ИБК РАН
  

Поиск

Яндекс метрика

Яндекс.Метрика

Оптимизация ресурса

Баннеры

ИНСТИТУТ БИОФИЗИКИ КЛЕТКИ (ИБК РАН) И НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР «БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ» НА БАЗЕ ИНСТИТУТА БИОФИЗИКИ КЛЕТКИ (ИБК РАН) ПУЩИНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОГО ИНСТИТУТА (ПущГЕНИ) ПРИГЛАШАЕТ НА КУРСОВЫЕ И ДИПЛОМНЫЕ РАБОТЫ,
В МАГИСТРАТУРУ И АСПИРАНТУРУ

Большая часть работ выполняется по специальностям: биофизика, биохимия, молекулярная биология, физиология, радиобиология. Некоторые работы выполняются на стыке наук и требуют предпочтительных и отчасти больших знаний и интереса по физике, математическому моделированию , биотехнологии , общей биологии , медицинской биохимии , физиологии психических процессов .
Подробнее о предлагаемых дипломных, магистерских, аспирантских работах можно узнать из приложения «Информация о темах», по тел.: 73-93-24, написав письмо по E-mail ИБК РАН: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. , на сайте ИБК РАН: www.icb.psn.ru.

Информация о темах

1. Лаборатория механизмов рецепции

  1. Механизмы взаимодействия внешних сигналов различной природы с клетками иммунной системы животных (рук. д.б.н Е.Г.Новоселова, к.б.н О.В.Глушкова)
  2. Изучение молекулярных механизмов клеточного стресса (рук. д.б.н Е.Г.Новоселова, к.б.н О.В.Глушкова) В работе по этим двум темам изучается функциональная активность клеток путем измерения уровней продукции цитокинов (ФАО-, ФАО-, ИЛ-2, ИЛ-3, ИЛ-6, ИЛ-10, ИФА-), оксида азота (NO) и белков теплового шока (Hsp25. Hsp70. Hsp90)
  3. Роль рекомбинантного белка LIF в регуляции роста и дифференцировки эмбриональных стволовых клеток (рук. д.б.н Л.М.Межевикина, т.739-236, к.505) Работа включает освоение методов клеточной и молекулярной биологии, куда входят: генетическая трансфекция, оценка трансфицированных клеточных клонов с помощью ПЦР и ОТ ПЦР, очистка рекомбинантных белков и определение функциональной активности на культурах эмбриональных стволовых клеток мыши
  4. Механизмы детерминации эмбриональных стволовых клеток после микроинъекции в зародыш мыши (рук. д.б.н Л.М.Межевикина) В работе центральное место занимают методы биологии развития, биофизики и микрохирургии на изолированных зародышах мыши с целью изучения клеточных механизмов детерминации клеточного эмбриогенеза, получения из реконструированных зародышей первичных культур эмбриональных стволовых клеток и исследования их свойств в культуре in vitro
  5. Клеточные механизмы развития у беспозвоночных (планарии, насекомые). Регенерация, метаморфоз. Влияние слабых физических и химических факторов на функции нервной системы у беспозвоночных животных (для зоологов беспозвоночных и эмбриологлв) () Изучение действия слабых электромагнитных излучений и слабых магнитных полей на морфогенетические процессы на биологических моделях беспозвоночных. В направлении исследование морфогенеза перспективу представляет использование необластов – предшественников стволовых клеток – для изучения их функциональных потенций. В направлении изучения эффектов слабых ЭМИ перспективу представляет анализ их модулирующего действия на физиологические процесс
  6. Действие слабых магнитных полей на спектральные характеристики флуоресцирующих зондов в водных растворах  (рук. д.б.н. В.В.Новиков, к.х.н. Е.В.Яблокова) Обнаружено действие слабых магнитных полей с параметрами, близкими к магнитным бурям, на интенсивность и спектральные характеристики некоторых флуоресцирующих зондов в водно-солевых растворах. Предполагается провести детальные исследования обнаруженных эффектов
  7. Влияние слабых магнитных полей на кислотно-основные свойства водных растворов (рук. д.б.н. В.В.Новиков, к.х.н. Е.В.Яблокова) Обнаружено, что слабые магнитные поля с переменной компонентой, входящей в диапазон флуктуаций естественного магнитного поля Земли заметно влияют на кислотно-основные свойства водных растворов ионов кальция и натрия. Предполагается провести экспериментальный анализ пространственных неоднородностей обнаруженных эффектов.
  8. Функции и полиморфизм селеновых белков (рук. д.б.н. С.В.Новоселов)
    Селен - необходимый микроэлемент, медикобиологические эффекты которого обусловлены его  присутстствием в белках в виде селеноцистеина. Геном человека содержит 25 селен-содержащих белков, изучение некоторых из них  планируется в процессе выполнения предлагаемой работы

2. Лаборатория клеточной нейробиологии

  1. Исследование действия пептидов, выделенных из яда эфы среднеазиатской, на холинорецепторы нейронов прудовика. (Руководитель Е.А. Вульфиус, в.н.с., к.б.н.).
    Никотиновые холинорецепторы (нХР) осуществляют быструю синаптическую передачу и модулируют освобождение нейротрансмиттеров из пресинаптического окончания. Никотиновые ХР существуют в виде множества подтипов, биофизические и фармакологические свойства которых зависят от набора и стехиометрии субъединиц, входящих в состав олигомерного белка. Для изучения структуры и характеристик различных подтипов нХР необходимы высокоактивные и избирательные агенты. В ядах змей семейства Elapidae содержатся альфа-нейротоксины, широко используемые для исследования нХР мышечного типа. Яды змей семейства Viperidae в отношении наличия пептидных антагонистов нХР исследованы недостаточно. Однако, из яда храмовой куфии выделен и подробно изучен полипептид, обладающий высокой возрастной и видовой избирательностью при действии на мышечный нХР грызунов и человека. Можно ожидать, что и в ядах других представителей этого семейства будут найдены токсины с новыми фармакологическими свойствами.
    В лаборатории проведено исследование действия цельных ядов 6 видов змей семейства Viperidae. Показано, что все они способны блокировать нХР нейронов прудовика Lymnaea stagnalis, сходные с альфа7 нХР позвоночных (Горбачева и др., 2008). Проведен скрининг пептидных фракций ядов и для дальнейшего исследования отобраны наиболее активные. Из высокомолекулярной фракции яда африканской гадюки выделен и очищен белок битанарин, который блокирует нХР нейронов прудовика, имеет сродство к нХР электрического органа ската Torpedo californica , альфа7 нХР человека и ацетилхолин связывающему белку (Vulfius et al., 2011). Показано, что битанарин имеет высокую фосфолипазную активность и обладает структурными свойствами, близкими со свойствами фосфолипазы А2 (PLA2) из ядов змей. Это послужило предпосылкой для проверки возможного сродства классических типов PLА2 к нХР. Оказалось, что PLA2 трех видов змей подавляют ответ нейронов прудовика на ацетилхолин. В яде степной гадюки Vipera renardi обнаружен полипептид, обладающий высокой способностью блокировать нХР в нейронах прудовика, предстоит его окончательная очистка, изучение структуры и биологической активности. Целью работы является испытание пептидов, полученных из яда эфы среднеазиатской, и аналогов, синтезированных на основе найденных активных соединений. Наиболее активные пептиды могут быть использованы впоследствии как для исследования нХР, так и для создания лекарственных веществ избирательного действия.

