ИСТИНА

Создание новых материалов и способов конструирования, а также развитие природоподобных технологий являются ключевыми приоритетными направлениями Стратегии научно-технологического развития (СНТР) Российской Федерации. Данные приоритетные направления отвечают так называемым большим вызовам, стоящим перед отечественной наукой. Безусловно, данные направления СНТР сфокусированы на развитии новых междисциплинарных подходов к исследованиям в области физики, химии и биологии и поддержке взаимодействия специалистов в существующих научных школах, формирующих научно-технологический задел в смежных дисциплинах. Современная молекулярная биофизика является базовым междисциплинарным курсом при подготовке специалистов в ведущих вузах, поскольку физико-химические основы функционирования наноразмерных систем универсальных как для существующих в природе (био-)материалов, так и для создаваемых de novo функциональных конструкций. Данные принципы могут быть использованы для разработки новых лекарственных препаратов, методов диагностики, визуализации внутриклеточных процессов, оптимизации метаболических реакций для получения целевых продуктов и т.д. Таким образом, развитие представлений о фундаментальных механизмах функционирования биологических макромолекул и биомембран является основой для развития современной медицины, биотехнологии и других прикладных дисциплин. Целью НИР является исследование данных механизмов.

Creation of new materials and methods of construction, as well as the development of nature-like technologies are key priority areas of the Strategy for Scientific and Technological Development (SSTD) of the Russian Federation. These priority areas respond to the so-called big challenges facing science. Of course, these areas of SSTD are focused on the development of new interdisciplinary approaches to research in the fields of physics, chemistry and biology and the support of the interaction of specialists in existing scientific schools, which form the scientific and technological background in related disciplines. Modern molecular biophysics is a basic interdisciplinary course in leading universities, since the physicochemical foundations of the functioning of nanoscale systems are universal for both existing in nature (bio-) materials and functional structures created de novo. These principles can be used for the development of new drugs, diagnostic methods, imaging of intracellular processes, optimization of metabolic reactions to obtain target products, etc. Thus, the development of ideas about the fundamental mechanisms of functioning of biological macromolecules and biomembranes is the basis for the development of modern medicine, biotechnology and other applied disciplines. The purpose of current project is investigation of these mechanisms.

