Лаборатории

ЛАБОРАТОРИЯ НАНОБИОТЕХНОЛОГИИ И БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ

Лаборатория основана в ноябре 2007 г.

Заведующий лабораторией: д.б.н. Бондарь Владимир Станиславович

Сотрудники лаборатории:

Основное направление НИР:

Исследования физико-химических свойств наноалмазов детонационного синтеза и механизмов их взаимодействия с биомолекулами разных классов, включая биолюминесцентные молекулярные системы, с целью создания научно-методической базы конструирования новых наноматериалов и разработки новых нанотехнологий биологического и медицинского назначения: сорбенты для разделения и очистки биополимеров, средства адресной доставки веществ, диагностические тест-системы, энтеросорбенты, каталитические наносистемы детоксикации.

Основные результаты за 2007-2009 гг.:

• Разработаны технологии получения модифицированных наноалмазов (МНА), обладающих высокой коллоидной устойчивостью в дисперсионных средах, адаптированных для биологических исследований и не имеющих мировых аналогов.

• Показана возможность применения МНА как полифункционального адсорбента для эффективного решения биохимических задач, связанных с выделением и очисткой белков в объеме (in batch) из рекомбинантных источников и природных объектов, дополнительной очистки белковых препаратов, производимых коммерческими фирмами.

• Впервые на основе МНА и инертной полимерной матрицы получен сорбент для колоночной хроматографии обычного давления, используемый для выделения и очистки белков.

• Впервые показано, что ферменты, адсорбированные на поверхности МНА, могут сохранять свою каталитическую функцию, что является основой создания индикаторных тест-систем на основе комплексов наночастицы - маркерный белок (белки). Показана возможность создания на основе наноалмазов и нескольких ферментов многокомпонентных комплексов многоразового использования, которые могут найти применение в биомониторинге и диагностике.

• Установлено, что МНА адсорбируют линейные и не связывают кольцевые молекулы ДНК, что позволяет говорить о потенциальной возможности их применения в создании новых нанотехнологий для молекулярной биологии и генной инженерии.

• Установлено, что МНА проявляют каталитическую активность в органических реакциях, благодаря чему появляется возможность использовать наноматериал не только как адсорбент, но и как катализатор дезактивации токсических соединений природного происхождения, например, микотоксинов.

• Впервые исследована возможность использования МНА в создании систем адресной доставки веществ. В модельных экспериментах in vitro с помощью ковалентной иммобилизации маркерных биомолекул на поверхности наночастиц получены комплексы наноалмаз-IgGI125 и RAM-наноалмаз-BSAI125. Установлено, что полученные комплексы обладают стабильностью и высокой коллоидной устойчивостью в сыворотке крови. Показано, что комплекс RAM-наноалмаз-BSAI125 специфически связывается с антигеном-мишенью (IgGm), иммобилизованным на матрице Sepharose 6В.

• На основании скрининга светящихся бактерий коллекции ИБСО выявлены: штаммы с высоким содержанием полигидроксиалканоатов; штаммы с различной устойчивостью к антибиотикам; штаммы, длительно сохраняющие свечение. Определена природа полигидроксиалканоатов. Показано, что для исследованных штаммов характерна множественная устойчивость к антибиотикам.

• Создана математическая модель, описывающая взаимодействие бактериальной люциферазы с тремя участвующими в реакции субстратами и учитывающая распад восстановленного флавинмононуклеотида. Получены результаты, подтверждающие справедливость схемы восстановления флавинового субстрата люминесцентной реакции бактерий с участием альдегиддегидрогеназы длинноцепочечных алифатических альдегидов.

• На основании исследований влияния активаторов и ингибиторов биолюминесценции на термостабильность и флюоресценцию бактериальной люциферазы определены типы активации люциферазы по отношению к субстрату реакции тетрадеканалю: неконкурентный в случае действия этанола и метанола, и конкурентный в случае действия ацетона.

• Показана возможность создания биолюминесцентных биотестов пролонгированного действия на основе смешанных культур светящихся бактерий нескольких видов.

• Разработан информационно-образовательный Вэб-портал «Биолюминесценция и светящиеся организмы» (http://bl.ibp.ru), являющийся единственным русскоязычным ресурсом (с параллельной англоязычной версией), который представляет сведения по общим вопросам биолюминесценции.