    Статьи по теме:
    1. Горбачева Е.В., Старков В.Г., Цетлин В.И., Уткин Ю.Н., Вульфиус Е.А. Яды змей cемейства Viperidae способны блокировать никотиновые холинорецепторы и потенциал-активируемые Са2+-каналы идентифицированных нейронов прудовика Lymnaea stagnalis. Биол. Мембраны. 2008. 25:17-22. Показано, что цельные яды 6 видов змей семейства Viperidae и яд кобры (семейство Elapidae) способны уменьшать амплитуду тока, вызванного ацетилхолином или деполяризующим скачком потенциала, в нейронах прудовика. Сделан вывод о наличии в испытанных ядах полипептидов, имеющих сродство к двум мишеням: нХР и потенциал-управляемым Са2+ каналам, и о целесообразности дальнейшего скрининга соединений с высокой активностью и избирательностью
    2. В.Г. Старков, Я.Л. Поляк, Е.А. Вульфиус, Е.В. Крюкова, В.И. Цетлин, Ю.Н. Уткин. Новые слабые токсины из яда кобр. Биоорганическая химия. 2009. Т.35. С.15-24. Исследована структура (молекулярная масса, содержание дисульфидных связей, полная аминокислотная последовательность) и свойства двух новых белков из яда кобр Naja oxiana и N. kaouthia. Показано, что они относятся группе так называемых слабых токсинов. Токсин из яда N. oxiana способен блокировать нХР нейронов прудовика и ингибировать связывание меченого альфа-бунгаротоксина с нХР электрического органа Torpedo californica и с альфа7 нХР крысы.
    3. Вульфиус Е.А., Горбачева Е.В., Филина Ю.В., Старков В.Г., Цетлин В.И., Уткин Ю.Н. Полипептидные антагонисты никотиновых холинорецепторов и Са2+ каналов из ядов змей семейства Viperidae. Материалы международной конференции «Рецепция и внутриклеточная сигнализация». Пущино, 2009, т.1, стр.345-349. Яды четырех видов змей семейства Viperidae были разделены на фракции методом гель-фильтрации. Три наиболее активные фракции из ядов Bitis arietans и Vipera renardi подвергнуты дальнейшему фракционированию методами жидкостной хроматографии. Полученные полипептиды испытаны на нейронах прудовика. Показано, что белок битанарин из яда B. arietans блокирует нХР концентрационно зависимым образом.
    4. C.A.Vulfius, E.V. Gorbacheva, V.G. Starkov, A.V. Osipov, I.E. Kasheverov, T.V. Andreeva, M.E. Astashev, V.I. Tsetlin, Y.N. Utkin. An unusual phospholipase A2 from puff adder Bitis arietans venom –a novel blocker of nicotinic acetylcholine receptors. Toxicon. 2011, v.57, p.672-679. Подробно исследована структура и свойства битанарина: молекулярная масса, число остатков цистеина, N-концевая аминокислотная последовательность, фосфолипазная активность, способность блокировать нХР нейронов Lymnaea stagnalis и конкурировать с меченым альфа-бунгаротоксином за связывание с нХР мышечного (мембраны электрического органа Torpedo californica) и альфа7 типа (нХР человека), а также с ацетилхолин связывающим белком из мозга L. stagnalis. Битанарин является первым конкурентным антагонистом нХР, обладающим фосфолипазной активностью, и первой фосфолипазой, обладающей сродством к нХР.
  2. Изучение трансдукции сигнала с высоко- и низкоаффинных рецепторов формилированных пептидов на NADPH оксидазу в нейтрофилах с участием ГТФ-связывающих белков при заболеваниях. (Руководитель В.Г. Сафронова, в.н.с., к.б.н.).  
    Формилированные пептиды являются специфическими лигандами в активации нескольких функций нейтрофильных гранулоцитов (нейтрофилов). Свое действие они опосредуют через рецепторы формилированных пептидов (Formyl Peptide Receptors, FPR), принадлежащих к классу рецепторов, имеющих 7 трансмембранных доменов и связанных с гетеротримерными ГТФазами. На 17 хромосоме человека и мыши определена локализация генов подтипов FPR, имеющих высокую степень гомологии. Были определены и выделены рецепторы с высоким сродством (FPR1) и низким сродством к формилпептиду (FPR2 и FPR3/FPRL1). Связывание формилпептида с рецептором запускает сложную сеть сигнальных событий, наиболее изученными из которых являются активация фосфолипазы С с последующей кальциевой сигнализацией, активация каскада митоген-активируемых протеинкиназ (МАРК) и фосфоинозитол-3-киназ (PI3K). Предполагается, что альтернативные сигнальные пути, запускаемые через малые G-белки, высоко- и низкоаффинными рецепторами формилпептидов, участвуют в передаче сигнала на NADPH оксидазу в нейтрофилах. Низкоаффинный рецептор связывает лиганды разной природы, характерные для тяжелых заболеваний, например, липоксин А, фрагменты бета-амилоидных и прионных белков. Патофизиологическая роль FPR состоит не только в распознавании бактериальных и других пептидов, но и в инициации механизмов трансформации тканей. Однако, запускаемые подтипами FPR сигнальные события изучены фрагментарно.

