ИНСТИТУТ БИОФИЗИКИ КЛЕТКИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИБК РАН)

Институт биофизики клетки Российской академии наук — обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Федеральный исследовательский центр «Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук»

Institute of Cell Biophysics of the Russian Academy of Sciences

ИБК РАН

ICB RAS

ИБК РАН создан как Институт биофизики клетки Академии наук СССР на основании постановления Президиума Академии наук СССР от 23 октября 1990 г. на базе Института биологической физики Академии наук СССР.

В ИБК РАН проводятся фундаментальные, поисковые и прикладные научные исследования и разработки в области естественных и технических наук по следующим направлениям:

• физико-химические исследования механизмов физиологических процессов и создание на их основе фармакологических веществ и лекарственных форм для лечения и профилактики социально значимых заболеваний;
• молекулярные механизмы рецепции, внутриклеточная сигнализация и межклеточные коммуникации, передача сигнала в сенсорных, иммунных, нервных и других клеточных системах;
• механизмы реакций клетки на действие электромагнитных, магнитных и акустических полей, ионизирующей радиации, температуры и других факторов физической и физико-химической природы;
• физика, химия и биология воды; криоконсервация клеток; создание генетического криобанка редких и исчезающих видов живых существ; механизмы естественного и искусственного гипобиоза;
• механизмы клеточного стресса; клеточная инженерия, роль стрессовых белков в формировании резистентности клеток к внешним воздействиям, а также в миграции, инвазии и метастазировании опухолевых клеток;
• моделирование структурных и физических параметров белков, нуклеиновых кислот и их комплексов; конформационная подвижность биополимеров;
• создание алгоритмов анализа регуляторных последовательностей и баз данных профилей физико-химических характеристик бактериальных геномов; разработка методов конструирования наноразмерных ансамблей биологических макромолекул;
• медицинские аспекты клеточной биологии; молекулярные механизмы клеточных патологий; поиск средств их диагностики и коррекции;
• молекулярные механизмы, обеспечивающие адаптивный потенциал клеток и организмов.

Впервые идентифицировано несколько типов ионных каналов, функционирующих в сенсорных клетках. Среди них особое место занимает открытие катионных каналов, активируемых за счет кооперативного связывания циклических нуклеотидов с канальным белком. Такое регуляторное действие циклических нуклеотидов, не опосредованное фосфорилированием белков, не было показано ранее. Установлено, что в различных сенсорных клетках функционируют специфические подтипы катионных каналов, активируемых циклическими нуклеотидами. Так, цГМФ активирует катионные каналы в палочках (работа выполнена чл.-корр. РАН С.С. Колесниковым совместно с чл.-корр. РАН Е.Е. Фесенко) и колбочках сетчатки; цГМФ и цАМФ примерно с равной эффективностью активируют катионные каналы в обонятельных нейронах; цАМФ активирует катионные каналы в волосковых клетках органа Корти. Данный цикл работ продемонстрировал, что цГМФ/цАМФ-активируемые каналы являются исполнительным элементом каскада трансдукции в палочках и колбочках сетчатки и в обонятельных нейронах. Получены приоритетные данные, на основании которых установлены корреляции между электрофизиологическими характеристиками вкусовых клеток и профилями экспрессии генов определенных маркерных, рецепторных, сигнальных и канальных белков.

При исследовании обонятельного эпителия млекопитающих выделены и охарактеризованы компоненты с высоким сродством к пахучим веществам, которые могут служить основой для конструирования соответствующих сенсорных устройств, а также новый секреторный 28 кДа белок, идентифицированный как тиол-специфический антиоксидант (1-Cys пероксиредоксин). Получен рекомбинантный человеческий 1-Cys пероксиредоксин, который перспективен для лечения химических и тепловых ожогов, в том числе, — ожогов верхних дыхательных путей.

Установлено, что пероксиредоксин 6 (PRDX6) предотвращает гипергликемию, восстанавливает профиль цитокинов в плазме, значительно снижает апоптоз клеток селезенки и предотвращает разрушение β-клеток в островках Лангерганса у мышей с тяжелой формой диабета, индуцированного аллоксаном. Кроме того, было показано защитное действие PRDX6 по отношению к β-клеткам инсулиномы крысы RIN-m5F от цитотоксичности, индуцированной цитокинами (TNF-α и IL-1β), а также снижение апоптотической гибели клеток и продукции АФК. На экспериментальной модели ишемически-реперфузионного поражения (И-Р) почки, тонкого кишечника и сосудов брыжейки показана высокая протекторная эффективность пероксиредоксина 6 (Prx 6) по защите тканей от данного поражения. Пероксиредоксин 6 также уменьшает тяжесть радиационной лейко- грануло- и тромбоцитопении, увеличивая количество форменных элементов крови у облученных животных, а также предотвращает массовую гибель эпителиальных клеток и деструкцию тонкого кишечника под действием ионизирующей радиации.

