоспецифичный молекулярный сигнал для ассоциативных и эндофитных растительно-бактериальных симбиозов. Им оказался экскретируемый растением белок (лектин) – агглютинин зародышей пшеницы (АЗП). Установлено, что ответ симбионта пшеницы A. brasilense на АЗП является специфичным и плейотропным (многокомпонентным), аналогично ответу лимфоцитов человека на лектиновые и другие митогенные сигналы.
Показано, что лектин пшеницы влияет на физиологические процессы у A. brasilense, важные для формирования и функционирования симбиоза: стимулирует размножение азоспирилл, усиливает азотфиксацию и продукцию фитогормона ИУК; приводит к модификации клеточной поверхности (что важно для колонизации растения); влияет на подвижность бактерий, в том числе на коллективные формы подвижности, и вызывает ряд других изменений метаболизма бактерии. К настоящему времени описано 14 составляющих клеточных ответа A. brasilense на АЗП.
Выделен, очищен и частично охарактеризован лектин A. brasilense Sp245 с молекулярной массой 40 кДа. Установлено, что данный лектин, как и АЗП, специфичен к олигомерам N-ацетил-D-глюкозамина, что позволяет предположить наличие у этих двух лектинов сходных функций в условиях симбиоза пшеницы и A. brasilense.
Создана коллекция сортов яровой мягкой пшеницы, контрастных по содержанию АЗП в семенах; часть сортов коллекции используется в экспериментах по получению доказательств роли АЗП в формировании ризосимбиозов у пшеницы.
Впервые для ферментов, в том числе у которых функционирование протекает с обязательным участием двух катионов металла в активном центре (биядерный катализ; two-metal-ion catalysis), показана возможность использования эмиссионного варианта мёссбауэровской (ядерной гамма-резонансной) спектроскопии (на ядрах 57Co) для изучения организации металл-связывающих сайтов активных центров. Изучены особенности организации и функционирования данных сайтов в активном центре глутаминсинтетазы A. brasilense при гомобиядерном (Co2+) и при гетеробиядерном катализе (Mn2+ и Co2+). Описан новый тип регуляции глутаминсинтетазы A. brasilense (через лектин пшеницы, молекулярный сигнал растения-хозяина), охарактеризованы другие структурные и функциональные особенности данного фермента.
Изучена реакция A. brasilense на различные стрессы – азотное голодание, окислительный стресс, а также стресс, вызванный присутствием тяжелых металлов (Cd, Cu, Co и Zn) с использованием методов колебательной спектроскопии (ИК-фурье-спектроскопии в различных режимах измерения; спектроскопии комбинационного рассеяния).
Исследовано влияние тяжелых металлов (Cd и Cu) на продукцию фитогормона ИУК азоспириллами. Изучены процессы комплексообразования и абиотического окисления фитогормонов ауксинового ряда, включая ИУК.
Исследовано влияние 5-метил- и 4-н-гексилрезорцина, представителей функциональной группы неспецифических регуляторов и адаптогенов, на рост, стрессоустойчивость и подвижность бактерий рода Azospirillum. Продемонстрирована способность азоспирилл преодолевать ингибирующее действие 4-н-гексилрезорцина; показано, что данный гексилрезорцин индуцирует синтез лакказоподобной оксидазы у азоспириллы, предположительно участвующей в его детоксикации. С применением ряда спектроскопических методов показана возможность абиотической окислительной деградации некоторых алкилрезорцинов в условиях, соответствующих кислым почвам, в присутствии железа(III); выявлена существенная зависимость кинетики редокс-процессов от структуры алкилрезорцинов (длины и положения алкильных заместителей C1 – C6).
С помощью ИК-фурье-спектроскопии впервые продемонстрирована способность бактерий накапливать в клетках разной глубины покоя и при различных видах стресса поли-3-гидроксибутират (ПГБ) различной степени кристалличности. Показано, что по мере углубления покоя при исчерпании питательных веществ среды культура A. brasilense в первую очередь расходует более аморфную фракцию ПГБ.
Полученные результаты могут лечь в основу разработки принципиально нового типа агробиотехнологии для экологически чистого растениеводства. Изучение процесса синтеза и накопления внутриклеточных полигидроксиалканоатов почвенными бактериями рода Azospirillum и характеристика их физико-химических свойств важны для повышения стрессоустойчивости бактерий, а также могут быть использованы в биотехнологии экологически безопасных биоразлагаемых полимеров.
Впервые для азоспирилл описана способность штаммов A. brasilense Sp7 и Sp245, а также A. thiophilum BV-S восстанавливать селенит (SeO₃^2–) до элементарного селена в красной модификации. С использованием просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), спектроскопии энергетических потерь электронов (EELS) и рентгенофлуоресцентного анализа (РФА) было показано внутриклеточное накопление элементарного селена обоими штаммами в виде наночастиц диаметром 50–400 нм. С помощью методов колебательной спектроскопии исследованы свойства и состав биоорганической оболочки биогенных наночастиц селена, полученных в различных условиях. Полученные результаты показывают потенциальную возможность использования азоспирилл как микросимбионтов в процессах фиторемедиации и при культивировании злаковых на загрязненных соединениями селена почвах. Способность азоспирилл синтезировать наночастицы селена может представлять интерес для нанобиотехнологии.
Ведутся исследования по изучению восстановления золота(III) азоспириллами (включая мутантный штамм с измененными свойствами и составом клеточной поверхности) до элементарного золота (в том числе с образованием золотых наночастиц) с использованием ряда инструментальных методов (ПЭМ, РФА, EELS).
Исследования группы поддерживались грантами РФФИ, Комиссии РАН по работе с молодежью, ФЦП «Интеграция», Корпорации “Сибирское здоровье”, INTAS, NATO, а также научными стипендиями FEMS, EMBO, UNESCO.
Стало традиционным многолетнее плодотворное сотрудничество по линии безвалютного академического обмена с венгерскими коллегами из лаборатории ядерной химии Университета им. Л. Этвеша (Eötvös Loránd University) и лаборатории ризобиологии Исследовательского института почвоведения и агрохимии Венгерской академии наук (Research Institute for Soil Science and Agricultural Chemistry, Hungarian Academy of Sciences), г. Будапешт. Налажены и активно развиваются творческие контакты с лабораторией химии Аграрного университета г. Афины, Греция (Agricultural University of Athens) и Биомедицинским исследовательским центром Университета Шеффилд Хэллам (Sheffield Hallam University), г. Шеффилд, Великобритания. В группе начаты исследования структуры и свойств нативных и химически модифицированных биополимеров растительного и микробного происхождения и композитов на их основе совместно с Институтом биоструктуры и биоимиджинга Национального исследовательского комитета Италии, г. Неаполь (Institute of Biostructure and Bioimaging, National Research Council, Naples, Italy) и Институтом химии высокомолекулярных соединений НАНУ, г. Киев. Начато и развивается также сотрудничество с физическим факультетом Белорусского государственного университета (г. Минск, Республика Беларусь) в области экспериментального и теоретического исследования структурных особенностей модельных и биологических молекул, включая микробные биополимеры, методами колебательной спектроскопии.
В группе защищено 8 кандидатских и 2 докторских диссертации. За последние 5 лет сотрудниками группы опубликовано более 40 экспериментальных и обзорных статей в отечественных и зарубежных научных журналах и книгах.