Лаборатория биохимии стрессов микроорганизмов

Капрельянц_1 Капрельянц Арсений Сумбатович
Заведующий лабораторией
доктор биологических наук, профессор
ИНБИ, корп. 2, комн. 268
Телефон +7 (495) 954-40-47
E-Mail arseny@inbi.ras.ru

Основное

ОПИСАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЛАБОРАТОРИИ

Ключевые слова
бактерии в стрессовых условиях, некультивируемые бактерии, биохимия и физиология покоя у бактерий, микобактерии, латентный туберкулез, покоящееся формы возбудителя туберкулеза, антибактериальные вещества, транскриптомика и протеомика, стабильные РНК

Направления исследований

  • Изучение биохимических процессов адаптации бактерий к стрессовым условиям
  • Изучение биохимии и физиологии состояния покоя у бактерий (микобактерий)
  • Создание моделей латентного туберкулеза in vitro
  • Трнаскриптомный и протеомный анализ покоящихся форм микобактерий
  • Изучение механизмов  образования и реактивации покоящихся и «некультивируемых» форм бактерий в связи с латентным туберкулезом
  • Поиск новых антибактериальных соединений активных против покоящихся форм
  • Разработка новых подходов к диагностике туберкулеза
  • Изучение немевалонатного пути биосинтеза изопреноидов у бактерий

Основные методы исследований
В рамках проводимых в лаборатории исследований используются следующие методы:

  • культивирование бактерий в специальных условиях для получения покоящихся форм
  • характеристика бактериальных форм методами биохимии, флуоресцентной микроскопии и проточной цитометрии
  • создание молекулярных генно-инженерных конструкций для экспрессии целевых белков и получения мутантных клеток с гиперэкспрессией целевых белков
  • получение нокаутных штаммов микобактерий (в том числе М.tuberculosis) с помощью аллельного обмена
  • проведение транскриптомных (next generation) и протеомных исследований
  • скринирование новых антибактериальных (в том числе противотуберкулезных) соединений на моделях активных и покоящихся клеток


Краткая история лаборатории

Лаборатория была создана в 1996 году на базе лаборатории Функциональной биохимии мембран, руководимой проф. Островским Д.Н. – известным российским биохимиком, специалистом в области мембран бактерий. В свою очередь, лаборатория, руководимая Д.Н. Островским была создана в 1981 году в результате реорганизации лаборатории Эволюционной биохимии, руководимой академиком А.И. Опариным — выдающимся российским ученым, автором теории происхождения жизни.

Достижения

ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ

Лаборатория занимается исследованием молекулярных механизмов адаптации клеток бактерий к стрессовым условиям внешней среды. Наиболее интенсивные исследования проводятся в области изучения  механизмов образования покоящихся и некультивируемых клеток микобактерий в ответ на неблагоприятные факторы внешней среды.

Эти фундаментальные исследования  имеют целью раскрытие механизмов латентного туберкулеза- заболевания, которому подвержена 1\3 населения Земли. В этой связи коллектив лаборатории создает оригинальные модели in vitro покоящихся клеток возбудителя туберкулеза, на которых проводятся исследования особенностей биохимии и физиологии у таких форм и при их реактивации в активные, размножающееся бактерии. В частности, особенное внимание уделяется изучению факторов инициации реактивации и стимуляции размножения покоящихся клеток. Разработанные модели используются также для тестирование новых антибактериальных (антитуберкулезных) соединений,  способных убивать не только активные, но и покоящиеся формы.

Лаборатория принимает участие в многочисленных исследовательских проектах совместно с другими отечественными лабораториями и международными партнерами. Партнерами Лаборатории являются: ИБХ РАН, Институт туберкулеза РАМН, МИТХТ.

В лаборатории проводились научные исследования в рамках международных проектов Еврокомиссии FP6  и FP7.

В лаборатории получены гранты по программе Президиума РАН «Молекулярная и клеточная биология», 7 грантов РФФИ и др. Коллектив опубликовал 46 статей за 2010-2015гг.

В лаборатории постоянно ведется работа с молодежью и проводится работа по подготовке молодых специалистов. С 2000 года по тематике исследований были защищены  8 кандидатских диссертаций.