В области электромагнитобиологии установлено, что изменение электромагнитной и магнитной обстановки существенно ускоряет синтез клеткой стрессовых белков и фактора некроза опухолей. Один из важных практических результатов этих работ — выделение низкомолекулярного агента, обладающего противоопухолевой активностью.

Предложен новый метод криоконсервации сперматозоидов амфибий с использованием высокоэффективного криозащитного состава на основе диметилформамида для криобанкирования генофонда редких и исчезающих видов герпетофауны. Успешность подхода подтверждена в экспериментах по криоконсервации спермы семенников обыкновенной лягушки Rana temporaria.

В работе, проведенной совместно с больницей ПНЦ РАН, в гранулоцитах крови больных сахарным диабетом 2 типа обнаружены изменения кинетики генерации активных форм кислорода, опосредованной NADPH оксидазой, связанные как с системой фагоцитоза, так и с состоянием внутриклеточных сигнальных систем, в том числе Са²⁺-зависимых. Методами математического моделирования показано, что гипергликемия увеличивает стабильность комплекса NADPH оксидазы и снижает синхронизацию его сборки, а также повышает способность клеток к фагоцитозу. NADPH оксидаза в гранулоцитах крови может служить мишенью для клинических целей при диабетических осложнениях, связанных с воспалением.

Установлено, что хроническое воспаление септического типа, вызванное введением мышам постепенно увеличивающихся доз эндотоксина, приводит к активации ключевых сигнальных каскадов (NF-κB, MAPK и PKC theta), к увеличению экспрессии белков теплового шока (Hsp72, Hsp90-альфа), к активации экспрессии TLR4 и к увеличению уровня апоптоза лимфоцитов селезенки и тимуса. Показано, что использованние иммуномодуляторов (тимулин, комплекс липорастворимых антиоксидантов, нескольких ингибиторов сигнальных путей) оказывает анти-воспалительное действие, нормализуя иммунный статус мышей с хроническим воспалением

При поддержке Фонда перспективных исследований разработана прорывная технология, способная инициировать многочасовой стабильный и полностью обратимый искусственный гипобиоз (фармакологический торпор). Внутривенное введение животному многокомпонентной фармакологической композиции вызывает быстрое (минуты-десятки минут) снижение частоты сердечных сокращений и температуры тела на 7-8˚С. Состояние гипотермии может длиться в среднем 16–17 часов. Разработанная композиция является уникальной, не имеет аналогов в мире и не имеет видоспецифичности (проверена на мышах, крысах, кроликах, минисвиньях). Ее введение приводит к резкому повышению устойчивости животных к гипоксии, переохлаждению и кровопотере. Полученные результаты могут быть использованы для разработки новых технологий, направленных на продление «золотого часа» в экстремальных условиях.

Исследованы особенности сверхглубокой гипотермии целого организма на биомодели крысы. Показано, что выживаемость крыс напрямую зависит от длительности периода «клинической смерти», с пороговым значением, составляющим 40-45 минут.

Показано, что изменение внутриклеточного pH, вызванное молочной кислотой, лактатом натрия и пируватом натрия в концентрации 10 мМ, эффективно защищает клетки в токсической модели болезни Паркинсона. При 24-часовом воздействии лактата натрия и пирувата натрия происходит активация митофагии в индуцированной модели болезни Паркинсона, сопровождающаяся увеличением степени колокализации митохондрий и лизосом и усилением экспрессии генов и синтеза белков, участвующих в процессе митофагии. Впервые продемонстрировано, что изменение внутриклеточного рН регулирует активность системы, контролирующей качества митохондрий в клетках.

На экспериментальной модели клеток белого жира мыши установлен полный путь передачи сигнала с рецепторов, сопряженных с активацией PI3K, на рианодиновый рецептор и показано его участие в переключении процессов липолиза и липогенеза в норме и при диабете 2 типа.