    Статьи по теме:
    1. Сафронова В.Г., Матвеева Н.К., Мальцева В.Н., Бондарь О.Е., Ванько Л.В., Сухих Г.Т. Определение роли рецепторов хемотаксического пептида fMLF в гранулоцитах пуповинной крови новорожденных детей с риском инфекционно-воспалительных заболеваний. Бюлл. Эксп. Биол. Мед. 2008. 145:431-437. Гранулоциты, включая нейтрофилы, детей от матерей с осложненным течением беременности имеют повышенную реактивность в активации респираторного взрыва в широкой области концентраций формилпептида fMLF. Представительство рецепторов с высокой и низкой аффинностью в инициации респираторного взрыва гранулоцитов детей от матерей с осложненным течением беременности отличается от такового в гранулоцитах здоровых новорожденных от матерей с физиологическим течением беременности. Обнаруженные различия являются следствием повышенной экспрессии рецепторов с низким сродством к fMLF и нарушения или незрелости механизмов инактивации рецепторов.
    2. Филина Ю.В., Сафронова В.Г., Габдулхакова А.Г. Малые G-белки RAS, RAC и RHO в регуляции респираторного ответа нейтрофилов, вызванного формилированным пептидом. Биол. Мембраны. 2011, т.28(6), с. 507–514. В данной работе мы показали, что Ras белки участвуют в активации респираторного ответа особенно при его стимуляции через высокоаффинные рецепторы fMLF. Активация Rho и Rac белков вызывает снижение респираторного ответа при стимуляции высокоаффинных рецепторов формилированных пептидов. Блокада Rho белков практически полностью подавляет респираторный ответ при активации как высоко- так и низкоаффинных рецепторов, по-видимому, вследствие невозможности реорганизации белков цитоскелета и сборки компонентов NADPH оксидазы.
  3. Исследование механизма активации p2x рецепторов в клетках иммунной системы имуномодулирующими агентами. (Руководитель М.Е. Асташев, н.с., к.б.н.).
    Внеклеточный АТФ является медиатором межклеточной сигнализации и важным модулятором функций клеток иммунной системы. Предлагаемая научно-исследовательская работа связана с выяснением механизма действия иммунномодуляторов на уровне одиночной клетки методом patch-clamp и методами компьютерного молекулярного моделирования.
  4. Исследование механизмов взаимодействия алмазных наночастиц с живой клеткой (Руководитель В.Г. Сафронова, в.н.с., к.б.н.).
    Ультрадисперсный алмаз детонационного синтеза (или наноалмаз) имеет поверхностные функциональные группы, которые дают богатые возможности для химического модифицирования с целью придания новых свойств, необходимых для целей медицины или экспериментальной биологии. Прямое взаимодействие между клеткой и частицами наноалмаза может обеспечиваться несколькими механизмами. Клетки врожденной иммунной системы представляют специальный интерес для исследования, потому что они обеспечивают наиболее быстрые защитные реакции организма от внешнего вторжения и повреждения. Инструментальные методы контроля наличия и состояния наночастиц, а также методы их визуализации в клетке, разработаны недостаточно. Важной задачей является поиск новых методов и приемов для визуализации углеродных наночастиц и изучение механизмов их взаимодействия с клеткой. 

    Статьи по теме:
    1. Karpukhin A.V., Avkhacheva N.V., Kulakova I.I., Yakovlev R.Y., Yashin V.A., Lisichkin G.V., Safronova V.G. Effect of detonation nanodiamonds on phagocyte activity. Cell Biology International. 2011, V.35(7), P.727-733. Изучена совместимость частиц детонационного наноалмаза (НА) с живой клеткой. Способность клеток генерировать активные формы кислорода в присутствии НА рассматривается авторами как индикатор их биосовместимости. НА (при его низком или умеренном содержании) изменяет активность воспалительных клеток мыши таким образом, что увеличивается активность, вызванная бактерицидными агентами (опсонизированным зимозаном или бактериальным формилпептидом) и подавляется спонтанная активность. Благодаря собственной люминесценции окисленного НА была охарактеризована локализация частиц относительно клетки.
  5. Исследование влияния  про- и антиоксидантов  для получения дифференцированных клеток при разных временных характеристиках выживаемости. (Руководитель С.Н. Мякишева, с.н.с., к.б.н.).
  6. Исследование влияния  мелатонина – гормона зпифиза, обладающего антиоксидантными свойствами, противоопухолевым эффектом и замедляющим процесс старения,  на пролиферацию и индукцию дифференцировки клеток нейробластомы при различных условиях культивирования. (Руководитель С.Н. Мякишева, с.н.с., к.б.н.).
    Нейробластома представляет собой удобный и распространенный экспериментальный объект, как для онкологов, так и нейробиологов по следующим причинам: 1) нейробластома является типичным представителем эмбриональных злокачественных опухолей нервной системы, однако способна к спонтанной регрессии; 2) при определенных условиях клетки нейробластомы следуют программе дифференцировки нейрона, синтезируют нейромедиаторы и специфические ферменты, демонстрируют электрическую и химическую возбудимость мембраны. Основное достоинство клеток нейробластомы заключается в возможности прижизненного анализа динамики морфологических и функциональных изменений этих клеток в условиях in vitro под влиянием биологически активных веществ, вводимых в среду культивирования. Целью данной работы является изучение in vitro процессов торможения пролиферации, индукции дифференцировки и выживания дифференцированных клеток нейробластомы N1E-115. Выявление роли про-/антиоксидантных веществ в регуляции процессов пролиферации и дифференцировки клеток нейробластомы мыши N1E-115. Оценка эффективности исследуемых про- и антиоксидантных веществ в качестве препаратов противоопухолевого действия.


