РЕЗУЛЬТАТЫ НИР ПО ПРОЕКТАМ С ЦЕЛЕВЫМ ФИНАНСИРОВАНИЕМ РАН, СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РАН И ФЕДЕРАЛЬНЫХ ЦЕЛЕВЫХ ПРОГРАММ

3. РЕЗУЛЬТАТЫ НИР ПО ПРОЕКТАМ С ЦЕЛЕВЫМ ФИНАНСИРОВАНИЕМ РАН, СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РАН И ФЕДЕРАЛЬНЫХ ЦЕЛЕВЫХ ПРОГРАММ

Проведён хромато-масс-спектрометрический анализ проб, отобранных из осадков правобережного цеха очистных сооружений г. Красноярска с февраля по октябрь. Выполнены расчеты основных эксплуатационных характеристик биодизельного топлива, полученного из осадков, и проведено их сравнение с требованиями европейских стандартов для биодизельного топлива. Содержание длинноцепочечных кислот (20 и более атомов С) было невелико и в сумме составляло 3-3.5 %. Обнаружен относительно высокий вклад оксокислот: 9-оксо-18:0 и 10-гидрокси-16:0. Величины содержания почти всех ЖК в осадках, собранных в разные месяцы, практически не отличались, за исключением содержания 18:0, варьировавшим от 13.9 до 17.5 % от суммы ЖК. Рассчитанные значения топливных характеристик биодизеля удовлетворяли требованиям европейских стандартов по биодизельному топливу EN 14214, EN 14213. Получен патент РФ «Способ получения биодизельного топлива из илов водоемов и/или осадков канализационных очистных сооружений».

С разрешением 1.72 и 1.3 Å определены кристаллические структуры двух конформационных состояний (до и после реакции) мутанта обелина Y138F. Показано, что замена Tyr ведет к потере молекулы воды в целентеразин-связывающей полости активного фотопротеина. Однако, молекула воды появляется в Са²⁺-разряженной форме после реакции в той же позиции, что и в соответствующей конформации обелина дикого типа. Из совокупности структурных и биохимических данных сделано заключение, что молекула воды участвует в каталитическом окислении субстрата и формировании первичного эмиттера в биолюминесцентной реакции фотопротеинов.

Исследовано воздействие экзогенных органических соединений (этанола, глицерина, ДМСО) и температуры (40⁰С) на флуоресценцию разряженного фотопротеина обелина. В спектрах флуоресценции обелина обнаружена «красная» компонента с максимум 660 нм, которая появляется только при фотовозбуждении в интервале длин волн 260÷300 нм. Ее вклад растет с увеличением температуры и концентрации экзогенных соединений – спиртов, амфифильных растворителей.

1. Системы биохимической диагностики глюкозы и холестерина созданы с помощью ковалентной пришивки соответствующих ферментов на поверхность активированных бензохиноном модифицированных наноалмазов (МНА). Испытания показали высокое совпадение результатов определения аналитов в сыворотке крови человека in vitro с использованием биохимического анализатора Sapphire 400 (Japan) и диагностических систем МНА-ферменты. Коэффициент корреляции для двух методов тестирования составил при определении глюкозы - 0.98, холестерина - 0.94. Прогнозируется возможность применения систем в научных исследованиях и целях медицинской диагностики.

2. С помощью ковалентной иммобилизации радиоактивно меченного биомаркера на наноалмазы сконструированы комплексы МНА-BSA^I125, имеющие в сыворотке крови in vitro средние размеры кластеров 63, 181 и 266 нм. В исследованиях in vivo показано, что после внутривенного введения комплексов мышам основная часть радиоактивности (50% и более) регистрируется в печени, отмечается тенденция к большему накоплению метки с увеличением размеров комплексов. Около 15-25% радиоактивности выявляется в селезенке, однако в этом органе наблюдается обратная тенденция к накоплению метки, по сравнению с печенью.

3. Установлено in vitro, что МНА адсорбируют отдельные белковые фракции сыворотки крови человека с разной эффективностью. Выявлена относительная избирательность адсорбции в отношении β2- и γ-глобулинов. Прогнозируется возможность применения МНА как нового адсорбента в технологиях гемодиализа и плазмафереза и для получения отдельных белков крови в чистом виде.

4. Показано, что реакцией нуклеофильного присоединения на поверхность 1 мг микросфер из 3-полигидроксибутирата можно ковалентно иммобилизовать от 70 до 150 мкг частиц МНА. Данные растровой электронной микроскопии указывают, что МНА располагаются на поверхности микросфер в виде скоплений (агрегатов).

5. Показано, что в водных суспензиях МНА со средним размером кластеров 50, 110 и 320 нм стабильно функционируют как ограничители мощности оптического излучения. Наблюдаемый эффект опосредован нелинейным рассеянием и нелинейным поглощением излучения наночастицами.

По составу остатков зоопланктона и зообентоса в донных отложениях выявлено принципиальное отличие экосистемы озера Шира (Хакасия) 4.5 тысячи лет назад от современного состояния. Предположительно это был водоток с пресной водой.