За 2010-2015 годы получены следующие важные результаты:

1. В области механизмов образования и характеристики покоящихся клеток бактерий

  • создана новая уникальная модель перехода активных клеток микобактерий (в том числе Mycobacterium tuberculosis) в покоящееся состояние
  • выявлен белок (гистоноподобный белок hlp), участвующий в образовании  покоящихся форм микобактерий и обеспечивающий их стабильность
  • с помощью протеомного анализа выявлены белки с максимальной представленностью в покоящихся клетках  M.tuberculosis
  • получены доказательства индукции покоящихся форм микобактерий под действием белка токсина модуля «токсин-антитоксин»
  • установлено, что покоящиеся формы микобактерий Mycobacterium smegmatis and Mycobacterium tuberculosis синтезируют красный пигмент, относящийся к порфиринам  c внутриклеточной и внеклеточной локализацией. Возможно этот пигмент является одним из факторов стабилизации покоящихся клеток.
  • с помощью транскриптомного анализа обнаружено, что покоящиеся клетки M.tuberculosis сохраняют в достаточно большом количестве транскриптов, которые, возможно,  являются запасенными для использования в начальной стадии реактивации покоящихся клеток. В этих же клетках обнаружено наличие некодирующих РНК, включая антисмысловые транскрипты и малые межгенные РНК. Поскольку эти РНК практически не представлены в транскриптомe активных клеток, можно полагать, что они выполняют пока не известные специфические функции в условиях латентного туберкулеза.

2. В области изучения механизмов реактивации покоящихся клеток микобактерий

  • обнаружены новые низкомолекулярные факторы реактивации микобактерий из покоящегося состояния.
    Найдено, что непредельные свободные жирные кислоты, добавленные к бактериальным клеткам в микромолярных концентрациях,  способны стимулировать переход покоящихся и «некультивируемых» клеток M.smegmatis  и M.tuberculosis в активное состояние. Предполагается, что жирные кислоты в организме могут быть важным фактором реактивации латентного туберкулеза.
  • получены доказательства участия аденилатциклазы в реактивации покоящихся клеток микобактерий под действием свободных жирных кислот.
  • обнаружено, что фрагменты бактериальной клеточной стенки и муропептиды являются сигнальными молекулами для стимуляции реактивации покоящихся клеток микобактерий
  • продемонстрирована важность белка RipA — L, D-эндопептидазы, взаимодействующей с белком Rpf  для реактивации покоящихся форм микобактерий.
  • сформулирована гипотеза о трехстадийном процессе реактивации покоящихся клеток микобактерий.

3. В области поиска и изучения новых антибактериальных средств

  • найдены новые производные ортотиоцианатнитроарилов, проявляющие ингибирующую активность по отношению к белкам Rpf и одновременно подавляющие реактивацию покоящихся микобактерий.
  • выявлено, что синтезированные ингибиторы белков Rpf супрессируют реактивацию латентного туберкулеза на мышах.
  • обнаружен новый класс химических соединений 2-тиопиридинов, проявляющих значительную активность в отношении покоящихся клеток M. tuberculosis in vitro.
  • обнаружено, что новые полимеры- протонированные полидиалиламины (ПДАА) обладают высокой стерилизующей активностью против микобактерий, в частности против M.tuberculosis.

4. Продемонстрирована эффективность новой противотуберкулезной вакцины на основе аттенуированого по генам rpf штамма M.tuberculosis на мышиной модели

Сотрудники

СОСТАВ ЛАБОРАТОРИИ

ФИО Ученая степень, звание Должность Место работы Городской телефон Внутренний телефон E-mail
1Капрельянц
Арсений Сумбатович
д.б.н., профессорзав. лабораторией, г.н.с.ИНБИ, корп. 1, комн. 268(495) 954-40-47128arseny@inbi.ras.ru
2Армянинова
Дарья Константиновна
м.н.с.ИНБИ, корп. 2, комн. 207(495) 954-40-47138dasha.arm@yandex.ru
3Воронина
Анна Сергеевна
к.б.н.в.н.с.ИНБИ, корп. 2, комн. 116(495) 954-40-47-voronina_a@mail.ru
4Вострокнутова
Галина Николаевна
к.б.н.н.с.ИНБИ, корп. 2, комн. 203(495) 954-40-47118vostroknutova@mail.ru
5Гончаренко
Анна Владимировна
к.б.н.с.н.с.ИНБИ, корп. 2, комн. 207(495) 954-40-47138avg65@inbox.ru>
6Демина
Галина Рудольфовна
к.б.н.н.с.ИНБИ, корп. 2, комн. 203(495) 954-40-47118galyademina@gmail.com
7Замахаев
Михаил Владимирович
-м.н.с., аспирантИНБИ, корп. 2, комн. 207(495) 954-40-47138-
8Короткова
Татьяна Павловна
-вед. инженерИНБИ, корп. 2, комн. 203(495) 954-40-47118-
9Лысак
Елена Ивановна
-вед. инженерИНБИ, корп. 2, комн. 203(495) 954-40-47118-
10Никитушкин
Вадим Дмитриевич
к.б.н.н.с.ИНБИ, корп. 2, комн. 203(495) 954-40-47118vadimchemist@gmail.com
11Острик
Альбина Александровна
м.н.с.ИНБИ, корп. 2, комн. 203(495) 954-40-47118abillymartiny@gmail.com
12Пшенникова
Елена Станиславовна
к.б.н.н.с.ИНБИ, корп. 2, комн. 116(495) 954-40-47--
13Салина
Елена Геннадьевна
к.б.н.с.н.с.ИНБИ, корп. 2, комн. 203(495) 954-40-47118elenasalina@yandex.ru
14Трутнева
Ксения Александровна
-м.н.с., аспирантИНБИ, корп. 2, комн. 203(495) 954-40-47118-
15Шлеева
Маргарита Олеговна
к.б.н.с.н.с.ИНБИ, корп. 2, комн. 203(495) 954-40-47118shleeva@mail.ru
16Шумков
Михаил Сергеевич
к.б.н.н.с.ИНБИ, корп. 2, комн. 207(495) 954-40-47138shumkovm@gmail.com
17Шумкова
Екатерина Сергеевна
к.б.н.н.с.ИНБИ, корп. 2, комн. 207(495) 954-40-47138ekaterinash80@mail.ru