• Начаты исследования по разработке технологий культивирования светоизлучающих высших грибов и изучению структурно-функциональной организации и физико-химических свойств их люминесцентных систем. Результаты сравнительного анализа влияния различных токсикантов на люминесценцию мицелия четырех видов грибов свидетельствуют в пользу возможности создания на их основе биолюминесцентных биотестов с длительным периодом свечения.

Законченные разработки:

• Технологии получения модифицированных наноалмазов (МНА), обладающих высокой коллоидной устойчивостью в дисперсионных средах, адаптированных для биологических исследований и не имеющих мировых аналогов. Приоритет закреплен 3 патентами РФ.

• Наноалмазный сорбент для колоночной хроматографии обычного давления, полученный на основе МНА и полимерной матрицы и используемый для разделения биополимеров. Приоритет закреплен патентом РФ.

• Способ выделения природных и рекомбинантных белков и других биологических соединений в объеме с использованием МНА. Приоритет закреплен патентом РФ.

• Биолюминесцентный биотест на основе лиофилизированных светящихся бактерий и методика биотестирования для оценки состояния окружающей среды. Методика гостирована (обновленный сертификат № 224.01.13.151/2007) и используется Комитетом по охране природы для определения токсичности сточных вод промышленных предприятий.

• Технология получения на основе ферментов люминесцентной реакции (люцифераза и НАДН-ФМН-оксидоредуктаза) комплектов реактивов «КРАБ» для биолюминесцентного микроанализа. Набор КРАБ может быть использован: в биохимических и клинических лабораториях, в технической микробиологии, при контроле окружающей среды.

• Информационно-образовательный Вэб-портал «Биолюминесценция и светящиеся организмы» - (http://bl.ibp.ru).

Международные контакты в 2007-2009 гг.:

• Международный технологический центр, г. Ралли, Северная Каролина (США).

• Департамент материаловедения и инженерии Государственного университета г. Ралли, Северная Каролина (США).

• Компания Bioluminescent Biotechnology Co., Ltd., г. Хо Ши Мин (Вьетнам).

• Российско-Вьетнамский научно-исследовательский и технологический центр, г. Хо Ши Мин (Вьетнам).

• Мировой центр данных микроорганизмов международной Федерации коллекций культур WFCC-MIRCEN World Data Centre for Microorganisms (WDCM), г. Токио (Япония).

• Коллекция NCIMB, г. Абердин (Великобритания).

• Компания Korean Daewha Alloytech Co., Ltd. (Республика Корея).

Гранты и проекты за 2007-2009 гг.:

• Госконтракт №02.513.11.3079 Федерального агентства по науке и инновациям РФ в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» по критической технологии «Нанотехнологии и наноматериалы».

• Госконтракт №02.512.11.2008 Федерального агентства по науке и инновациям РФ в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» по критической технологии «Живые системы».

• Проект №38 в рамках Программы фундаментальных исследований СО РАН «Экологические, генетические и эволюционные основы рационального использования, воспроизводства и охраны биологических ресурсов», Раздел «Виварии и клеточные культуры».

• Инновационный проект №23 Сибирского федерального университета «Создание новых сорбентов на основе детонационных наноалмазов для выделения и очистки белков».

• Грант «Научная школа: Природа свечения живых организмов» (руководитель – академик РАН И.И. Гительзон).

• Грант РФФИ - Национальный научный фонд США (РФФИ - ННФ_а №06-04-90234) «Международное сотрудничество по разработке материалов: конструирование наноалмазов для детоксикации».

• Грант РФФИ – Вьетнам (РФФИ - Вьет_а №08-04-90307) «Исследование механизмов биолюминесценции грибов на основе определения генетических детерминант (lux-генов) биолюминесценции грибов, выделение компонентов биолюминесцентной системы и веществ с противоопухолевым действием (иллудин и лектин с N-ацетил-D-галактозаминной специфичностью) из люминесцентного гриба Omphalotus af. Illudent».

• Грант РФФИ (№ 08-08-00427-а) «Биотехнология синтеза наночастиц гидроксида железа с суперпарамагнитными свойствами».

• Проект №64 в рамках Программы фундаментальных исследований Президиума РАН №27 (Раздел 3 - бионанотехнологии, Научное направление 3.1 - нанодетекция и нанодиагностика).