Для озера Утичье-3 на основе сезонного мониторинга определен современный видовой состав диатомовых водорослей как основа для реконструкции его состояния по створкам диатомовых в донных отложениях.

Компоненты танатоценоза оз. Шира в слое 240-245 см от начала керна (остатки раковин и эфиппии кладоцер, моллюски р. Valvata, остракода – ракушковые рачки, головные капсулы личинок ручейников, семена растений, фрагменты щетинок кладоцер).

Фитопланктон озера Утичье-3: доминирующие виды диатомовых и стоматоцисты золотистых водорослей.

Приоритетное направление VI.43. Экология организмов и сообществ.

Проект № 16. Видовое разнообразие, продукционные и цитогенетические характеристики макрофитной растительности реки Енисей в градиенте антропогенной (радиационной и химической) нагрузки.

Радиоэкологические исследования р. Енисей показали, что в течение трех лет после остановки реакторного производства на ГХК Росатома (в марте 2010 г.) техногенные радионуклиды продолжают регистрироваться в биомассе макрофитов на удалении до 250 км от ГХК по течению реки. Впервые показано, что после остановки реакторного производства на ГХК содержание техногенных радионуклидов с наведенной активностью в биомассе макрофитов р.Енисей значительно снизилось, в то время как содержание ¹³⁷Cs - продукта ядерного распада, осталось на том же уровне, что и во время работы реактора. Это свидетельствует о поступлении радиоцезия в биомассу макрофитов из донных отложений, в которых накоплены значительные активности этого радионуклида.

Впервые достоверно установлена положительная корреляция (r²=0.94-0.96) частоты хромосомных нарушений в делящихся клетках корней водного растения Elodea canadensis, произрастающей в р.Енисей, c содержанием техногенных радионуклидов в корнеобитаемом слое донных отложениях реки на участке протяженностью 330 км от г.Красноярска.


Частота клеток с аномалиями хромосом (% от числа делящихся клеток, среднее знач.±дов.инт., p<0.05) в апикальной корневой меристеме E.canadensis и содержание техногенных радионуклидов в корнеобитаемом слое донных отложений (Бк/кг сух. массы), собранных в р.Енисей, на разном удалении от источников радиационного и химического загрязнения, вблизи указанных населенных пунктов. Расстояние указано относительно г. Красноярск.


3.2. Результаты научно-исследовательских работ по программам Президиума СО РАН
Междисциплинарные интеграционные проекты
Приоритетное направление VI.50. Биофизика. Радиобиология. Математические модели в биологии. Биоинформатика.

Междисциплинарный проект 21 Исследование закономерностей и тенденций развития самоорганизующихся систем на примере веб-пространства и биологических сообществ.

Координатор проекта чл.-к. РАН А.М. Федотов, ИВТ СО РАН

№ гос. регистрации 01201272122

Построена модель экологической системы, учитывающая распределения численности видов и средней массы особей по возрастам. Показано, что стационарные распределения по численности для терминальных хищников и по средней массе для базовых видов (продуцентов) не зависят от структуры экосистемы и могут использоваться, как начальные значения в итерационном процессе нахождения стационарных распределений. Получено распределение особей в случае популяции, допускающей каннибализм (озера с окунем, как единственным видом рыбы).




Моделирование стационарного распределения моновидовой рыбной экосистемы. А) двумерное нормальное распределение, описывающее интенсивность поедания молодняка (жертвы) рыбами старшего возраста (хищники); B) пример стационарного распределения численности популяции рыб, допускающих каннибализм по возрастам.
Приоритетное направление VI.43. Экология организмов и сообществ.

Междисциплинарный интеграционный проект № 34. Цикличность в биогеологических седиментационных системах Центральной Азии на абсолютной временной шкале голоцена: глобальный отклик солнечно-земных связей

Координатор проекта д.г.-м.н. И.А. Калугин, ИГМ СО РАН

№ гос. регистрации 131018113731

Исследована динамика седиментационного потока органического и неорганического углерода, азота, хлорофилла а и бактериохлорофилла а в оз. Шира в период с октября 2012 г. по октябрь 2013 г. Показано, что минимальный поток всех вышеперечисленных компонентов наблюдался в подледный период. В период открытой воды, динамика осадочного процесса была схожей: поступление органики, карбонатных материалов и хлорофилла а в донные отложения нарастало от весны к осени. В отличие от вышеуказанных компонентов, динамика осадочного потока пигментом пурпурных серных бактерий бактериохлорофилла а была различной в 2012 и 2013 г. В 2013 г. отсутствовал мощный весенний максимум, и в конце лета поток был значительно меньше, чем в 2012 году. Таким образом, показано, что продукция пурпурных серных бактерий может существенно различаться по годам. Полученная оценка осадочных потоков может быть полезна для интерпретации и расшифровки годичных слоев в кернах донных отложений.



Седиментационные потоки в оз. Шира (2012 и 2013 гг): А – углерод органический; Б – углерод неорганический; В – азот; Г – хлорофилл а; Д – бактериохлорофилл а.
Приоритетное направление VI.43. Экология организмов и сообществ.

