Home ЛАБОРАТОРИЯ ЭВОЛЮЦИОННОЙ БИОХИМИИ


[Руководитель Лаборатории] [Состав Лаборатории] [Области интересов] [Основные результаты последних лет] [Инновационная деятельность] [Уникальные/редкие методы исследования] [Межинститутские и международные связи] [Текущие гранты] [Гранты, выполненные в Лаборатории] [Избранные публикации]





Руководитель Лаборатории:

    КРИЦКИЙ Михаил Сергеевич, профессор, доктор биологических наук

    тел.:  (495)-952-3431
    факс: (495)-954-2732
    e-mail: mkritsky ЭТ inbi.ras.ru

вверх

Состав Лаборатории:
(e-mail сотрудников даны в разделе "Телефоны и электронные адреса сотрудников Института")

    Белозерская Т.А,. в.н.с., д.б.н.
    Гесслер Н.Н., с.н.с., к.б.н.
    Колесников М.П., с.н.с., к.б.н.
    Людникова Т.А., с.н.с., к.б.н.
    Телегина Т.А., с.н.с., к.б.н.
    Филиппович С.Ю., с.н.с., к.б.н.
    Бачурина Г.П., н.с., к.б.н.
    Вечтомова Ю.Л., н.с., к.б.н.
    Свиридов Е.А,. н.с., к.б.н.
    Егорова А.С., м.н.с.
    Буглак А.А., асп.

вверх

Область интересов:

    Исследование проблем эволюционной биохимии и происхождения жизни проводится в Институте с середины прошлого века. Хотя очевидна связь этих исследований с классическими трудами Александра Ивановича Опарина (1894-1980), лаборатория, в названии которой фигурирует термин "эволюционная биохимия", появилась в составе Института уже после его кончины. Сегодня работа лаборатории сфокусирована, в основном, на анализе эволюции примитивных фотобиологических систем в рамках темы «Функционирование низкомолекулярных биорегуляторов - фотовозбужденных молекул коферментов и активных форм кислорода» , № госрегистрации 01200952334, руководитель - заведующий лабораторией д.б.н., проф. М.С. Крицкий.

         Фотовозбужденные молекулы коферментов в эволюции. Функционирующие в организмах рецепторы света трансформируют энергию фотона в энергию химических связей (фотосинтез), либо в информационный сигнал (зрение, разнообразные фоторегуляторные системы). Для того, чтобы понять становление этих фоторецепторов недостаточно проследить эволюцию апобелков. Не менее важно понять, благодаря каким свойствам и особенностям структуры молекулы хромофоров оказались отобраны на роль рецепторов фотона.
         Особый интерес представляют молекулы, функции которых в отличие от других пигментов, например, хлорофилла, не ограничены фотобиологическим процессом. Речь идет о коферментах, незаменимых участниках «темнового» биокатализа, некоторые из которых стали участниками фоторецепторного процесса. Это - флавины (ФМН, ФАД, 8-гидрокси-дезазарибофлавин) и птерины – 5,10-метенилтетрагидрофолат и некоторые другие птерины. Эти молекулы поглощают свет в белках-фоторецепторах, открытых сегодня в организмах всех царств живой природы. Возникает вопрос, когда и как произошел этот отбор?
         Поиск ответа базируется на двух направлениях экспериментальной работы:
         - для выявления селективных признаков, существенных для отбора фоторецепторных хромофоров в белках, проводится исследование фотохимических свойств флавинов, а также, менее изученных птеринов, в т.ч., фолатов, в сочетании с квантово-химическим анализом структуры этих молекул;
         - с целью установления роли флавинов и птеридинов в ранней эволюции исследуются модели моделируется абиогенное формирование на их основе функциональных прототипов фотосинтеза. Основное внимание уделяется моделям, трансформирующим энергию света в энергию АТФ.
         Трансдукция сигнала в флавопротеиновой фоторегуляторной системе. Исследуются особенности трансдукции сигнала, генерируемого флавопротеиновым фоторецептором – белком WCC (White Collar Complex) в клетках гриба Neurospora crassa. Рецепцию фотона в этом белке осуществляет флавин, связанный с LOV-доменом, который у грибов, растений и бактерий функционирует в белках-фоторецепторах, а у ряда бактерий в качестве играет роль редокс сенсора в «темновых» процессах. Данный раздел тематически переплетается с проводимым под руководством д.б.н. Т.А.Белозерской анализом регуляторной роли активных форм кислорода (АФК) в грибной клетке.
         Исследование роли активных форм кислорода (АФК) и антиоксидантных систем грибов (группа д.б.н.Т.А.Белозерской). Исследуется роль фоторецептора WCC в трансдукции сигнала АФК у N. crassa, влияние на морфогенез гриба гидроксилированных производных жирных кислот, образующихся под действием АФК, а также роль АФК в регуляции антиоксидантных систем у грибов Чернобыльской зоны.