• Проект СО РАН 6.6.1.3. «Изучение физико-химических свойств и биологических эффектов наночастиц абиогенной и биогенной природы как основа создания новых материалов и технологий биологического и медицинского назначения» (Приоритетное направления 6.6., Программа 6.6.1.).

• Интеграционный проект СО РАН, выполняемый совместно с организациями УрО и ДВО РАН №102 «Исследование оптоэлектрических и нелинейно-оптических свойств углеродных наноструктур и их суспензий».

• Договор о международном сотрудничестве в сфере научных исследований между Компанией Korean Daewha Alloytech Co., Ltd. и ИБФ СО РАН в рамках Программы развития корейско-российского сотрудничества в области разработки компонентов и материалов, организованной Министерством образования и экономики Республики Корея (проект №1002).

Сотрудничество с российскими научными организациями и ВУЗами:

• Институт химии и химической технологии СО РАН, Институт вычислительного моделирования СО РАН, Институт леса СО РАН, СКТБ «Наука» КНЦ СО РАН, Красноярский Государственный медицинский университет, Институт фундаментальной биологии и биотехнологии ФГОУ ВОП Сибирский федеральный университет, Красноярский Государственный педагогический университет (все Красноярск).

• Институт катализа СО РАН, Институт неорганической химии СО РАН, Институт хроматографии «ЭКОНОВА», ГНЦ ВБ «Вектор» (все Новосибирск).

• Институт кардиологии СО РАМН (Томск).

• Институт водной экологии СО РАН (Барнаул).

• Институт прикладной механики УрО РАН (Ижевск).

• ИЭГМ УрО РАН (Пермь).

• НИИ биологии при Иркутском Государственном университете (Иркутск).

• Оренбургский Государственный университет (Оренбург).

• ФГУП ФНПЦ «Алтай» (Бийск).

• Всероссийская Коллекция микроорганизмов (Пущино).

• Институт биоорганической химии РАН, Институт кристаллографии РАН (оба Москва).

Основные публикации лаборатории за 2007-2009 гг.

• Могильная О.А., Пузырь А.П., Бондарь В.С. Рост и биолюминесценция светящихся бактерий под воздействием афлатоксина В1 до и после его обработки наноалмазами // Прикладная биохимия и микробиология, 2010, Т.46, №1, с.40-44.

• Пузырь А.П., Буров А.Е., Бондарь В.С., Трусов Ю.Н. Нейтрализация афлатоксина В1 озонированием и адсорбцией наноалмазами // Российские нанотехнологии, 2010, Т.5, №1-2, с.122-125.

• Purtov K.V., Petunin A.I., Burov A.E., Puzyr A.P., Bondar V.S. Nanodiamonds as Carriers for Address Delivery of Biologically Active Substances // Nanoscale Research Letters, 2010, Vol.5, No.3, pp.631-636.

• Михеев Г.М., Пузырь А.П., Ванюков В.В., Пуртов К.В., Могилева Т.Н., Бондарь В.С. Нелинейное рассеяние света в гидрозоле наноалмазов // Письма в ЖТФ, 2010, Т.36, вып. 8, с.23-32.

• Пузырь А.П., Бондарь В.С., Пуртов К.В. Способ выделения природных и рекомбинантных белков и других биологических соединений // Патент РФ №2366713, Опубликовано 10.09.2009 Бюл. №25.

• Gibson N., Shenderova O., Luo T.J.M., Moseenkov S., Bondar V., Puzyr A., Purtov K., Fitzgerald Z., Brenner D.W. Colloidal stability of modified nanodiamond particles // Diamond and Related Materials, 2009, Vol.18, pp.620-626.

• Пуртов К.В., Бондарь В.С., Пузырь А.П. Наноалмазный сорбент и способ его получения // Патент РФ №2352387, Опубликовано 20.04.2009 Бюл. №11.

• Выдрякова Г.А., Псурцева Н.В., Белова Н.В., Пашенова Н.В., Гительзон И.И. Светящиеся грибы и перспективы их использования // Микология и фитопатология, 2009, Т.43, №5, с.369-376.

• Purtov K.V., Burakova L.P., Puzyr A.P., Bondar V.S. Interaction of linear and ring forms of DNA molecules with nanodiamonds synthesized by detonation // Nanotechnology, 2008, Vol.19, pp.1-3.