    Статьи по теме:
    1. К.Б. Асланиди, С.Н. Мякишева, чл.-корр. РАН Г.Р. Иваницкий. Ионная регуляция пролиферации клеток нейробластомы мыши N1Е-115 in vitro. ДАН. т.423, № 2, 2008, с. 1-3. Исследована роль отдельных компонентов культуральных сред (Na+, углеводов, аминокислот) и рН на процессы перехода от пролиферации к дифференцировке или программируемой гибели, а также на скорость дифференцировки клеток нейробластомы мыши N1Е-115.
    2. К.Б. Асланиди, С.Н. Мякишева. Анализ роли отдельных компонентов культуральных сред в процессе пролиферации клеток нейробластомы мыши N1E-115. Биофизика. 2010, т. 55, № 3, с. 486-492. Для бессывороточных сред обнаружены значения параметров внеклеточной среды: концентрации ионов натрия [Na+]o, аминокислот, углеводов и значения рН, при которых скорость дифференцировки клеток нейробластомы была минимальной, а скорость пролиферации – максимальной. Среды, вызывающие дифференцировку 70% клеток на временах длительности клеточного цикла обеспечивали максимальное время переживания дифференцированных клеток.
    3. К.Б. Асланиди, С.Н. Мякишева. Влияние компонентов среды на время дифференцировки и продолжительность жизни клеток нейробластомы мыши NIE-115. Биол. Мембраны. 2011, т. 28, № 3, с. 181-190. В работе показано значение внеклеточных концентраций неорганических ионов и метаболитов в регуляции метаболизма и генетического статуса клетки. Отклонение параметров от оптимального значения увеличивало скорость дифференцировки, а дальнейшее отклонение запускало механизм клеточной гибели. Таким образом, пролиферирующие клетки оказались наиболее “привередливыми” к внешним условиям, что связано, по-видимому, с высокой активностью синтетических процессов, нуждающихся в значительных потоках субстратов и продуктов метаболизма.
  7. Теоретическое исследование нелинейных свойств электро-возбудимой мембраны с учетом коррелированной кинетики одиночного ионного канала (рук. А.А. Гриневич, к.ф.-м.н.).
    Ионные каналы являются важнейшим структурным элементом клеточных мембран. Определяющая роль ионных каналов в мембранном электрогенезе и внутриклеточной сигнализации обуславливает огромный интерес различных исследователей к изучению физико-химических механизмов, лежащих в основе их характерных свойств. На основе разработанной нами феноменологической модели работы воротного механизма одиночного ионного канала и с использованием программного пакета MATLAB , включающего современные методы математического моделирования, предлагается исследовать влияние различных (внешних и внутренних) факторов на специфические свойства активности ионных каналов, а также дальнейшее развитие существующей модели с целью ее уточнения.
  8. Исследование регуляции кровотока в микроциркуляторном русле кожи (рук. Н.К.Чемерис, д.б.н.).Исследование состояния и функционирования регуляторных механизмов микрососудистого русла кожи человека в норме и при различных патологиях методом лазерной допплеровской флоуметрии. Оценка резервных возможностей и пределов функционирования микроциркуляторной системы в ответ на применение различных функциональных тестов: окклюзию, ионофорез биологически активных веществ, нагрез/охлаждение и других. Создание модели функционирования и регуляции микроциркуляторного русла кожи человека
  9. Разработка метода экспресс диагностики дисфункции эндотелия в микроциркуляторном русле кожи человека (рук. Н.К.Чемерис, д.б.н.).Исследование состояния и функционирования регуляции кровотока в микрососудистом русле кожи человека в норме и при различных патологиях методом лазерной допплеровской флоурометрии с использованием фармакологических и функциональных тестов. Проведение скрининговых исследований по выявлению предрасположенности и выраженных симптомов эндотелиальной недостаточности на условно здоровых испытуемых

3. Лаборатория внутриклеточной сигнализации

  1. Разработка методики выявления лигандов NMDA-, AMPA/KA-, GABA- СВ1, 5НТ, и ССК2B рецепторов с помощью кальций-чувствительных флуоресцентных зондов.
  2. Изменение механизмов Са 2+ -зависимой сигнализации в процессе развития и дифференцировки клеток в культуре (для нейронов и адипоцитов).
  3. Выявление типа рецептора и сигнализация ацетилхолинового рецептора.
  4. Особенности генерации Са 2+ -сигналов в ГАМК-эргических нейронах гиппокампа.
  5. Механизмы управления синхронной активностью популяции нейронов гиппокампа каинатными, каннабиноидными и серотониновыми рецепторами.
  6. Молекулярные и клеточные механизмы регуляции серотониновыми 5НТ1В-рецепторами нейронов агрессивного поведения, страха и пристрастия к алкоголю.
  7. Исследования механизмов прекондиционирования, вызванных эпизодами гипоксии/ишемии, на уровне рецепторов нейронов гиппокампа. Са 2+ -зависимые механизмы устойчивости нейронов мозга к повреждающим факторам гипоксии.
  8. Исследования механизмов взаимодействия гормональных систем и вторичных мессенджеров в регуляции функций адипоцитов.
  9. Выявление и характеристика парвальбумин-содержащих нейронов – мишеней 5HT1B-рецептора, ингибирующих потенциал-зависимые кальциевые каналы.
  10. Са 2+ каналы плазматической мембраны невозбудимых клеток .
  11. Роль системы NO - cGMP в регуляции клеточного ответа на гормоны и нейротрансмиттеры.
  12. Модуляция кальциевой сигнализации в адипоцитах как возможный путь подавленя процесса адипогенеза в белом жире.
  13. Два механизма кальциевых колебаний в адипоцитах.

4. Лаборатория механизмов функционирования клеточного генома

  1. Математическое моделирование нелинейной динамики ДНК (рук. д.ф.-м.н. Якушевич Л.В.).Исследование нелинейных свойств молекулы ДНК имеет важное значение для выяснения механизмов передачи энергии и информации вдоль молекулы ДНК. В работе предполагается широко использовать методы современной нелинейной математики и компьютерные технологии для моделирования разнообразных нелинейных конформационных волн в ДНК
  2. Изучение злектростатических и других физических свойств элементов клеточного генома. Связь физических свойств и биологических функций ().  Одна из основных задач биоинформатики - описать регуляторные и метаболические сети клетки по ее секвенированному геному. Изучение физических, в частности, электростатических, свойств элементов клеточного генома дополняет ставший традиционным подход к аннотации генома с использованием методов текстового анализа и позволяет выявить недоступные последнему характеристики, важные для биологии клетки:
    1.Использование методов статистического анализа Data Mining для установления связи электростатических и других физических свойств элементов геномной ДНК с их биологическими функциями (физ-мат науки);
    2.Исследование биологических функций электростатических и других физических свойств элементов геномной ДНК(биология);
    3.Разработка системы аннотации секвенированных геномов на основе электростатических и других физических свойств элементов геномной ДНК (программирование)
  3. РНК-полимераза с точки зрения системной биологии (рук. к.ф.-м.н. Сорокин А.А.).Анализ регуляторных взаимодействий в геноме бактерии в контексте взаимной регуляции транскрипционных факторов; влияние физических свойств ДНК - и РНК-полимеразы, доступности регуляторных белков и низкомолекулярных субстратов на эффективность инициации транскрипции с различных промоторов; роль конкуренции за сайты посадки на ДНК и за доступность РНК-полимеразы в регуляции транскрипции.
    Современные методы моделирования и анализа систем: стохастическое моделирование, концептуальное моделирование(SBGN, causality analysis). Автоматический и полуавтоматический анализ данных: добыча данных(data-mining), анализ текстов (text-mining, natural language processing).