вверх

Основные результаты последних лет:

        Фотовозбужденные молекулы коферментов в эволюции. Выявлен комплекс редокс фотореакций биоптерина и его восстановленных производных, в том числе, кофермента тетрагидробиоптерина; обнаружено различие механизма фотовосстановления фолиевой кислоты и неконъюгированных птеринов; Отмечено, что флавины и птеридины, функционирующие в белках-фоторецепторах, резко выделяются из совокупности структурно родственных молекул высоким значением молярного поглощения и сравнительно длинноволновым положением максимума поглощения. Показано, что 5,10-метенилтетрагидрофолат (антенный хромофор ДНК-фотолиаз и криптохромов) существенно более устойчив к фотодеструкции, чем другие восстановленные фолаты, причем процесс фотодеструкции парадоксально тормозится кислородом.
        Модели. Показано, что фотофосфорилирование молекул АМФ и АДФ, связанных с матрицей могло обеспечить абиогенное образование АТФ с выходом до 30-35% и квантовой эффективностью около 20 %. Матрицей могла служить поверхность минеральных частиц, например, силикатов, а также продукты термолиза аминокислот - полимеры, конъюгированные с абиогенными сенсибилизаторами флавиновой и птеридиновой природы. Преимущественное образование флавина, либо птеридина, и, как следствие, изменение спектра действия процесса, определялось составом смеси аминокислот-предшественников. Абиогенным источником 5`-АМФ, как установлено, мог служить термолиз смеси рибозы, ортофосфата, глицина, глутамина, аспартата, формиата и диоксида углерода (бикарбоната), т.е. соединений, служащих сегодня биосинтетическими предшественниками этого нуклеотида в клетке.
        На основе мультигемового цитохрома (нитритредуктазы из Thioalkalivibrio nitratireducens) разработан макет молекулярного устройства со светозависимой электронной проводимостью, в котором электрон инжектируется в ЭТЦ белка флавиновым фотокатализатором, который осуществляет перенос электрона от высокопотенциального донора, только находясь в возбужденном состоянии.
        Трансдукция сигнала в флавопротеиновой фоторегуляторной системе: оксид азота (NO) как возможный участник. Современные представления о роли NO в грибной клетке противоречивы. Нами в клетках гриба-аскомицета Neurospora crassa выявлена ферментативная активность, катализирующая окисление аргинина кислородом с образованием цитруллина и NO. По ряду свойств эта активность сходна с индуцибельными NO-синтазами животных, обнаружен белок, связывающий поликлональные антитела против индуцибельной NO-синтазы животного происхождения. Показано, что выход нитрата и нитрита (катаболитов NO) из клеток nit -мутантов N.crassa зависит от света.
        Трансдукция сигнала в флавопротеиновой фоторегуляторной системе: функции WCC в грибной клетке не ограничены фоторецепцией. Обнаружено, что мутантное повреждение фоторецепторного комплекса индуцирует синтез цианид-резистентной оксидазы и включение альтернативных путей переноса электронов, что указывает на причастность WCC-фоторецепторного комплекса к передаче внутриклеточного сигнала АФК (группа д.б.н. Т.А.Белозерской).
        Активные формы кислорода и антиоксидантные системы грибов. Установлено, что грибы, выделенные из зоны отчуждения Чернобыльской АЭС, на порядок более устойчивы к окислительному стрессу, чем аналогичные виды из зон с фоновым уровнем радиоактивности. Показано, что в клетках грибов могут реализоваться разные стратегии антиоксидантной защиты. Например, у Neurospora crassa основная нагрузка ложится на систему ферментативной детоксикации активных форм кислорода (АФК), в т.ч., активную Cu/Zn-СОД, а накопление каротиноидов обеспечивает лишь дополнительную фотопротекторную функцию. При другой стратегии (у Blakeslea trispora) ферменты детоксикации АФК подвержены легкой деструкции, что компенсируется накоплением антиоксиданта - бета-каротина. Показано наличие меланиновых пигментов у светлоокрашенных видов грибов из зоны ЧАЭС-индикаторов высокой степени радиоактивного загрязнения. Показано, что оксигенированные производные ненасыщенных жирных кислот являются регуляторами характера воспроизведения (т.е., выбора полового, либо бесполого цикла развития) у N. crassa (группа д.б.н. Т.А.Белозерской).