• Бондарь В.С., Пузырь А.П., Пуртов К.В., Могильная О.А., Выдрякова Г.А., Тюлькова Н.А., Родичева Э.К., Медведева С.И., Дегерменджи А.Г., Гительзон И.И. Детонационный наноалмаз: создание новых материалов и технологий для выделения белков // Российские нанотехнологии, 2008, Т.3, №5-6, с.38-41.

• Бондарь В.С., Пуртов К.В., Пузырь А.П., Барон А.В., Гительзон И.И. Каталитическая активность наноалмазных частиц в органических реакциях // Доклады РАН, 2008, т.418, №2, с.267-269.

• Пуртов К.В., Пузырь А.П., Бондарь В.С. Сорбенты на основе наноалмазов – новые носители для колоночной хроматографии белков // Доклады РАН, 2008, т.419, №4, с. 560-562.

• Выдрякова Г.А., Бондарь В.С. О локализации лектина, обладающего специфичностью к N – ацетил D – галактозамину, в клетках симбиотических морских бактерий Photobacterium phosphoreum // Доклады РАН, 2008, т.420, №6, с. 829-831.

• Бояндин А.Н., Калачева Г.С., Родичева Э.К., Волова Т.Г. Синтез резервных полигидрооксаноатов светящимися бактериями // Микробиология, 2008, Т.77, №3, с.364-369.

• Гусев А.А., Каргатова Т.Н., Медведева С.Е., Попова Л.Ю. Количественные критерии оценки эффективности экспрессии биолюминесценции у природных и трансгенных светящихся бактерий // Биофизика, 2008, Т.53, № 5, с.836-841.

• Rozhko T.V., Kudryasheva N.S., Aleksandrova M.A., Bondareva L.G., Bolsunovsky A.Ya., Vydryakova G.A. Comparison of Effects of Uranium and Americium on Bioluminescent Bacteria // Journal of Siberian Federal University, Biology, 2008, Vol.1, pp.60-65.

• Boyandin A.N., Kalacheva G.S., Medvedeva S.E., Rodicheva E.K., Volova T.G. Luminous Bacteria as Producers of Polyhydroxyalkanoates // Macromol. Symp., 2008, Vol.269, pp.17-22.

• Medvedeva S.E., Kotov D.A., Rodicheva E.K. Database of natural luminescent bacteria // Contemporary Problems of Ecology, 2008, Vol.1, №1, pp.120-126.

• Пузырь А.П., Воробьев В.Б., Бондарь В.С., Попитченко Л.К. Синтетические алмазосодержащие вещества и способ их выделения // Патент РФ №2306258, Опубликовано 20.09.2007 Бюл. №26.

• Пузырь А.П., Пуртов К.В., Шендерова О.А., Луо М., Бреннер Д.В., Бондарь В.С. Адсорбция афлатоксина В1 наноалмазами детонационного синтеза // Доклады РАН, 2007, Т.417, №1, с.117-120.

• Puzyr A.P., Baron A.V., Purtov K.V., Bortnikov E. V., Skobelev N.N., Mogilnaya O.A., Bondar V.S. Nanodiamonds with novel properties: a biological study // Diamond and Related Materials, 2007, Vol.16, pp.2124-2128.

• Выдрякова Г.А., Кирпиченко Т.В., Лифантьева А.А. Формирование агрегированных структур светящимися бактериями в присутствии углеводов. // Микробиология, 2007, Т.76, №2, с.282-284.

• Бояндин А.Н., Калачева Г.С., Родичева Э.К., Волова Т.Г. Оценка светящихся бактерий в качестве потенциальных продуцентов резорбируемых полиэфиров полигидроксиалканоатов // Доклады РАН, 2007, Т.416, №3, с.400-403.

• Rozhko T.V., Kudryasheva N.S., Kuznetsov A.M., Vydryakova G.A., Bondareva L.G., Bolsunovsky A.Ya. Effect of low-level ?-radiation on bioluminescent assay systems of various complexity // Photochem. Photobiol. Sci., 2007, Vol.6, pp.67-70.

• Fedorova E., Kudryasheva N., Kuznetsov A., Mogil’naya O., Stom D. Bioluminescent monitoring of detoxification processes: Activity of humic substances in quinone solutions // Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 2007, Vol.88, pp.131-136.