5. Лаборатория структуры и динамики биомолекулярных систем

  1. Молекулярный механизм функционирования бактeриородопсина. Фотохимия ретинальных белков. (рук. Е.Л.Терпугов, к.ф.-м.н., О.В.Дегтярева, к.б.н).
    1. Первичная динамика фотоциклической реакции бактериородопсина. Структурные основы распада колебательно-возбужденного состояния/Ий и появления первого стабильного К-интермедиата.
    2. Исследование процесса распространения энергии внутри молекулы и определение области взаимодействия ретиналя с белком. Исследование структуры и динамики возбужденных состояний биомолекул на основе эффекта возникновения вторичного ИК-излучения при возбуждении видимым светом.
    3. Разработка новой инструментальной техники для получения детальной информации о структуре и внутримолекулярных путях распространения колебательной энергии.
    4. Исследование механизма возникновения вторичного ИК-излучения. Разработка нового метода исследования возбужденных состояний на основе ИК-Фурье-спектроскопии и использовании оптического излучения для создания колебательно-возбужденных состояний.
  2. Принципы стабилизации нативной третичной структуры и динамика глобулярых белков. (рук. Н.Н. Хечинашвили, д.ф.-м.н.).
    1. Исследование термодинамических свойств глобулярных белков. Определение термодинамических параметров теплом индуцированных конформационных переходов: энтальпии(DH), энтропии(DS) и теплоемкости(DCp . Построение температурных функций энтальпии, энтропии и свободной энергии(DG) стабилизации нативной структуры белков.
    2. Исследование динамических свойств боковых цепей аминокислотных остатков на основе данных рентгеноструктурного анализа (РСА) и ЯМР-спектроскопии методами молекулярной динамики (компьютерной симуляции). Определение энергетически выгодных альтернативных водородных связей как доминирующего фактора в повышении термостабильности белков.
    3. Замена аминокислотных остатков в молекуле белка с применением методов компьютерного моделирования. Поиск энергетически выгодных ротамеров боковых цепей аминокислотных остатков.
  3. Моделирование механизма структурообразования ДНК и полипептидов. Структурный полиморфизм комплементарного спаривания азотистых оснований в молекула. (рук. д.ф.-м.н. В.М. Комаров).
    1. Теоретическое исследование влияния среды на генерацию больших дипольных моментов в молекулах нуклеиновых кислот.
    2. Квантово-химический анализ особенностей структурной организации спиральных форм олигопептидов.
    3. Изучение роли связанной воды и противоионов в формировании структуры и свойств олигопептидных последовательностей
  4. Моделирование процессов клеточного дыхания: изучение механизма взаимодействия между миоглобином и митохондриями (рук. Г.Б.Постникова д.б.н.). Впервые показано, что отщепление О2 происходит лишь при контакте MbO 2 c митохондриями. Механизм дезоксигениции MbO2 при физиологических концентрациях кислорода в клетке (рО2 ) включает взаимодействие белка с митохондриальной мембраной, вследствие чего сродство миоглобина к О2 резко уменьшается ( ~ в 10 раз), что соответствует сдвигу кривой диссоциации к более высоким рО2 . Подобно тому, как сродство гемоглобина к О2 регулируется дифосфоглицератом, рН среда и СО2, сродство миоглобина к лиганду регулируется их взаимодействием с митохондриями, свойства и состояние которых, как мы показали, полностью определяют скорость отщепления О2.
  5. Изучение структурных и функциональных свойств гемоциана камчатского краба Paralithodes camtschaticus (рук. С.А.Моисеева к.б.н.). Гемоцианин ракообразных, помимо своей основной функции – транспорта кислогрода, служит также средством запасания питательных веществ в период вынужденного голодания, а его концентрация в гемолимфе, как и химический состав и физиологические свойства изменяются в зависимости от условий существования организмов. Поэтому проведение комплекного мониторинга биохимических и физиологических свойств гемоцианина очень перспективно для решения многих рыбохозяйственных задач, а также в плане получения биологически активных веществ, обладающих свойствами антибиотиков, антисептиков, иммуномодуляторов и т.д.

6. Лаборатория регуляции апоптоза

  1. Механизмы регуляции апоптоза нейтрофилов при действии апоптоз-модулирующих факторов химической и физической природы (рук. к.б.н. М.М.Юринская).
  2. Исследование молекулярных механизмов регуляции апоптоза клеток врожденного иммунитета при действии белков теплового шока (рук. д.б.н. М.Г.Винокуров). В работах будут исследованы молекулярно-клеточные механизмы апоптоза при действии физико-химических факторов окружающей среды. Исследование механизмов регуляции апоптоза клеток иммунной системы в норме и при различных патологиях.
  3. Полиамины тканей при искусственном гипобиозе млекопитающих (рук. к.б.н. Г.Е.Аксенова, д.б.н., проф. И.К.Коломийцева). Будут выявлены органы - источники полиаминов крови при гипобиозе, получены сведения о регуляции функционального состояния клеток при адаптации животного к гипотермии/гипоксии/гиперкапнии. Выработаны подходы к увеличению резистентности к искусственному гипобиозу.
  4. Липиды ядер, митохондрий и эндоплазматического ретикулума гепатоцитов при искусственном гипобиозе млекопитающих (рук. к.б.н. Л.Н.Маркевич, д.б.н., проф. И.К.Коломийцева). Будет охарактеризовано участие липидов мембран и органелл клеток печени в адаптации млекопитающих к состоянию искусственного гипобиоза. Установлена функциональная роль липидов органелл печени в адаптации к искусственному гипобиозу.

