
Создана в 2004 г.
![]() |
Зав. лаб., д.б.н. Леонтьевский Алексей Аркадьевич (leont@ibpm.pushchino.ru) |
2004 г. – основание лаборатории в составе Отдела аналитической биохимии.
Основное направление исследований
Основные достижения
1) Создана научная картина микробного метаболизма особо устойчивых фосфорорганических соединений – органофосфонатов, в том числе опасных загрязнителей окружающей среды (гербицид глифосат, аминометилфосфонат и др.)
Включает более 40 высокоэффективных штаммов, разлагающих глифосат, метилфосфоновую кислоту и иные соединения
Анализ фосфонатов и их метаболитов в виде ацильных, бензоильных и дансильных производных хроматографическими методами отличается высокой специфичностью и чувствительностью; для ключевых ферментов метаболизма фосфонатов отработаны спектрофотометрические экспресс-методы измерения активности
- Показано широкое распространение редкой глифосат-специфичной С–Р лиазы у почвенных бактерий, выделенных из сред, загрязненных фосфонатами, а также высокая вариабельность состава С–Р лиазного комплекса у различных таксонов бактерий
- У представителей родов Ochrobactrum и Achromobacter обнаружен новый путь катаболизма фосфонатов, в том числе гербицида глифосата, с участием генов фосфонатазного оперона
- Впервые выделен и охарактеризован фермент первичной атаки гербицида глифосата – глифосат-оксидоредуктаза, доказана его цитоплазматическая локализация, изучен субъединичный состав и структурно-функциональная организация
- Впервые выделены и подробно охарактеризованы новые фосфонатазы ахромобактеров; показано существование двух активных изоформ фосфонатазы у Achromobacter insolitus; доказано, что обе изоформы являются продуктами одного гена, но различаются по своей структуре
- Получены полногеномные сиквенсы наиболее активных бактерий-деструкторов глифосата, изучена организация генов, обеспечивающих синтез и катаболизм фосфонатов у родов Ochrobactrum и Achromobacter
Рис. 1. Локализация ключевых генов, обеспечивающих утилизацию фосфонатов, на хромосоме штамма A. insolitus Kg 19 (выполнено на основе референсного генома A. insolitus LCu2). Видно необычное разнообразие кластеров генов трансмембранных переносчиков фосфонатов PhnCDE
2) Заложены основы для разработки методов биоремедиации почвенных сред, загрязненных органофосфонатами
Подробные данные о сорбции и миграции глифосата по почвенному профилю позволяют точно определять степень биодоступности гербицида для микроорганизмов
Специально подобранные почвенные штаммы родов Ochrobactrum и Achromobacter обеспечивали минерализацию гербицида и его производных без накопления устойчивых интермедиатов, а также восстановление биологических и токсикологических свойств почвы. Работа проводилась совместно с Научно-исследовательским центром токсикологии и гигиенической регламентации биопрепаратов (НИЦ ТБП) – филиалом ФГБУ «ГНЦ Институт иммунологии» ФМБА России
Рис. 2. Кристалл и трехмерные структуры двухдоменной лакказы стрептомицетов.
- глифосат подавляет рост и жизнедеятельность впервые подвергшейся его воздействию почвенной микрофлоры. Интродукция штаммов-деструкторов обеспечивает исчерпание загрязнителя, после чего аборигенная микрофлора постепенно вытесняет интродуцированную
- напротив, в почвах, постоянно подверженных воздействию глифосата при недостатке фосфатов, происходит отбор штаммов с высочайшей эффективностью утилизации органофосфонатов. Из сельскохозяйственных почв Белгородской области, длительное время подвергавшихся воздействию пестицидов, выделен новый штамм Ochrobactrum, по своим ростовым и биодеструктивным характеристикам превосходящий большинство известных бактерий-деструкторов органофосфонатов
3) Изучены новые лигнинолитические ферменты грибов, бактерий и лишайников, обладающие уникальными свойствами и большим практическим потенциалом
Лакказа лишайников представлена двумя формами – высокомолекулярной и низкомолекулярной с различными каталитическими свойствами, в определённых условиях высокомолекулярная форма превращается в низкомолекулярную. Эти ферменты трансформируют органическое вещество почвы и полимеризуют фенольные соединения, что указывает на важную роль лишайников в процессах почвообразования. На основании данных исследования метагенома лишайников показано, что лакказы – гетерогенная группа ферментов, не имеющая очевидного общего предка и объединенная только каталитической активностью и наличием консервативных медь-связывающих доменов
Из наиболее активного штамма C. unicolor получены две изоформы лакказ (термостабильная и нетермостабильная). Проведена характеристика обеих изоформ, включая трехмерное моделирование; идентифицированы и охарактеризованы соответствующие гены
В геномах стрептомицетов обнаружены гены, кодирующие двухдоменные лакказы, свойства которых заметно отличаются от ранее исследованных трехдоменных лакказ. Получены препараты рекомбинантных ферментов такого типа, показано, что двухдоменные лакказы нечувствительны к ряду типичных ингибиторов лакказ, работают при нейтральных и щелочных значениях рН, обладают высокой термостабильностью – сохраняют активность при температуре 100 °C в течение часа. Обнаружено, что двухдоменные лакказы бактерий рода Streptomyces при щелочных значениях рН трансформируют гуминовые вещества путём их полимеризации и сополимеризации с фенольными соединениями и с гуминовыми веществами, то есть существенно влияют на образование почв
Совместно с Институтом белка РАН получены кристаллы рекомбинантных белков, по результатам рентгено-структурного анализа рассчитаны их трехмерные структуры с разрешением 2,4-2,7 Å. Показано, что молекула двухдоменной лакказы является гомотримером. Впервые обнаружено необычное место связывания азида натрия в активном центре двухдоменных лакказ, что объясняет нечувствительность лакказ такого типа к типичным ингибиторам
Фермент C.unicolor позволил синтезировать сополимер 2,5-дигидроксибензойной кислоты и желатина. Совместно с Институтом биофизики клетки РАН (обособленное подразделение ФИЦ ПНЦБИ РАН) показана высокая эффективность нового соединения против вирусов герпесной группы, исследована токсичность как на культуре клеток, так и для лабораторных животных
4) Получение препаратов промышленно значимых гидролаз
Методика быстрого скрининга ферментов на основе анализа геномных последовательностей микроорганизмов позволяет проводить отбор большого массива белков с оценкой их свойств, отбором оптимальных вариантов и последующим созданием рекомбинантных продуцентов отобранных ферментов. С использованием данной технологии создан ферментный препарат для осахаривания кормов животных, состоящий из ксиланазы, целлюлазы, бета-глюканазы и отличающийся высокой удельной активностью, высокой термостабильность, нейтральным оптимумом рН
Опубликовано 65 научных статей, 2 главы в монографиях. Защищено 4 кандидатских диссертаций, получено 4 патента на изобретения. Выполнено 18 проектов по грантам РФФИ, РНФ, соглашениям Минобранауки, по международным контрактам.
-
142290 Московская область, г.Пущино, пр-т Науки, д.5, Тел.: +7(4967)733962, adm@ibpm.ru, www.ibpm.ru