На базе флуоресцентного микроскопа будет собран измерительный комплекс, позволяющий получать изображения клеток и наноструктур в режиме регистрации времени жизни с пикосекундным разрешением. Установка будет использована для визуализации ряда клеточных процессов в норме и при патологии (отв.зав.лаб., в.н.с., к.б.н. Максимов Е.Г.) Будет установлен механизм фотоактивации оранжевого каротиноидного белка (ОСР) и отработаны подходы для изучения конформационных изменений в белке с помощью структурных методов с высоким временным разрешением (отв.зав.лаб., в.н.с., к.б.н. Максимов Е.Г.). Будут изучены реакции переноса каротиноидов между мембранами и водорастворимыми белками цианобактерий, а также возможности использования данных реакций для модуляции окислительного стресса(отв.зав.лаб., в.н.с., к.б.н. Максимов Е.Г.). С помощью оптических методов будут изучены процессы сборки и преобразования энергии возбуждения в гибридных системах на основе квантовых точек и фотосенсибилизаторов. Будут получены оценки скорости генерации АФК при фотовозбуждении наночастиц(отв.зав.лаб., в.н.с., к.б.н. Максимов Е.Г.). Нами будет показано изменение экспрессии генов в нейронах (экспрессирующих α1- и α3-изоформу Na+,K+-ATPазы), индуцированное уабаином и сопровождаемое увеличением соотношения [Na+]i/[K+]i, а также будет проведена оценка этих генов на предмет их участии в процессах синаптической пластичности и хранении памяти (отв., с.н.с., к.б.н. Смольянинова Л.В.; н.с., к.б.Шиян А.А.). Будут получены оценки скорости генерации АФК в микрообразцах цельной неразведенной крови здоровых доноров и пациентов с ХОБЛ до и после лечения АЦЦ при люминол-зимозан- и люцигенин зависимой хемилюминесценции (ЛМЗМХЛ и ЛЦХЛ)с помощью комбинации методов спектроскопии высокого временного разрешения (отв. в.н.с., д.б.н. Новиков К.Н.; зав.лаб., в.н.с., к.б.н. Максимов Е.Г.) Будут продолжены исследования по испытаниям ингаляционных приборов NanoVi Exo производства компании Eng3 (г. Сиэтл, США) при их воздействии на цельную неразведенную кровь лёгочных больных и здоровых доноров (отв. в.н.с., д.б.н. Новиков К.Н.). Будут оценены вклад различных АФК в формирование ССЭФ планарий в процессе их регенерации и коррелятивная связь между НАДФН-оксидазным активирующим (fMLP) и ингибирующим (апоцинин) действием в фагоцитарных клетках планарий на морфогенетические параметры регенерации планарий и повременную динамику их биофотонной эмиссии с помощью ЛМХЛ и (отв. в.н.с., д.б.н. Новиков К.Н.). Планируется исследовать механизм действия гидрофобных и вновь синтезированных водорастворимых аналогов PAF на мембранные системы цельной крови человека (отв.в.н.с., д.б.н. Котелевцев С.В.) Будет продолжено изучение химико-биотических взаимодействий в водной среде, в том числе с учетом опасности мембранотропных и иных экотоксикантов и веществ, с учетом вклада в научные основы природоподобных технологий (отв. в.н.с., д.б.н. Остроумов С.А.). Будут исследованы механизмы быстрого нетоза (нейтрофильные ловушки), индуцируемый низкомолекулярными соединениями. Будут оценены антиоксидантные свойства каротиноида астаксантина и его эфиров при защите им хлорофилла от фотоокисления (отв. в.н.с., д.х.н. Селищева А.А.).

В нашем распоряжении имеется созданная с участием исполнителей проекта комбинированная установка, позволяющая регистрировать мгновенные и стационарные спектры образцов. Технические характеристики данной установки позволяют одновременно регистрировать флуоресценцию донора и акцептора энергии, что дает возможность оценивать не только параметры тушения донора, но и вычислять коэффициент усиления флуоресценции акцептора. С помощью данного метода удалось изучить особенности переноса энергии в гибридных комплексах флуоресцентных наночастиц и таких молекул, как фталоцианины (Фц), белки и белковые комплексы. проведена дополнительная стабилизация гибридных структур за счет ковалентного химического связывания, что приводило к многократному усилению флуоресценции при возбуждении донора энергии, что открыло новые возможности для практического применения гибридных систем в качестве флуоресцентных маркеров, гибридных фотосенсоров, элементов гибридных фотопреобразующих ячеек. Было обнаружено, что Ca2+-истощение приводило к увеличению числа [Na+]i/[K+]i-чувствительных генов. Высказана гипотеза о независимом от Ca2+ механизме сопряжения возбуждения-транскрипции, вызванном изменением соотношения одновалетных ионов. Было проведено сравнение транскриптомных изменений, запускаемых увеличением соотношения [Na+]i/[K+]i в контроле и в клетках, обедненных кальцием. Исследован механизм действия гидрофобных и водорастворимых аналогов PAF на мембраны клеток крови человека. Оценены скорости генерации АФК в микрообразцах цельной неразведенной крови здоровых доноров и пациентов с помощью комбинации методов спектроскопии высокого временного разрешения. Оценен вклад АФК в ССЭФ планарий в процессе их регенерации. Имеются экспериментальные данные о химико-биотических взаимодействиях с участием некоторых детергентов и частично оценена теория природного биотического самоочищения воды. Изучены антиоксидантные свойства каротиноида астаксантина и его эфиров при защите им хлорофилла от фотоокисления.

Исследование фотоактивных и фотоуправляемых гибридных конструкций позволит создать новые инструменты для диагностики состояния и управления свойствами биологических мембран, в том числе для оптогенетического контроля.