вверх

Инновационная деятельность:

        В лаборатории ведутся работы по усовершенствованию запатентованного ранее способа получения лекарственного средства – кальция фолината (Крицкий М.С., Телегина Т.А., Земскова Ю.Л., Рудакова И.П., Надточий М.А., Колесников М.П.(2004) «Способ получения кальция фолината», патент РФ № 2241711 с целью патентования новой версии процесса.

вверх

Уникальные/редкие методы исследования (на базе собственного оборудования), имеющиеся в лаборатории:

        Лаборатория располагает комплексом компьютеризированных приборов для фотохимических экспериментов и идентификации продуктов фотореакций (регистрирующие спектрофотометры с встроенными дополнительными источниками монохроматического облучения для возбуждения образца в УФ и видимой области, ВЭЖХ-хроматограф, оснащенный абсорбционным, флуоресцентным и электрохимическим детекторами, спектрофлуориметры, в т.ч., для регистрации низкотемпературных спектров эмиссии и возбуждения флуоресценции и фосфоресценции образцов и др.).

вверх

Межинститутские и международные научные связи:

    Институт физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ
    Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Пущино)
    Институт физики Санкт-Петербургского государственного университета
    Institut fur Medizinische Chemie und Biochemie der Leopold-Franzens Universitat Innsbruck (Австрия)
    lnstituto de lnvestigaciones Fisicoquimicas Teoricas y Aplicadas (INIFTA), Universidad Nacional de La Plata, Argentina.
    Институт микробиологии и вирусологии АН Украины им. Д. К. Заболотного, Киев (Украина)
    Институт биофизики и клеточной инженерии НАН республики Беларусь (Минск)
    В рамках проектов, финансировавшихся грантами РФФИ и БНТС Австрии проведены совместные исследования с Инсбрукским медицинским университетом, а также рабочие семинары по биохимии и фотохимии птеринов (рук. М.С.Крицкий).
    Осуществляется совместная работа с Институтом микробиологии и вирусологии им. Д.К.Заболотного НАН Украины – имеются совместные публикации (рук. Т.А.Белозерская).
    В рамках соглашения о научно-техническом обмене между Российской Федерацией и ЮАР М.С.Крицкий в 2007 г. прочитал цикл лекций в Университете г.Блюмфонтейн (ЮАР).
    Сотрудники лаборатории регулярно выезжают в страны ближнего и дальнего зарубежья для выступления с докладами на научных конференциях.

вверх


Текущие гранты:

    1. Программа фундаментальных исследований Президиума РАН П 28 «Происхождение и эволюция биосферы: от космохимии к биогеохимии». 2011-2013 г.г.
    Тема: Физико-химическое моделирование абиогенного синтеза предбиологически значимых соединений, в том числе, АТФ и других коферментов, и анализ их возможных функций в примитивном метаболизме.
    руководитель М.С. Крицкий.
    2. РФФИ, 2011 -2013, 11-04-01007-а,
    Фотосенсорные функции флавинов и птеринов. Исследование свойств возбужденных молекул, трансдукции фотосигнала в клетке и эволюции
    руководитель М.С. Крицкий.