7. Лаборатория механизмов природных гипометаболических состояний

  1. Изучение эндогенных механизмов адаптации нервных клеток и кардиомиоцитов к действию низких температур и соотношения активности различных рецепторных систем в условиях естественной гипотермии. (Рук. Захарова Н.М., к.б.н., зав.лаб., Накипова О.В., к.б.н., с.н.с.).
  2. Исследование механизмов эндотелийзависимой регуляции тонуса сосудов у гибернирующих сусликов. Роль оксида азота и производных арахидоновой кислоты (рук. Андреева Л.А., н.с.).
  3. Исследование роли цирканнуальных ритмов в механизмах нейрохимической регуляции интегративной деятельности мозга зимоспящих животных. (Рук. Семенова Т.П., д.б.н., проф.). Используется сочетание широкого набора методов изучения сезонных особенностей локомоторной активности животных, обучения, исследовательского и эмоционального поведения в сочетании с биохимическими методами определения в отдельных структурах головного мозга активности рядамоноаминов, активности ферментов их синтеза и деградации, липидов мембран, иммуногистохимические методы.
  4. Механизмы регуляции дыхания и окислительного фосфорилирования в митохондриях гибернирующих животных. (Рук. Амерханов З.Г. к.б.н., с.н.с.). Применяются методы выделения митохондрий и методы мембранной биоэнергетики: полярографический метод определения поглощения кислорода митохондриями с помощью электрода Кларка, определение трансмембранного потенциала на внутренней мембране митохондрий методом синтетических проникающих ионов с помощью тетрафенилфосфониевого электрода, ионометрические и спекральные методы изучения мембранного транспорта, м етоды очистки и разделения мембранных белков.
  5. Исследование влияния биологически активных веществ, выделяемых из тканей гибернантов, на функциональную активность нервной и сердечно-сосудистой систем незимоспящих животных. (Рук. Игнатьев Д.А., к.б.н., в.н.с., Захарова Н.М., к.б.н., зав.лаб.). Последовательное выделение и тестирование на обычных теплокровных (крысы, мыши) биологически активных веществ из тканей гибернантов с целью идентификации фракций, обладающих наибольшей активностью. Оценка эффектов фракций по их влиянию на температуру, скорость метаболизма, поведение, биоэлектрическую активность структур головного мозга, деятельность сердца животных. Обработка режимов введения экспериментальных животных в состояние искуственной гипотермии в условиях гипоксии, гиперкапнии и пониженной температуры среды.

8. Лаборатория микроспектрального анализа клеток и клеточных систем

  1. Несинаптические функции нейротрансмиттеров и их эволюция у микроорганизмов, растений, животных (рук. д.б.н. В.В.Рощина).
    1. Роль нейротрансмиттеров в межклеточных взаимодействиях (взаимодействия при оплодотворении и химичеких взаимодействиях в биоценозе).
    2. Холинэстеразы несинаптических клеток (микроорганизмы, растения, животные).
    3. Редокс-свойства нейротрансмиттеров.
    4. Клеточные биосенсоры на нейротрансмиттеры и лекарственные препараты.
  2. Флуоресценция секреторных клеток микроорганизмов, растений, животных (рук. д.б.н. В.В.Рощина).
    1. Участие секреторных клеток и секретов в хемосигнализации.
    2. Квантовые выходы флуоресценции секретирующих веществ.
    3. Разложение сложных спектров поглощения и флуоресценции в системах Гауссовых кривых.
    4. Секреторные клетки-биосенсоры.
  3. Активные формы кислорода (озон, свободные радикалы и пероксиды) в хемосигнализации микроорганизмов, растений, животных (рук. д.б.н. В.В. Рощина).
    1. Роль активных форм кислорода в межклеточных взаимодействиях.
    2. Влияние активных форм кислорода на флуоресценцию секреторных клеток и их секретов.
    3. Низкомолекулярные и высокомолекулярные (ферменты) антиоксиданты секреторных клеток.
    4. Клеточные биосенсоры на активные формы кислорода.

9. Лаборатория криобиологии и биофизики воды

  1. Поиск перспективных методов витрификации биологических объектов.
  2. Изучение клатратообразующих газов в качестве возможных криозащитных агентов при замораживании биологических объектов.
  3. Разработка протоколов криоконсервации, обеспечивающих длительное и клинически эффективное хранение сложных васкуляризированных тканей и органов.
  4. Изучение роли экзогенных липидов в сохранении жизнеспособности клеток при замораживании до температуры жидкого азота (-196оС).
  5. Поиск методов нейтрализации токсичности классических криопротекторов на основе исследования связанных с ними метаболических схем.
  6. Восстановление древних растений из биоматериала возрастом более 30 тысяч лет, извлеченного из вечной мерзлоты, с использованием методов культуры тканей и микроклонирования.
  7. Изучение водных растворов методами динамического светорассеяния и терагерцовой спектроскопии.
  8. Теоретическое исследование поглощения микроволн на частотах мобильных телефонов в поверхностных кровеносных сосудах на основе метода FDTD (Finite Difference Time Domain).
  9. Исследование отражения электромагнитного излучения миллиметрового диапазона от кожи. Разработка рекомендаций для диагностического использования миллиметровых волн в медицине и косметологии.

10. Лаборатория биологических эффектов неионизирующих излучений

  1. Исследование механизмов изменений активности ферментов крови под действием ультразвукового и электромагнитного излучения высоких частот на молекулярном уровне (щелочной и кислой фосфотаз, аспартатаминотрансферазы, лактат- дегидрогеназы, аланинаминотрансферазы, холинэстеразы).
  2. Изменение проницаемости мембран клеток под действием  ультразвуковых и электромагнитных волн. ЭМИ могут вызывать как обратимые, так и необратимые изменения проницаемости мембран клеток. В зависимости от интенсивности или от частоты модуляции воздействующего фактора можно как усиливать транспортные процессы в мембранах, так и существенно их замедлять, изменяя тем самым функциональное состояние клеток. Задача исследований – определить границы параметров этих факторов воздействия, приводящих к неблагоприятным изменениям в клетках животных и человека, и найти условия восстановления их функционального состояния, используя необходимые для этого частоты модуляции и уровни воздействия
  3. Разделение и концентрирование клеток в поле стоячей ультразвуковой волны.

