Лаборатория метаболизма экстремофильных прокариот

Кубланов Илья Валерьевич
Заведующий лабораторией
кандидат биологических наук
ИНМИ, комн. 113а
Телефон +7 (499) 135-12-29 доб. 729
E-Mail  kublanov.ilya@gmail.com

Основное

ОПИСАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЛАБОРАТОРИИ

Ключевые слова
экстремофильные прокариоты, протеолитические ферменты, карбоксидотрофия, железоредукция, МТЭЛ

Направления исследований
1. Выделение и характеристика новых таксонов экстремофильных прокариот.

2. Микробная экология термальных мест обитания (наземные, шельфовые и глубоководные гидротермы, подземная биосфера и др.)

3. Исследование некультивируемых микроорганизмов (т.н. microbial dark matter) с применением разнообразных подходов, как включающих стадию культивирования (накопительные и чистые культуры), так и без нее (мета-омики).

4. Новые катаболические процессы/пути у микроорганизмов:

  • Новые доноры, акцепторы электронов, пары донор/акцептор в т.ч. биополимеры и нерастворимые акцепторы электронов, обмен электронами с электродами (МТЭЛы).
  • Новые метаболические пути.

5. Экстремофильные микроорганизмы-гидролитики.

6. Экстремофильные карбоксидотрофные микроорганизмы (использующие СО как источник энергии).

7. Экстремофильные микроорганизмы, синтезирующие биогаз и биотопливо (H2, метан, этанол и др.)

8. Экстремозимы – ферменты экстремофильных микроорганизмов:

  • представляющие новые семейства
  • участвующие в новых метаболических процессах
  • биотехнологически ценные.

Основные методы исследований
Культивирование экстремофильных микроорганизмов и общемикробиологические методы:

  • приготовление аэробных и анаэробных синтетических сред, периодическое и непрерывное культивирование при Т до 100С, высокой минерализации, низких и высоких значениях рН, малоисследованных акцепторах электронов и т.д.
  • морфология клеток и мониторинг роста – световая фазово-контрастная микроскопия, флюоресцентная микроскопия, электронная микроскопия (ЦКП ФИЦ Биотехнологии РАН)
  • характеристика метаболизма – ВЭЖХ, газо-жидкостная хроматография, спектрофотометрия
  • приготовление образцов для полногеномного секвенирования микроорганизмов

Методы характеристики микробных сообществ:

  • выделение ДНК и РНК из природных сообществ и накопительных культур
  • ПЦР-ДГГЭ генов 16S рРНК и функциональных генов
  • приготовление библиотек для высокопроизводительного секвенирования
  • приготовление образцов для транскриптомного анализа (все стадии до секвенирования), RT-PCR
  • флуоресцентная гибридизация in situ (FISH, CARD-FISH)
  • исследования минеральных фаз методами сканирующей электронной микроскопии, рентгеноспектрального анализа, инфракрасной спектроскопии, Мёссбауэровской спектроскопии

Биоинформатические методы:

  • определение филогенетического положения новых изолятов
  • анализ распределения таксонов в микробных сообществах природных мест обитания, микробных консорциумов и накопительных культур
  • методы сравнительной геномики для in silico реконструкции метаболизма новых экстремофильных микроорганизмов в чистых культурах и сообществах
  • разработка и применение ПЦР-праймеров и зондов различной таксон-специфичности для анализа микробных сообществ

Работа с белками:

  • клонирование и экспрессия функциональных генов в E. coli (Arctic RP, Arctic RIL, BL21)
  • очистка рекомбинантных белков с использованием никель-афинной хроматографии, ионообменной и др. типов жидкостной хроматографии
  • определение ферментативных активностей с помощью качественных (ПААГ электрофорез зимография, чашки Петри/планшеты с различными носителями и субстратами) и количественных (спектрофотометрия) методов


Краткая история лаборатории
Лаборатория была создана в 2017 году после структурного преобразования Лаборатории гипертермофильных микробных сообществ в Отдел биологии экстремофилов (руководитель Член-корр. РАН, д.б.н. Е.А. Бонч-Осмоловская). Руководителем лаборатории является к.б.н. Кубланов Илья Валерьевич. В составе лаборатории один доктор наук, 11 кандидатов наук, включая руководителя, 3 аспиранта. Средний возраст лаборатории на 2017 г. составляет 37 лет, средний индекс h для сотрудников равняется 11.