Была исследована роль отдельных популяций цитотоксических Т лимфоцитов в развитии двух стадий сахарного диабета 1 типа, индуцированного введением аллоксана. Было установлено, что пре-диабет вызывает уменьшение концентрации IL-4, IL-5 и IL-10 в плазме крови животных, а у диабетных мышей уменьшается уровень IFN-gamma, IL-6, TNF-alpha и IL-10. Полученные результаты могут быть использованы для разработки панели молекулярных маркеров сахарного диабета.

Методами неинвазивной регистрации показана высокая синхронизация между колебаниями локального микроциркуляторного кровотока кожи контралатеральных конечностей человека и вариабельностью сердечного ритма. Поученные результаты могут быть использованы для разработки новых методов функциональной диагностики нарушений в сердечно-сосудистой системе человека.

Разработан алгоритм PlatProm для поиска промоторных последовательностей в геномах бактерий. Он позволяет моделировать структуру промоторов in silico за счет комплексного учета их нуклеотидной последовательности и особенностей структурной организации. Высокая чувствительность и специфичность разработанного алгоритма позволили успешно применить его для предсказания точек старта синтеза РНК в масштабах целого генома кишечной палочки, а впоследствии адаптировать для поиска мест связывания РНК-полимеразы в геномах других бактерий. Алгоритм доступен для открытого использования по адресу www.mathcell.ru.

Анализ спектральных характеристик аминокислот в эмиссионных ИК-Фурье спектрах показал, что на свету в водном растворе с нейтральным рН аминокислоты действительно претерпевают фотохимические превращения. По наличию в спектрах одновременно характеристик заряженных и незаряженных форм было установлено, что видимый свет вызывает частичное протонирование полярных групп L-лизина и глицина, что приводит к образованию нейтральной формы и, как следствие к образованию водородосвязанных димеров. Наличие агрегатов лизина и глицина является свидетельством того, что помимо водородного связывания видимый свет усиливает гидрофобные взаимодействия. Таким образом, на молекулярном уровне установлено, что видимый свет изменяет характер межмолекулярных взаимодействий в аминокислотах в водном окружении.

Впервые показано, что поверхностные клеточные гепарансульфат протеогликаны (ГС) участвуют в миграции и инвазии опухолевых клеток in vitro, стимулированной белком теплового шока БТШ90.

На модели спорадической формы болезни Альцгеймера исследована эффективность терапии нейродегенеративного процесса у бульбэктомированных мышей с помощью интраназального введения белка теплового шока 70 (БТШ70) и иммунологических подходов. Показано, что как экзогенный БТШ70, так и специфическая иммунотерапия замедляют развитие нейродегенерации, что открывает новые возможности для разработки фармакологических препаратов для лечения данного заболевания.

Институт создан как Институт биофизики клетки АН СССР на основании постановления Президиума Академии наук СССР от «23» октября 1990 года №1198 на базе Института биологической физики АН СССР, организованного в соответствии с постановлением Президиума Академии наук СССР от 12 сентября 1952 года № 541, переименован в соответствии с постановлением Президиума РАН от 18 декабря 2007 г. № 274 в Учреждение Российской академии наук Институт биофизики клетки РАН (ИБК РАН).

Постановлением Президиума Российской Академии наук от 13 декабря 2011 года №262 изменен тип и наименование Института с Учреждения Российской Академии наук Института биофизики клетки РАН на Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биофизики клетки Российской академии наук.

В соответствии с Федеральным законом от 27 сентября 2013 г. № 253-ФЗ «О Российской академии наук, реорганизации государственных академий наук и внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» и распоряжением Правительства Российской Федерации от 30 декабря 2013 г. № 2591-р Институт передан в ведение Федерального агентства научных организаций (ФАНО России).

В соответствии с приказом ФАНО России от 20 ноября 2017 г. № 912 «О реорганизации Федерального государственного бюджетного учреждения науки Пущинского научного центра Российской академии наук», ИБК РАН был присоединен к Пущинскому научному центру Российской академии наук в качестве обособленного подразделения. Приказом Минобрнауки России от 18 сентября 2018 г. № 704 был утвержден новый Устав Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Федеральный исследовательский центр «Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук».

Официальные документы.

Адрес: 142290, г. Пущино Московской области, ул. Институтская, 3, ИБК РАН
Телефоны: (4967) 73-05-19; (4967) 33-05-09
Факс: (4967) 33-05-09
Электронная почта: admin@icb.psn.ru