Междисциплинарный интеграционный проект № 56. Прогнозное моделирование и междисциплинарные комплексные исследования многолетней динамики состояния экосистем меромиктических озер Сибири

Координатор проекта ак. А.Г. Дегерменджи, ИБФ СО РАН

№ гос. регистрации 01201351507

Исследована связь между пространственной горизонтальной неоднородностью профилей температуры и солености с пространственным распределением концентраций фито- и зоопланктона в озере Шира. Анализ распределения флуоресцентных полей показал роль зоны прибрежного примыкания термоклина в развитии фитопланктона. При движении от центра озера к берегам глубинный пик концентрации фитопланктона (10 м), достигая прибрежной зоны озера, частично размывается, и поднимается в верхние горизонты (Рис. 1). Распределение зоопланктона (Рис. 2) имело высокий пик численности у поверхности и слабо выраженный глубинный пик на глубине 8-9 м. К берегам численность зоопланктона на данной глубине возрастала. Вероятно, стратегия пищевого поведения зоопланктона тесно связана c эксплуатацией высокопродуктивных зон прибрежного примыкания термоклина.



Радиальные гидрологические разрезы озера Шира. Зондирование выполнено от центральной станции (N54°30.383’, E90°12.040’) к юго-восточному берегу (а, б, в) с уклоном дна 6° и северо-восточному берегу (г, д, е) с уклоном дна 0.7°. Измеряемые параметры: температура, °С (а, г); соленость, ppt (б, д); хлорофилл «а», мкг л^-1 (в, е).


Рассеяние звукового сигнала в оз. Шира 4 августа 2012 г., 10:32:39. Желтый цвет характеризует концентрацию зоопланктона.

Приоритетное направление VI.51. Биотехнология.

Междисциплинарный проект 71 . Магнитные эффекты в биологически значимых системах.

Координатор проекта ак. Ю.Н. Молин, ИХКГ СО РАН

№ гос. регистрации 01201373877

В совместных исследованиях с ИХКГ СО РАН обнаружен эффект стимуляции люминесценции мицелия светящегося гриба Neonothopanus nambi ионизирующим излучением (Рис.). Предложена гипотеза, что стимуляция свечения связана с радиационной генерацией радикалов в водной среде, окружающей и заполняющей мицелий. На основании расчетов радиационных выходов радикалов и характерного вида кинетик (наличие индукционного периода и фазы разгона) можно предполагать, что облучение инициирует цепной процесс с участием активных форм кислорода. Например, наблюдаемый эффект может быть опосредован инициацией цикла перекисного окисления липидов. Высказано предположение: повышение свечения мицелия является внешним проявлением запускаемого ионизирующим облучением цикла перекисного окисления мембран с генерацией значительного количества активных форм кислорода; финальное, резкое падение светопродукции (Рис.) и визуально наблюдаемая гибель гриба связаны с нарушением работы мембранно-связанных ферментных комплексов в результате окислительного повреждения мембраны.


Кинетика люминесценции фрагмента пленочного мицелия N. nambi до и после воздействия ионизирующего излучения. Стрелками обозначены моменты включения (маркер 1) и отключения (маркер 2) рентгеновского облучения образца.
Приоритетное направление VI.46 Структура и функции биомолекул и надмолекулярных комплексов.

Междисциплинарный проект 139. Создание биолюминесцентных репортеров, направленных на выявление низко- и ультранизкокопийных белков

Координатор проекта д.б.н. Л.А. Франк, ИБФ СО РАН

№ гос. регистрации 01201351508

Сконструированы два вектора – pFLAG-OmpA-14D5ab-Rm7 и pFLAG-14D5ab и получен гибридный белок 14D5ab-Rm7 (химерное миниантитело к белку Е вируса клещевого энцефалита - люцифераза Renilla) экспрессией в периплазматическое пространство клеток E.coli BL21 RIPL либо в цитоплазму клеток Rosetta-gami2, соответственно. Показано, что экспрессия в цитоплазме E.coli Rosetta-gami2 обеспечивает выход целевого белка 1 мг/г клеточной пасты с сохранением биоспецифического сродства к молекуле-мишени (К_d гибрида=9х10^-8 М; К_d исх. антитела=6х10^-8 М).

Показано, при получении гибридов наноантитело-фотопротеин обелин бактериальной экспрессией в виде телец-включения оба домена сохраняют свою функциональную активность - сродство к молекуле-мишени (ФНО-альфа) и Са²-зависимую биолюминесценцию. Аффинность гибрида обусловлена свойствами наноантитела и полученная в ИХБФМ СО РАН их обширная библиотека является базой для создания высокочувствительного иммуноанализа open-sandwich типа.

Слева: 12.5% SDS-PAGE образцов, полученных при выделении гибридного белка 14D5ab-Rm7-His6. в клетках E.coli штамм Rosetta-gami2: 1,2 – тотальные клеточные белки до и после индукции; 3- цитоплазматическая фракция; 4 – препарат целевого белка после очистки из цитоплазмы; 5 – стандартные белки. Стрелка показывает полосу целевого гибридного белка. Справа: Твердофазный анализ взаимодействия гибридного белка 14D5ab-Rm7, с рекомбинантным белком Е вируса клещевого энцефалита.