РИД

РЕЗУЛЬТАТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ (патенты, полезные модели, базы данных, ноу-хау и пр.)
Регистрационный номер Тип Название Авторы Заявитель/ патентообладатель Дата приоритета Дата публикации
1 200913760 Патент на изобретение РФ Полидиаллиламмониевые соли в качестве микобактерицидного и туберкулоцидного дезинфицирующего средства Тимофеева Л.М., Клещева Н.А., Капрельянц А.С., Шлеева М.О. Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева Российской академии наук 13.10.2009 10.04.2011
 2 2524143 Патент на изобретение РФ Рекомбинантная плазмидная ДНК pMind — vapC , содержащая нуклеотидную последовательность, кодирующую ген vapC MSMEG _1284 Демидёнок О.И., Гончаренко А.В., Капрельянц А.С. ФИЦ Биотехнологии РАН 23.10.2012 30.05.2014
3 2524148 Патент на изобретение РФ Рекомбинантная плазмидная ДНК pMind — vapB , содержащая нуклеотидную последовательность, кодирующую ген vapB MSMEG _1283 Гончаренко А.В., Демидёнок О.И., Капрельянц А.С. ФИЦ Биотехнологии РАН 23.10.2012 30.05.2014

Публикации

ЗНАЧИМЫЕ ПУБЛИКАЦИИ
  1. Kaprelyants A.S., Kell, D.B. Do bacteria need to communicate with each other for growth? — Trends In Microbiol., 1996, 4: 237-242.
  2. Bavesh D. Kana , Bhavna G. Gordhan, Katrina J. Downing, Nackmoon Sung, Galina Vostroktunova, Edith E. Machowski, Liana Tsenova, Michael Young, Arseny  Kaprelyants, Gilla Kaplan, Valerie Mizrahi. The resuscitation-promoting factors of Mycobacterium tuberculosis are required for virulence and resuscitation from dormancy but are collectively dispensable for growth in vitro. — Molecular Microbiology, 2008, v.67, p.672-684
  3. Kell D.B., Kaprelyants A.S., Grafen A. On  pheromones,  social behaviour and the functions  of secondary metabolism in bacteria. — Trends In Ecology And Evolution., 1995, 10: 126-129
  4. Demina G.R., Makarov V.A., Nikitushkin, V.D., Ryabova O.B. Finding of the Low Molecular Weight Inhibitors of Resuscitation Promoting Factor Enzymatic and Resuscitation Activity. — Plos One, 2009, 4, еВ174
  5. Mukamolova_GV, Kaprelyants_AS, Young_DI, Young_M, Kell_DB. A bacterial cytokine. — Proceedings Of The National Academy Of Sciences Of The United States Of America, 1998, 95:.8916-8921
  6. Mukamolova GV.,  Kaprelyants AS, Kell DB& Young M. Adoption of the transiently non-culturable state- a bacterial survival strategy? — Advances In Microb.Physiol, 2003, 47, 65-129
  7. Galina V. Mukamolova, Alexey G. Murzin, Elena G. Salina, Galina R. Demina, Douglas B. Kell, Arseny S. Kaprelyants, Michael Young. Muralytic activity of Micrococcus luteus Rpf and its relationship to physiological activity in promoting bacterial growth and resuscitation. — Molecular Microbiology, 2006, v.59, p.84-98
  8. Kell_DB, Kaprelyants_AS, Weichart_DH, Harwood_CR, Barer_MR. Viability and activity in readily culturable bacteria: a review and discussion of the practical issues. Antonie Van Leeuwenhoek International Journal Of General And Molecular Microbiology. — 1998, 73: 169-187
  9. Kaprelyants, AS; Mukamolova, GV; Davey, HM. Quantitative analysis of the physiological heterogeneity within starved cultures of Micrococcus luteus by flow cytometry and cell sorting. — Applied And Environmental Microbiology, 1996, 62, 1311-1316
  10. Shleeva M., Mukamolova G., Young М, H.Williams and Kaprelyants A.S. Formation of “non-culturable” cells of Mycobacterium smegmatis in stationary phase in response to growth under suboptimal conditions and their Rpf-mediated resuscitation. — Microbiology-UK, 2004, 150, 1687-1697