11. Лаборатория культур клеток и клеточной инженерии

  1. Исследование возможностей применения современных нанотехнологий для создания эффективных средств хранения и доставки наиболее значимых в медицине флавоноидов (рук. Ким Ю.А., к.б.н, т.402, к.421кис, e - mail : Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. ). На основании имеющегося опыта исследований флавоноидов, наночастиц, фибриллярных белков и липосом предполагается исследование и разработка методов повышения эффективности значимых в медицине и доступных в отечественной промышленности флавоноидов, Предполагается исследование возможности инкаплулирования флавоноидов в микро- и макрочастицы, образованные липидами и полимерами, создание нанофибибрилл и гидрогелей на основе самих флавоноидов и их комплексов с белками и полдисахаридами, возможности хранения флавоноидов в этих комплексах и контролируемого высвобождения в окружающую среду.
  2. Исследование экспрессии и секреции белков теплового шока при инфицировании клеток альфагерпесвирусами.
  3. Исследование противоопухолевого иммунитета при иммунизации мышей комплексами белков теплового шока с опухоле- специфическими пептидами. Известно,что белки теплового шока (БТШ, hsp70, hsc70, hsp90, hsp96) кроме выполнения общеклеточных функций играют важную роль в формировании защитного иммунитета против внутриклеточных патогенов, а также противоопухолевого имммунитета. В опухолевых клетках и в клетках, инфицированных вирусами или бактериями, БТШ связывается с опухоле-, вирус- или бактериоспецифическими пептидами. Комплексы ЬТШ-пептид способны рецептор-зависимо проникать в антиген-презентирующие клетки (АПК) и обеспечивать представление асссоциированных с ними антигенных пептидов на мембране АПК на МНС1. Это приводит к активации СD8+ цитотоксических Т-лимфоцитов - важнейшего элемента защитного иммунитета против внутриклеточных патогенов и противоопухолевого иммунитета. Показано, что комплексы БТШ-пептид можно очистить из инфицированных патогеном клеток и использовать для разработки вакцинных препаратов. Это определяет актуальность использования генов БТШ в индукции противоопухолевого и противовирусного иммунитета.

12. Лаборатория клеточных механизмов патологии памяти

  1. Электрическая активность в срезах мозга бульбэкто- минированных животных на этапе активации нейрогенеза (рук. Н.В.Бобкова, к.б.н., тел. 100). В мозге бульбэктоминированных животных обнаружена активация процесса нейрогенеза, доказанная с помощью использования специфических маркеров разных стадий созревания нервных клеток. Однако открытым остается вопрос о функциональной значимости этого процесса. В работе предполагается исследование электрической внеклеточной активности в переживающих срезах структур, в основном содержащих de novo образованные нейроны.
  2. Исследование эффектов иммунизации фрагментами альфа- 7ацетилхолинового рецептора на течение нейродегенератив- ного процесса на трансгенных животных - модели болезни Альцгеймера (рук. к.б.н. Н.В.Бобкова). Генотипирование и отбор трансгенных животных, иммунизация фрагментами Асh рецептора, проверка влияния иммунизации на память и мозговой уровень бета-амилоида.
  3. Исследование возможности фармакологической коррекции течения нейродегенеративного процесса альцгеймеровского типа у бульбэктомированных животных - модели спорадической формы болезни Альцгеймера (рук. к.б.н. Н.В.Бобкова). Проведение операции по удалению обонятельных луковиц и изучение поведенческих и биохимических эффектов белка теплового шока и ряда нейротрофических факторов.
  4. Исследование состояния синаптической передачи у бульбэктомированных животных - модели спорадической формы болезни Альцгеймера (рук. к.б.н. Н.В.Бобкова). Проведение Проведение операций по удалению обонятельных луковиц, гистоиммунохимическое определение уровня синаптогенеза с использованием синаптофизина.
  5. Биофизические механизмы формирования электроэнцефало- граммы в норме и при болезни Альцгеймера (к.б.н. Б.В. Бахарев). Разработка многофакторного метода обработки ЭЭГ человека для анализа ЭЭГ-реакций на предъявление разных одорантов, и разра- ботка на этой основе ранней диагностики деменеций разного генеза.

13. Лаборатория функциональной геномики и клеточного стресса

  1. Клонирование промоторов, предсказанных компьютерным методом, в экспрессионный вектор, содержащий репортерный белок. На данный момент в лаборатории подтверждена функциональная активность многих предсказанных компьютерным методом промоторов. Часть из них являются внутригенными и могут контролировать синтез антисмысловых или альтернативных РНК, другие находятся в межгенных областях и могут быть индикаторами наличия новых генов. Следующим шагом является анализ факторов, влияющих на активность этих промоторов in vivo и, следовательно, на экспрессию соответствующих генов. Проще всего это сделать с использованием плазмиды, содержащей ген, кодирующей зеленый флуоресцентный белок. Окрашенность колоний в этом случае напрямую зависит от условий роста трансформированных клеток и может быть проверена для многих условий.
  2. Адаптация алгоритма PlatProt для картирования промоторов в геномах близкородственных E.coli бактерий. Компьтерный алгоритм PlatProt является одним из основных рабочих инструментов лаборатории. Он моделирует все известные нам особенности структурной организации промоторов E.coli, узнаваемых основным ссигма-фактором РНК-полимеразы и поэтому используется для предварительного поиска промотор-подобных участков в неизвестных последовательностях. Функциональная активность наиболее интересных промоторов затем проверяется экспериментально. В настоящее время алгоритм адаптирован к поиску промоторов E.coli, узнаваемых минорным сигма-фактором, а также поиску вегетативных промоторов в геноме Salmonella typhimurium. В дальнейшем планируется провести сравнительный анализ свойств бактериальных промоторов, поэтому необходимо адаптировать алгоритм на поиск промоторов в других геномах, в том числе в геноме потогенных штаммов E.coli. Наиболее серьезной проблемой при этом является создание соответствующих обучающих наборов промоторов конкретного генома.

