Историческая справка

Институт биофизики Сибирского Отделения Российской Академии Наук основан 1 июля 1981 г.  на базе Отдела биофизики, функционирующего в составе Института физики им. академика Л.В. Киренского СО АН СССР

Директор-организатор Института биофизики СО РАН - академик Иван Александрович Терсков (1981-1984 гг.).

С 1984 г. по 1996 г. руководство Институтом осуществлял академик Иосиф Исаевич Гительзон, в настоящее время - советник РАН.

С 1996 г. Институтом руководит член-корреспондент РАН Дегерменджи Андрей Георгиевич.

В Институте биофизики СО РАН сформировано и развивается новое направление в биофизике надорганизменных систем, обосновавшее возможность интегрального подхода к диагностике состояния биологических систем различного уровня организации и сложности.

Широкий диапазон объектов исследования - от бактерий и простейших до высших организмов, включая человека, до природных экосистем -, объединенный общим методологическим подходом, заключающемся в анализе механизмов управления биосинтезом в биологических множествах, успешно развивается, а полученные результаты общепризнанны.

Биофизический подход, первоначально примененный к анализу состояния и динамике эритроидных популяций, использован для исследования системы красной крови в организме животных и человека. На основе изученных закономерностей в лаборатории биофизики разработаны методы дисперсионного анализа системы кроветворения по кинетике гемолиза (метод эритрограмм) и выявлены основные закономерности управления данной системой.

Возможности биофизического подхода, примененного изначально при изучении системы красной крови, далее стали успешно развиваться в новом направлении работ - параметрическом управлении биосинтезом продуцирующих клеточных популяций. Теоретические и экспериментальные исследования показали возможность создания устойчиво функционирующих биофизических систем непрерывного биосинтеза. В таких биосистемах рабочим телом служат живые организмы, а управление режимом их функционирования осуществляется автоматизировано по показаниям датчиков состояния организмов и среды обитания. Экспериментально доказано, что в данных управляемых биотехнических системах возможно управление скоростью и биохимической направленностью синтеза организмов в пределах их генотипа. Это позволило за сравнительно короткий срок создать автоматизированные биотехнические системы параметрически управляемого биосинтеза организмов различного уровня сложности - низших и высших фототрофов, литоавтотрофных и гетеротрофных бактерий, дрожжей, простейших, высших растений, изолированных органов и тканей, а также искусственных биоценозов и микроэкосистем.

Полученными результатами продемонстрировано, что в созданных управляемых системах биосинтеза возможна реализация огромного потенциала генетически обусловленной программы роста и биосинтеза организмов при максимальной интенсивности, без каких-либо ограничений роста и развития. Реализованная идея параметрического управления биосинтезом позволила обосновать возможность создания реально действующей замкнутой системы жизнеобеспечения человека (СЖО).

Такие замкнутые системы, моделируя уникальное свойство биосферы - замкнутость круговорота веществ, представляют большой фундаментальный интерес для экспериментального изучения закономерностей существования биосферы.

В практическом отношении СЖО позволяют обеспечить высокое качество жизни для человека за пределами границы биосферы в космосе, а также в экстремальных условиях полярных широт, пустынь, высокогорья, под водой.

В 1964 году впервые осуществлена замкнутая по газообмену двухзвенная система жизнеобеспечения "человек-хлорелла", в 1965 - реализовано замыкание по воде, а в 1968 - проведены первые эксперименты в трехзвенной системе "человек - микроводоросли - высшие растения". 

На основе этих результатов был спроектирован и создан экспериментальный комплекс "БИОС-3", представляющий собой замкнутую экологическую систему жизнеобеспечения человека с автономным управлением.

Эксперименты в "БИОС-3" при участии экипажа из 2-3-х человек достигли полугодовой длительности при полном замыкании системы по газу и воде и при воспроизводстве пищи до 80% от потребностей экипажа.

Непрерывные культуры микроорганизмов оказались удобной моделью для количественного изучения экологических и эволюционных процессов. Теоретико-экспериментальные исследования позволили уточнить общую картину и найти ряд количественных закономерностей микроэволюции в микробных популяциях, описать явление автоселекции и использовать его для получения быстрорастущих микроорганизмов и сверхсинтетиков целевых продуктов.

Открытые в 50-е годы и малоизученные микроорганизмы с уникальным типом метаболизма (хемолитоавтотрофные водород-, СО- и железоокисляющие бактерии) в 70-е годы стали объектом активного изучения; на основе этих микроорганизмов в Институте биофизики СО РАН исследованы, разработаны и реализованы уникальные эффективные биосистемы получения белка одноклеточных, разрушаемых термопластичных биополимеров; биогидрометаллургические процессы извлечения цветных металлов из руд, концентратов и горных пород.

Особое место в исследованиях Института занимают морские светящиеся микроорганизмы и морская биолюминесценция как явление общеокеаническое. В Институте биофизики СО РАН впервые разработана аппаратура и методы для биолюминесцентной визуализации пространственной структуры океанических биоценозов.

Выполненные пионерные исследования биолюминесценции океана впоследствии вошли в практику экспедиционных морских исследований. Единственная специализированная Коллекция культур светящихся бактерий (КК ИБСО) поддерживается с 60-х годов. Проведена большая серия исследований свойств культур светящихся бактерий, установлены закономерности излучения бактериальной клетки, . На основе лиофилизированных светящихся бактерий и выделенной из них люциферазной ферментной системы предложен ряд методов экспрессного биолюминесцентного анализа для медицины, контроля состояния природной среды и управления биотехнологическими процессами.

Опыт работы в океанографических экспедициях и потребности современной экологии в интегральных методах позволили обосновать и сформулировать новое экологическое направление в биофизике - обоснована возможность непрямого подхода к диагностике состояния больших природных экосистем путем измерения возмущений, вносимых в физические поля природной среды естественными процессами, происходящими в биосфере, а также в результате антропогенных воздействий. Для дистанционного измерения оптических характеристик водных масс и растительных сообществ разработана и построена специальная аппаратура, позволяющая со скоростью движения носителя получать информацию о первичной продуктивности морских биоценозов, сельскохозяйственных посевов, лесов, загрязнении вод. Исследования на Енисее, Байкале, Каспии, Тихом и Индийском океане показали пригодность методов для различных гидрооптических условий. На этой основе сформированы научно-социальные проекты "Экология величайших рек мира", "Зеленая волна", программы "Хлорофилл в биосфере", "Чистый Енисей", поддержанные Гидрологическим Обществом при ЮНЕСКО, Рабочей группой "Науки о Земле" Российской академии Наук и Национальной астронавтической федерацией США, Российским Фондом Фундаментальных исследований и др..