Сотрудники

СОСТАВ ЛАБОРАТОРИИ

ФИО Ученая степень, звание Должность Место работы Городской телефон Внутренний телефон E-mail
1Кубланов
Илья Валерьевич
к.б.н.зав. лабораторией, г.н.с.ИНМИ, комн. 113а(499) 135-12-29729kublanov.ilya@gmail.com
2Гаврилов
Сергей Николаевич
к.б.н.с.н.с.ИНМИ, комн. 113а(499) 135-12-29729sngavrilov@gmail.com
3Елизаров
Иван Михайлович
-м.н.с.ИНМИ, комн. 113а(499) 135-12-29729ivan.elizarov@gmail.com
4Ельченинов
Александр Геннадиевич
-м.н.с.ИНМИ, комн. 113а(499) 135-12-29729el.alexander92@yandex.ru
5Заварзина
Дарья Георгиевна
к.г-м.н.с.н.с.ИНМИ, комн. 206(499) 135-12-29709zavarzinatwo@mail.ru
6Заюлина
Ксения Сергеевна
-м.н.с.ИНМИ, комн. 113а(499) 135-12-29729zauylinakc@yandex.ru
7Кочеткова
Татьяна Вячеславовна
к.б.н.н.с.ИНМИ, комн. 206(499) 135-12-29709slepysh@gmail.com
8Лебединский
Александр Владимирович
к.б.н.И.о. в.н.с.ИНМИ, комн. 206(499) 135-12-29709a.lebedinsky@mail.ru
9Перевалова
Анна Александровна
к.б.н.с.н.с.ИНМИ, комн. 106(499) 135-12-29732annprv@gmail.com
10Подосокорская
Ольга Андреевна
к.б.н.с.н.с.ИНМИ, комн. 113а(499) 135-12-29729podosokorskaya@gmail.com
11Попова
Александра Антоновна
к.б.н.с.н.с.ИНМИ, комн. 106(499) 135-12-29732alexandra.a.popova@gmail.com
12Прокофьева
Мария Игоревна
к.б.н.н.с.ИНМИ, комн. 206(499) 135-12-29709prokofeva@gmail.com
13Соколова
Татьяна Геннадиевна
д.б.н.с.н.с.ИНМИ, комн. 206(499) 135-12-29709tatso2204@gmail.com
14Тощаков
Степан Владимирович
к.б.н.с.н.с.ИНМИ, комн. 106(499) 135-12-29732stepan.toshchakov@gmail.com
15Фролов
Евгений Николаевич
к.б.н.н.с.ИНМИ, комн. 106(499) 135-12-29732evgenii_frolov_89@mail.ru

 

Публикации

ЗНАЧИМЫЕ ПУБЛИКАЦИИ

2018

  • Wohlgemuth R., J. Littlechild, D. Monti, K. Schnorr, T. van Rossum, B. Siebers, P. Menzel, I. V. Kublanov, A. G. Rike, G. Skretas, Z. Szabo, X. Peng, M. J. Young. Discovering novel hydrolases from hot environments. Biotechnology Advances. 2018. doi: 10.1016/j.biotechadv.2018.09.004
  • Toshchakov SV, Lebedinsky AV, Sokolova TG, Zavarzina DG, Korzhenkov AA, Teplyuk AV, Chistyakova NI, Rusakov VS, Bonch-Osmolovskaya EA, Kublanov IV, Gavrilov SN. Genomic Insights Into Energy Metabolism of Carboxydocella thermautotrophica Coupling Hydrogenogenic CO Oxidation With the Reduction of Fe(III) Minerals. Front Microbiol. 2018. 9:1759. doi:10.3389/fmicb.2018.01759.
  • Haverkamp THA, Geslin C, Lossouarn J, Podosokorskaya OA, Kublanov I, Nesbø CL. Thermosipho spp. immune system differences affect variation in genome size and geographical distributions. Genome Biol Evol. 2018. doi:10.1093/gbe/evy202.
  • Frolov E.N., K.S. Zayulina, D.S. Kopitsyn, I.V. Kublanov, E.A. Bonch-Osmolovskaya, N.A. Chernyh. Desulfothermobacter acidiphilus gen. nov., sp. nov., a thermoacidophilic sulfate-reducing bacterium isolated from a terrestrial hot spring. 2018 68(3): 871-875. doi: 10.1099/ijsem.0.002599.