вверх

Гранты, выполненные в лаборатории:

    1. РФФИ, 2004-2006, 04-04-49625-а,
    Исследование фотохимических свойств коферментов и их функций в светозависимом биокатализе и фоторецепции (рук. М.С. Крицкий).
    2. Программа фундаментальных исследований Президиума РАН П 25 «Проблемы зарождения биосферы Земли и ее эволюции», 2004–2006,
    Тема: Моделирование абиогенных фотокаталитических систем, способных к синтезу макроэргических соединений.(рук. М.С. Крицкий)
    3. РФФИ, 2005-2007, 05-04-49528-а,
    Механизмы адаптации микроскопических грибов к действию стессорных факторов. (Рук. Т.А.Белозерская)
    4. РФФИ, 2006-2008, 06-04-90599-БНТС-а,
    Коферментные производные птеридина в фотобиологических процессах. (рук. М.С. Крицкий).
    5. Программа фундаментальных исследований Президиума РАН П 25 «Проблемы зарождения биосферы Земли и ее эволюции», 2007-2008,
    Тема: Моделирование абиогенных фотокаталитических систем, способных к синтезу макроэргических соединений.(рук. М.С. Крицкий)
    6. РФФИ, 2007-2009, 07-04-00460-а,
    Фотохимические функции коферментных производных птеридина и их эволюция. (рук. М.С. Крицкий).
    7. РФФИ, 2008-2010, 08-04-01833-а,
    Исследование механизмов резистентности микроскопических грибов к экстремальным условиям существования (рук. Т.А.Белозерская).
    8. Программа фундаментальных исследований Президиума РАН П 24 «Происхождение биосферы и эволюция гео-биохимических систем». Тема: «Физико-химическое моделирование абиогенного синтеза аденозинтрифосфата (АТФ) и других коферментов», 2009-2010, (рук. М.С. Крицкий)

вверх

Избранные публикации:

    1. Крицкий М.С., Колесников М.П., Телегина Т.А. (2007). Моделирование абиогенного синтеза АТФ // Доклады Академии наук. Т. 417. № 2. С. 265-268.
    2. Филиппович С.Ю., Бачурина Г.П., Крицкий М.С. (2007) Исследование выброса нитрата и нитрита из клеток мутантов Neurospora crassa , лишенных нитрат- и нитритредуктазной активности // Прикл. биохим. и микробиол. , Т. 43, № 3, С.331-337.
    3. Белозерская Т.А., Гесслер Н.Н. (2007). Активные формы кислорода и стратегия антиоксидантной защиты у грибов // Прикл. биохим. микробиол. Т.43. №5, С. 565-575.
    4. Гесслер Н.Н., Аверьянов А.А., Белозерская Т.А. (2007). Активные формы кислорода в регуляции развития грибов // Биохимия, Т. 72. № 10. С. 1342-1364.
    5. Гесслер. Н.Н., Рудченко М.Н., Белозерская Т.А. (2008) Изменение активности компонентов антиоксидантной защиты под действием стрессорных факторов у Neurospora crassa дикого типа и мутантов по фоторецепторному комплексу // Микробиология. Т. 77. № 2. С. 163-170.
    6. Kolesnikov M.P., Telegina T.A., Lyudnikova T.A., Kritsky M.S. (2008) Abiogenic photophosphorylation of ADP to ATP sensitized by flavoproteinoid microspheres // Orig.Life&Evol.Biosph. V. 38. № 2. P. 243-255.
    7. Асланиди К.Б., Иванова А.Е., Гесслер Н.Н. Егорова А.С. Белозерская Т.А. (2009). Сравнительное исследование адаптации к факторам окислительного стресса у штамма мицелиального гриба Paecilomyces lilacinus из зоны отчуждения ЧАЭС и штаммов того же вида, обитавших на территориях с фоновым уровнем радиоактивного загрязнения // Рад. биол. радиоэкол. Т. 49. № 4. С. 425–431.
    8. Людникова Т.А. Дашина О.А. Телегина Т.А. Крицкий М.С. (2009) Исследование фотохимических свойств биоптерина и его восстановленных форм // Прикл. биохим. микробиол. Т. 45. № 4. С. 117-123.
    9. Крицкий М.С., Людникова Т.А., Слуцкая Э.С., Филимоненков А.А., Тихонова Т.В., Попов В.О. (2009) Фотовозбужденные флавины и птерины как инжекторы электрона в мультигемовый цитохром // Доклады Академии наук. Т.424. № 2. С. 261-264.
    10. Вечтомова Ю.Л., Телегина Т.А., Колесников М.П., Крицкий М.С. (2010) Фотобиохимия фолатов: фотохимическое восстановление фолиевой кислоты // Прикл. биохим. микробиол. Т. 46. № 3. C. 372-378.
    11. Телегина Т. А., Колесников М. П., Вечтомова Ю. Л. (2010) Фотоактивируемые матрицы в процессах предбиологической эволюции // Химия высоких энергий. Т. 44, № 3. С. 256–261.
    12. Гроза Н.В., Мягкова Г.И., Гесслер Н.Н., Белозерская Т.А. (2010) Оксилипины грибов // Микология и фитопатология. Т. 44. № 4. С. 285-298.
    13. Крицкий М.С., Телегина Т.А., Колесников М.П., Людникова Т.А., Вечтомова Ю.Л., Голуб О.А. (2010) Фотовозбужденные молекулы флавиновых и птериновых коферментов в эволюции. // Биохимия. Т. 75. № 10. С. 1348-1366.
    14. Филиппович С.Ю. (2010) NO-синтазы бактерий // Биохимия. Т. 75. № 10. С. 1367–1376.
    15. Belozerskaya Т., Aslanidi K., Ivanova А., Gessler N., Egorova A., Karpenko Yu. and Olishevskaya S. (2010) Characteristics of extremophylic fungi from Chernobyl nuclear power plant // In: Current Research, Technology and Education Topics in Applied Microbiology and Microbial Biotechnology. (Ed. A. Mendez Vilas). Formatex Research Center, Spain, 2010, V. 1. P. 88-94.
    16. Averyanov A.A., Belozerskaya T.A., Gessler N. N. (2012) Fungus development and reactive oxygen: Phytopathological aspects. In: Biocommunication of Fungi (Еd.G.Witzany). Springer. P. 261-271.
    17. Belozerskaya T., Gessler N., Isakova E., Deryabina Yu. (2012) Neurospora crassa light signal transduction is affected by ROS // J. Signal Transduct. V. 2012, doi: 10.1155/2012/791963, 13 pages.
    18. Гесслер Н.Н., Филиппович С.Ю., Бачурина Г.П., Гроза Н.В., Дородникова Е.А., Белозерская Т.А. (2012) Действие оксилипинов на рост и дифференцировку Neurospora crassa. // Микробиология. Т. 81. №. 5. P. 587–593.
    19. Kritsky M.S., Telegina T.A., Lyudnikova T.A., Kolesnikov M.P., Vechtomova Yu.L., Dashina O.A., and Sviridov E.A.( 2012) Photochemistry of coenzymes as a field of evolution studies. // In: Problems of Biosphere Origin and Evolution (ed. E. M.Galimov). Nova Science Publishers Inc., N-Y, USA. (In press).
    20. Крицкий М.С., Телегина Т.А., Вечтомова Ю.Л., Колесников М.П., Людникова Т.А., Буглак А.А. (2012) Фотохимические реакции флавинов в эволюции процессов преобразования энергии Солнечного излучения. // В кн. «Происхождение и эволюция биосферы» (ч.2) М:. Урсс, P 298-310.
    21. Телегина Т.А., Колесников М.П., Вечтомова Ю.Л., Крицкий М.С. (2012) Абиогенная модель фотофосфорилирования АДФ вАТФ. Характеристика пигментов -сенcибилизаторов и роль органоминеральной матрицы. // Палеонт. журнал № 9/10 (в печати).

вверх


[Главная страница] - [Карта сайта] - [Поиск по сайту


email to INBI
Last review: 10 November, 2012
© A.N.Bach Institute of Biochemistry of RAS, 2001-2012