ИНСТИТУТ БИОФИЗИКИ КЛЕТКИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИБК РАН)

Лаборатория является одним из старейших научных подразделений Института, она ведет свою историю от спектрального кабинета Института биологической физики АН СССР в г.Пущино, с начала 1960-х годов. В разные годы коллектив возглавляли такие известные ученые, как Юрий Андреевич Лазарев, Николай Николаевич Хечинашвили. Под их руководством были детально изучены особенности структуры и динамического поведения ряда белков, в том числе коллагенов, родопсинов, множества ферментов, а также исследованы особенности белок-нуклеиновых комплексов, в том числе тонкая структура пар азотистых оснований в ДНК. Сотрудниками лаборатории выполнены классические работы по биофизике оптической рецепции (Лазарев, Терпугов и соавт.), термодинамике белков (Хечинашвили и соавт.), в том числе показан механизм повышения термостабильности глобулярных ферментов (Кабанов и соавт.) и стрессовых белков.

Были детально изучены молекулярные механизмы функционирования мембранных ретинальсодержащих белков с использованием новых подходов и методов колебательной спектроскопии. Среди результатов этих исследований следует упомянуть: (1) разработка совместно с Институтом спектроскопии (ИСАН) лазерной  техники  «возбуждения – зондирования» для исследования сверхбыстрых процессов в бактериородопсине (БР) и проведение первых пикосекундных измерений времени жизни и скоростей фотообратимых превращений первого К-интермедиата при гелиевой температуре (4К), в результате чего впервые выявлено, что  пути прямой и обратной фотореакции К-интермедиата различны;  (2) разработка метода «вращающего конуса» и впервые введенного в метод резонансного комбинационного рассеяния позволила изучить кинетику фотообратимых превращения К-продукта при комнатной температуре, а также впервые обнаружить и охарактеризовать новое фотоактивное состояние  ВР506,  образующееся при дегидратации БР568; (3) открытие, что дегидратация пленок приводит к увеличению времени жизни М412-интермедиата. Этот результат лег в основу разработки и  применения пленок БР в качестве фотохромного материала; (4) разработана и реализована в эксперименте оригинальная техника светом-индуцированной эмиссионной ИК-Фурье спектроскопии, основанная на базе разработанного и созданного совместно  с   НТЦ УП АН уникального двулучевого двухканального ИК-Фурье спектрофотометра. Новый подход представляет собой универсальный метод селективного исследования ИК-эмиссионных характеристик разнообразных сложных  органических систем. Новая техника открывает полностью новый подход для исследования механизма функционирования фоторецепторных систем (5) открытие нового феномена — индуцированное низкоинтенсивным видимым светом испускание ИК-квантов биологическими молекулами (Включено в список важнейших достижений Российской академии наук за 2002 год). Выдвинута получившая экспериментальное подтверждение гипотеза о нелинейной природе феномена и участии бигармонической накачки в механизме возбуждения ИК-эмиссии молекул.

Наряду с экспериментальными методами (спектроскопия, микрокалориметрия) в лаборатории развиваются методы компьютерной химии и параллельных вычислений (Самченко и соавт.). С их помощью были детально исследованы начальные фазы сворачивания белков, в том числе впервые показаны инициирующие факторы образования альфа-спиралей (Кондратьев и соавт.). Для нуклеиновых кислот было детально исследовано как особенности нелинейной динамики зарядовых состояний (Якушевич с соавт.), так и влияние полиморфизма водородного связывания на различные варианты спаривания азотистых оснований (Комаров и соавт.), включая последствия ошибок в этом процессе. Выполняются работы в тесной коллаборации с другими лабораториями Института и ряда ВУЗов страны (Московский университет, Воронежский университет, Севастопольский университет).

В настоящее время в лаборатории ведутся исследования по ряду фундаментальных и прикладных направлений, многие из которых были поддержаны грантами РФФИ и РНФ. Так, термодинамика глобулярных белков представляет собой тему, по которой регулярно публикуются новые работы лаборатории.

THERMODYNAMICS OF GLOBULAR PROTEINS. Khechinashvili N.N., Kabanov A.V., Kondratyev M.S., Polozov R.V. Journal of Biomolecular Structure and Dynamics. 2017. С. 1-10.)

КОМПЬЮТЕРНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТОЧЕЧНОГО МУТАГЕНЕЗА ПЕРОКСИРЕДОКСИНА 6 ЧЕЛОВЕКА С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЕГО ТЕРМОСТАБИЛЬНОСТИ. Кондратьев М.С., Кабанов А.В., Холявка М.Г., Шарапов М.Г., Хечинашвили Н.Н. Биофизика. 2016. Т. 61. № 1. С. 18-21.

Важное место в темах лаборатории сейчас занимает конструирование полезных модификаций пептидов, белков, органических и неорганических ингибиторов – в интересах заказчиков из различных отраслей промышленности и для медицины (улучшение свойств ферментов и виртуальный скрининг новых пептидных регуляторов и малых молекул). 

DEVELOPMENT OF BIOCATALYSTS ON THE BASIS OF IMMOBILIZED INULINASE PREPARATIONS. Olshannikova S., Kholyavka M., Koroleva V., Belenova A., Makin S., Kondratyev M., Samchenko A., Kabanov A., Podporin D., Kayumov A., Artyukhov V. Journal of Biotechnology. 2017. Т. 256. № S. С. 64-65.

IN SILICO DESIGN OF HIGH-AFFINITY LIGANDS FOR THE IMMOBILIZATION OF INULINASE. Holyavka M.G., Artyukhov V.G., Kondratyev M.S., Samchenko A.A., Kabanov A.V., Komarov V.M. Computers in Biology and Medicine. 2016. Т. 71. С. 198-204.

STRUCTURAL AND DYNAMIC PROPERTIES OF THYMOPOIETIN MIMETICS. Kondratyev M.S., Lunin S.M., Kabanov A.V., Samchenko A.A., Komarov V.M., Fesenko E.E., Novoselova E.G. Journal of Biomolecular Structure and Dynamics. 2014. Т. 32. № 11. С. 1793-1801.

THE ENTROPIC NATURE OF PROTEIN THERMAL STABILIZATION. Khechinashvili N.N., Kabanov A.V., Kondratyev M.S., Polozov R.V. Journal of Biomolecular Structure and Dynamics. 2014. Т. 32. № 9. С. 1396-1405.

ОПЫТ МОДЕЛИРОВАНИЯ СТРУКТУРНО-ДИНАМИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ МАЛЫХ БЕЛКОВ С ПОМОЩЬЮ НАСТОЛЬНЫХ СУПЕРКОМПЬЮТЕРОВ. Кондратьев М.С., Кабанов А.В., Комаров В.М., Хечинашвили Н.Н., Самченко А.А. Биофизика. 2011. Т. 56. № 6. С. 1045-1052.

Активно используется широкий арсенал современных методов компьютерного моделирования биомолекул: квантово-химические (MOPAC, Gaussian), молекулярно-динамические (NAMD, GROMACS), гибкий докинг (Autodock VINA, LigPlot), реконструкция структуры белка по гомологии (MODELLER) и ab initio (AlphaFold2), расчет спектров потенциальной биологической активности соединений (PASS). Разработаны собственные алгоритмы изучения последовательностей нуклеиновых кислот и белков, регулярно в рамках научных конференций проводятся мастер-классы по методам и техникам моделирования макромолекул и их сложных ансамблей. Есть патенты.

Каждое из направлений исследований имеет темы для магистерских и кандидатских диссертационных работ, в коллективе есть молодые сотрудники.

Исследование особенностей структуры и динамического поведения биологических макромолекул (белки, нуклеиновые кислоты), их комплексов с лигандами различной природы, мембранами, другими макромолекулами и их ансамблями. Изучение зависимостей структура-свойства, фармакофорных возможностей таких молекул, исследование потенциальных объектов для биотехнологии будущего.

Широкий арсенал современных методов компьютерного моделирования биомолекул: квантово-химические (MOPAC, Gaussian), молекулярно-динамические (NAMD, GROMACS), гибкий докинг (Autodock VINA, LigPlot), реконструкция структуры белка по гомологии (MODELLER) и ab initio (AlphaFold2), расчет спектров потенциальной биологической активности соединений (PASS). Разработаны собственные алгоритмы изучения последовательностей нуклеиновых кислот и белков.

Публикации.

Сотрудники.