2017

  • Kublanov I.V., Sigalova O.M., Gavrilov S.N., Lebedinsky A.V., Rinke C., Kovaleva O., Chernyh N.A., Ivanova N., Daum C., Reddy T.B.K., Klenk H.-P., Spring S., Göker M., Reva O.N., Miroshnichenko M.L., Kyrpides N.C., Woyke T., Gelfand M.S., Bonch-Osmolovskaya E.A. Genomic analysis of Caldithrix abyssi, the thermophilic anaerobic bacterium of the novel bacterial phylum Calditrichaeota. Frontiers Microbiol. 2017. 8:195.
  • Kompantseva EI, Kublanov IV, Perevalova AA, Chernyh NA, Toshchakov SV, Litti YV, Antipov AN, Bonch-Osmolovskaya EA, Miroshnichenko ML. Calorithrix insularis gen. nov., sp. nov., a novel representative of the phylum Calditrichaeota. Int J Syst Evol Microbiol. 2017. 67(5), 1486-1490.  IF 2.5. doi: 10.1099/ijsem.0.001744.
  • Frolov E.N., Kublanov I.V., Toshchakov S.V., Samarov N. I., Novikov A.A., Lebedinsky A.V., Bonch-Osmolovskaya E.A., Chernyh N.A. Thermodesulfobium acidiphilum sp. nov., a thermoacidophilic, sulfate-reducing, chemoautotrophic bacterium from a thermal site. IJSEM. 2017. 67(5), 1482-1485. IF 2.5. DOI: 10.1099/ijsem.0.001745
  • Sorokin D, Messina E, Smedile F, Roman P, Sinninghe-Damste J, Golyshin P, Ciordia S, Mena M, Ferrer M, Kublanov I, Samarov N, Toshchakov S., La Cono V and Yakimov M. Discovery of anaerobic lithoheterotrophic haloarchaea, ubiquitous in hypersaline habitats. ISME J. 2017. 11. 1245-1260.
  • Golyshina OV, Toshchakov SV, Makarova KS, Gavrilov SN, Korzhenkov AA, La Cono V, Arcadi E, Nechitaylo TY, Ferrer M, Kublanov IV, Wolf YI, Yakimov MM, Golyshin PN. ‘ARMAN’ archaea depend on association with euryarchaeal host in culture and in situ. Nat Commun. 2017. 8(1): 60.
  • Gavrilov SN, O.A. Podosokorskaya, D.G. Alexeev, A.Y. Merkel, M.A. Khomyakova, M.S. Muntyan, I.A. Altukhov, I.O. Butenko, E.A. Bonch-Osmolovskaya, V. M. Govorun, I.V. Kublanov. Respiratory Pathways Reconstructed by Multi-Omics Analysis in Melioribacter roseus, Residing in a Deep Thermal Aquifer of the West-Siberian Megabasin. Front Microbiol. 2017. 8: 1228.
  • Chernyh NA, Kublanov IV, Prokof’eva MI, Pimenov NV, Frolov EN, Mardanov AV, Khvashchevskaya AA, Guseva NV, Lebedinskii AV, Bonch-Osmolovskaya EA. Production of organic matter and diversity of the ribulose bisphosphate carboxylase genes in sediments of the Solnechny Spring, Uzon Caldera, Kamchatka. Microbiology. 2017. 86(5): 666-669. doi:10.1134/S0026261717050071
  • Elcheninov A.G., Menzel P., Gudbergsdottir S.R., Slesarev A.I., Kadnikov V.V., Krogh A., Bonch-Osmolovskaya E.A., Peng X. and Kublanov I.V. Sugar metabolism of the first thermophilic planctomycete Thermogutta terrifontis: comparative genomic and transcriptomic approaches. Front. Microbiol. 2017. 8. 2140. doi: 10.3389/fmicb.2017.02140
  • Gracheva M.A., Chistyakova N.I., Antonova A.V., Rusakov V.S., Zhilina T.N., Zavarzina D.G. Mössbauer study of iron minerals transformations by Fuchsiella ferrireducens. Hyperfine Interactions, 2017. 238: 1-8.