Международные проекты

МЕЖДУНАРОДНОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО

Фонд/ программа
Акроним Наименование проекта на английском языке Наименование проекта на русском языке Период проведения работ Страны-участницы Сайт проекта
1 6-я Рамочная Программа ЕС NM4TB New medicines for tuberculosis Новые лекарственные средства для лечения туберкулеза 2007-2011 Великобритания, Дания, Италия, Франция, Швеция, Швейцария, Словакия, Венгрия, Индия, Россия www.nm4tb.org
2 7-я Рамочная Программа ЕС MM4TB More medicines for tuberculosis Больше лекарственных средств для лечения туберкулеза 2011-2016 Великобритания, Италия, Испания, Франция, Швеция, Швейцария, Словакия, Венгрия, Индия, Россия www.nm4tb.org

Диссертации

ЗАЩИЩЕННЫЕ ДИССЕРТАЦИИ
Диссертант Диссертация Тема работы Научный руководитель/ консультант
Год защиты
1 Шлеева М.О. кандидатская Покоящиеся формы бактерий рода Mycobacterium: получение, биохимические факторы реактивации» Капрельянц А.С. 2004
 2 Казарьян К.А кандидатская Биохимические и иммунологические свойства белков семейства Rpf-факторов роста Капрельянц А.С. 2004
3 Волошин С.А. кандидатская Значение межклеточных взаимодействий у бактерий M.luteus и R.rhodochrous для инициации роста Капрельянц А.С. 2005
 4 Салина Е.Г. кандидатская Некультивируемые» формы бактерий M.smegmatis и M.tuberculosis и их биохимическая характеристика Капрельянц А.С. 2006
 5 Анучин А.М. кандидатская Роль гистоноподобного белка Hlp в процессе образования и реативации покоящихся форм M.smegmatis Капрельянц А.С. 2010
 6 Никитушкин В.Д кандидатская Изучение механизмов действия белка Rpf –фактора реактивации покоящихся форм актинобактерий Капрельянц А.С. 2011
 7 Кудыкина Ю.К. кандидатская рН-индуцируемое образование покоящихся форм микобактерий и роль аденилатциклазы в их реактивации Капрельянц А.С. 2011
 8 Демиденок О.Д. кандидатская Роль системы токсин-антитоксин vapBC в формировании состояния покоя M.smegmatis Гончаренко А.В. 2014

Услуги

КОНТРАКТНЫЕ УСЛУГИ (которые лаборатория готова оказать на хоздоговорной основе)
  1. Тестирование новых химических соединений на уникальных моделях  активного и латентного туберкулеза in vitro
  2. Определение видовой принадлежности бактерий по 16s РНК

Награды

НАГРАДЫ, ПРЕМИИ, ОТЛИЧИЯ, БЛАГОДАРНОСТИ (за научную и научно-организационную деятельность)
Сотрудники Вид премии/ награды Наименование премии/ награды Год присуждения
1 Никитушкин В.Д. Победитель конкурса УМНИК. Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере За проект «Поиск низкомолекулярных соединений, направленных против реактивации латентных форм туберкулёза» 2010
2 Никитушкин В.Д. FEBS Стипендия конгресса За доклад «Muropeptides of mycobacterial peptidoglycan are the factors of dormant mycobacteria resuscitation» 2011
3 Никитушкин В.Д. FEBS Стипендия конгресса. За доклад «New insight into the mechanisms of mycobacterial dormancy control: role of the resuscitation promoting factor interacting protein RipA in the reactivation process» 2013
4 Никитушкин В.Д. Победитель конкурса «Лучшие аспиранты РАН» Регионального общественного фонда содействия отечественной науке За проект «Ингибиторы белков Rpf у микобактерий» 2010
5 Демиденок О.Д.- Именная стипендия им. В.Л. Кретовича За доклад «Системы токсин-антитоксин у микобактерий» 2011