14. Лаборатория молекулярной физиологии клетки

Специальности: Биофизика, физиология

  1. Сигнальных процессы в хеморецепторных клетках позвоночных (вкусовые клетки, сенсорные нейроны вомероназального органа и главного обонятельного эпителия) (рук. д.б.н. С.С.Колесников). Для восприятия внешних сигналов различной физической и химической природы самые разнообразные клетки используют специфические рецепторные белки и биохимические каскады усиления, генерирующие внутриклеточные сигналы в ответ на внешнее воздействие. Хотя в настоящий момент известно несколько разных типов сигнальных систем, по большей части возбуждение передается в цитоплазму клетки при участии G-белков, взаимодействующих с трансмембранным рецептором, который переходит в возбужденное состояние под действием внешнего стимула. Популяция клеток сенсорных органов гетерогенна. Чтобы понять физиологические функции, свойственные каждой клеточной субпопуляции, необходимо исследовать физиологические процессы на уровне одиночных идентифицированных клеток, функционирующих в сенсорном органе. В свете научных интересов лаборатории, изучение рецепторных механизмов восприятия внешних сигналов хеморецепторными клетками и анализ сигнальных каскадов, вовлеченных в процесс трансдукции, являются одним из основных. Исследования проводятся с использованием совокупности современных методов клеточной биологии, включая электрофизиологию (patch clamp), флуоресцентную микроскопию (измерение внутриклеточного Са2+ и других ионов), культуру клеток и молекулярную биологию (RT-PCR, экспрессионные системы).
  2. Молекулярные механизмы химических коммуникаций (рук. к.б.н. Романов Р.А., к.б.н. Хохлов А.А.). Существенным фактором выживания вида являются видоспецифичные химические коммуникации между животными. Информационный обмен подобного сорта обычно связан с выделением и распознаванием феромонов – пахучих веществ, формирующих внутривидовые химические сигналы, которые несут информацию о социальном и половом статусе животного и детерминируют соответствующие поведенческие реакции. В восприятии феромонов и феромонно-подобных сигналов у млекопитающих ведущую роль играют 2 системы - главный обонятельный эпителий (ГOЭ) и вомероназальный орган (ВНО). Млекопитающие (исключая человека) экспрессируют порядка 200 различных рецепторов феромонов, в то время как на настоящий момент известно всего несколько десятков веществ, выполняющих функцию феромонов. Отсюда ясно, что большая часть феромонов остается неизвестной. Одним из подходов, позволяющим идентифицировать феромоны и исследовать механизмы их восприятия является изучение электрической активности ГОЭ и ВНО. В дополнение к этому подходу в лаборатории проводятся исследования одиночных хеморецепторных клеток ГОЭ и ВНО.
  3. Экспрессия сигнальных белков в хеморецепторных клетках (рук. д.б.н. С.С.Колесников). Как правило, сигнальные белки представлены множественными изоформами поскольку могут кодироваться несколькими к тому же сплайсируемыми генами. Поэтому одним из важных вопросов в клеточных исследованиях является выяснение того, какие изоформы данного сигнального белка функционируют в исследуемых клетках. Одним из подходов, позволяющим ответить на этот вопрос, является анализ экспрессии генов с использованием метода RT-PCR (reverse transcription - polymerase chain reaction). Этот метод эффективно используется в лаборатории, в том числе на уровне одиночных хемосенсорных клеток.
  4. Математическое моделирование Са2+ сигнализации в хеморецепторных клетках (рук. д.б.н. С.С.Колесников). Любой внутриклеточный сигнальный каскад представляет собой сложную нелинейную систему, динамические свойства которой и роль отдельных элементов в ее кинетических характеристиках трудно оценить без математического моделирования этой системы. Возбуждение вкусовых клеток и нейронов VNO происходит при участи фосфоинозитидного каскада: рецептор – G белок – фосфолипаза С – IP3 - мобилизация Са2+. Внутриклеточный Са2+ играет регуляторную роль как в процессах возбуждения обонятельных нейронов, так и их адаптации. Моделирование Са2+ сигналов в хеморецепторных клетках является эффективным инструментом исследования их каскадов трансдукции.
  5. Потенциалзависимость и селективность Са2+-активируемых хлорных каналов плазматической мембраны клеток водоросли Chara coralime (рук. к.ф.-м.н. А.А.Катаев). Генерация потенциала действия в классическом растительном объекте - харовых водорослях обусловлена активацией хлорных каналов плазматической мембраны. Стимуляция этих каналов ионами Са2+ хорошо изучена, однако многие детали возбудимости харовых водорослей еще недостаточно ясны, биофизические характеристики ионных каналов водорослей изучены не полностью. Для решения этих задач используется электрофизиологический метод двух-электродной фиксации поденциала и компьютеризированная аппаратура для регистрации токов. Помимо этого, разрабатываются, математические модели электрической возбудимости водорослей.
  6. Предсказание возможной олигомеризации канальных белков на основе анализа функциональных контактов в известных олигомерных трансмембранных структурах (рук. к.ф.-м.н. В.С.Сивожелезов). Накопленные к настоящему моменту данные свидетельствуют о том, что многие сигнальные и канальные белки образуют функциональные комплексы. Гетероолигомеризация белков – это весьма рациональная стратегия, позволяющая увеличивать разнообразие функциональных единиц в рамках данного набора генов. На настоящий момент известно несколько семейств ионных каналов, внутри которых достоверно выявлена гетероолигомеризация структурно близких порообразующих субъединиц, приводящая к формированию функционального ионного канала. Прежде всего - это семейство ионных каналов, активируемых циклическими нуклеотидами, и подсемейство TRPC из гетерогенного семейства каналов TRP типа. Опыт исследования сигнальных процессов показывает, что белки, далекие в структурном отношении, могут образовывать сигнальные комплексы благодаря консервативным структурным доменам. Вполне возможно, что порообразующие субъединицы ионных каналов, структурно весьма различные, но выполняющие идентичную функцию, например, транспортирующие катионы, могут олигомеризоваться и формировать катионный канал с необычными транспортными и регуляторными свойствами. Мы предполагаем проанализировать такую возможность на примере ряда канальных белков, анализируя их структуру и проводя теоретический поиск функциональных доменов, которые могли бы обеспечить их олигомеризацию. Будут использоваться комплекс специализированных компьютерных программы для расчета электростатических потенциалов, энергий взаимодействия, распределения гидрофобных участков и т.п.