2016

  • Gavrilov S. N., Stracke C., Jensen K., Menzel P., Kallnik V., Slesarev A., Sokolova T., Zayulina K., Brasen C., Bonch-Osmolovskaya E. A., Peng X., Kublanov I. V., Siebers B. 2016. Isolation and characterization of the first xylanolytic hyperthermophilic euryarchaeon Thermococcus sp. strain 2319×1 and its unusual multidomain glycosidase. Front Microbiol. 7, 552.
  • Zavarzina D.G., Chistyakova N.I., Shapkin A.V., Savenko A.V., Zhilina T.N., Kevbrin V.V., Alekseeva T.V., Mardanov A.V., Gavrilov S.N., Bychkov A.Yu. 2016. Oxidative biotransformation of biotite and glauconite by alkaliphilic anaerobes: The effect of Fe oxidation on the weathering of phyllosilicates. Chem. Geol. 439:98-109.
  • Frank YA, Kadnikov VV, Gavrilov SN, et al. Stable and Variable Parts of Microbial Community in Siberian Deep Subsurface Thermal Aquifer System Revealed in a Long-Term Monitoring Study. Frontiers in Microbiology. 2016;7:2101. doi:10.3389/fmicb.2016.02101.
  • Zarafeta D., Moschidi D., Ladoukakis E., Gavrilov S., Chrysina E., Chatziioannou A., Kublanov I., Skretas G., Kolisis F.N. Metagenomic mining for thermostable esterolytic enzymes uncovers a new family of bacterial esterases. Sci. Reports. 2016. 6: 38886. doi: 10.1038/srep38886
  • Sorokin D., Kublanov I., Gavrilov S., Rojo D., Roman P., Golyshin P., Slepak V., Smedile F., Messina E., La Cono V., Ferrer M. and Yakimov M. Elemental sulfur and acetate can support life of a novel strictly anaerobic haloarchaeon. ISME J. 2016. 10. 240-252. doi:10.1038/ismej.2015.79.
  • Golyshina O., Kublanov I.V., Hai T., Korzhenkov A., Lunsdorf H., Nechitaylo T., Gavrilov S., Toshchakov S., Golyshin P.N.. Biology of archaea from a novel family Cuniculiplasmataceae (Thermoplasmata) ubiquitous in hyperacidic environments. Sci. Reports. 2016 in press
  • Prokofeva M.I., Merkel A.Y., Lebedinsky A.V. Acidilobales / Bergey’s Manual of Systimatics of Archaea and Bacteria. 2016. Bergey’s Manual Trust. DOI: 10.1002/9781118960608.obm00125

2015 и ранее

  • Sorokin D.Y. , Toshchakov S.V., Kolganova T.V., Kublanov I.V. 2015. Halo(natrono)archaea isolated from hypersaline lakes utilize cellulose and chitin as growth substrates. Frontiers Microbiol. 6: 942.
  • Placido A., Hai T. , Ferrer M., Chernikova T.N., Distaso M., Armstrong D., Yakunin A.F., Toshchakov S.V., Yakimov M.M., Kublanov I.V., Golyshina O.V., Pesole G., Ceci L.R., Golyshin P.N. 2015. Diversity of hydrolases from hydrothermal vent sediments of the Levante Bay, Vulcano Island (Aeolian archipelago) identified by activity-based metagenomics and biochemical characterization of new esterases and an arabinopyranosidase. Appl Microbiol Biotechnol. 99(23): 10031-10046.
  • Toshchakov SV, Korzhenkov AA, Samarov NI, Mazunin IO, Mozhey OI, Shmyr IS, Derbikova KS, Taranov EA, Dominova IN, Bonch-Osmolovskaya EA, Patrushev MV, Podosokorskaya OA, Kublanov IV. Complete genome sequence of and proposal of Thermofilum uzonense sp. nov. a novel hyperthermophilic crenarchaeon and emended description of the genus Thermofilum. Stand Genomic Sci. 2015 10:122. doi: 10.1186/s40793-015-0105-y.
  • Menzel P, Gudbergsdóttir SR, Rike AG, Lin L, Zhang Q, Contursi P, Moracci M, Kristjansson JK, Bolduc B, Gavrilov S, Ravin N, Mardanov A, Bonch-Osmolovskaya E, Young M, Krogh A, Peng X. 2015. Comparative Metagenomics of Eight Geographically Remote Terrestrial Hot Springs. Microb Ecol. 70(2):411-24. doi:10.1007/s00248-015-0576-9. PubMed PMID: 25712554.
  • Sant’Anna FH, Lebedinsky AV, Sokolova TG, Robb FT, Gonzalez JM. Analysis of three genomes within the thermophilic bacterial species Caldanaerobacter subterraneus with a focus on carbon monoxide dehydrogenase evolution and hydrolase diversity. BMC Genomics. 2015. 16:757.
  • Podosokorskaya OA, Bonch-Osmolovskaya EA, Beskorovaynyy AV, Toshchakov SV, Kolganova TV, Kublanov IV. Mobilitalea sibirica gen. nov., sp. nov., a halotolerant polysaccharide-degrading bacterium. Int J Syst Evol Microbiol. 2014 64(8):2657-61. doi: 10.1099/ijs.0.057109-0.
  • Nesbo CL, Swithers K, Dahle H, Haverkamp THA, Birkeland N-K, Sokolova T, Kublanov I, Zhaxybayeva O. Evidence for extensive gene flow and Thermotoga subpopulations in subsurface and marine environments. ISME J. 2014. V. 9. P. 1532-1542. doi:10.1038/ismej.2014.238.
  • Podosokorskaya O.A., Kadnikov V.V., Gavrilov S.N., Mardanov A.V., Merkel A.Y., Karnachuk O.V., Ravin N.V., Bonch-Osmolovskaya E.A., and Kublanov I.V.. Characterization of Melioribacter roseus gen. nov., sp. nov., a novel facultatively anaerobic thermophilic cellulolytic bacterium from the class Ignavibacteria, and a proposal of a novel bacterial phylum Ignavibacteriae. Environ. Microbiol. 2013. 15. 1759-1771. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1462-2920.12067/abstract
  • Lebedinsky A.V., Mardanov A.V., Kublanov I.V., Gumerov V.M., Beletsky A.V., Perevalova A.A., Bidzhieva S.K., Bonch-Osmolovskaya E.A., Skryabin K.G., Ravin N.V. Analysis of the complete genome of Fervidococcus fontis confirms the distinct phylogenetic position of the order Fervidicoccales and suggests its environmental function. Extremophiles. 2013. 18. 295-309.
  • Podosokorskaya O.A., Bonch-Osmolovskaya E.A., Novikov A.A., Kolganova T.V., Kublanov I.V. Ornatilinea apprima gen. nov., sp. nov., a first cellulolytic representative of class Anaerolineae. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2013. 63: 86-92.
  • Kim Y.J., Lee H.S., Kim E.S., Bae S.S., Lim J.K., Matsumi R., Lebedinsky A.V., Sokolova T.G., Kozhevnikova D.A., Cha S.S., Kim S.J., Kwon K.K., Imanaka T., Atomi H., Bonch-Osmolovskaya E.A., Lee J.H., Kang S.G. Formate-driven growth coupled with H(2) production. Nature. 2010. 467(7313):352-5. doi: 10.1038/nature09375.

Сотрудничество

СОТРУДНИЧЕСТВО

Лаборатория сотрудничает с рядом российских и зарубежных лабораторий, работающих во всех сферах исследования экстремофильных (термофильных, ацидофильных и галофильных) микроорганизмов.

Среди них можно выделить:
БФУ им. И. Канта, Калининград, Россия
МГУ им. М.В. Ломоносова: кафедра геохимии, кафедра общей физики, кафедра инженерной геологии, НИИ ФХБ им. А.Н.Белозерского
Институт Общей и Экспериментальной Биологии СО РАН, Улан-Удэ, Россия
РГУ Нефти и Газа им. И.М. Губкина, Москва, Россия
САФУ имени М. В. Ломоносова, Архангельск, Россия
Institute for Marine Coastal Environments, CNR, Italy
Bangor University, UK
University of Duisburg-Essen, Germany
University of the Free State, Bloemfontein, South Africa
University of Heidelberg, Germany
INRA, Nantes, France
University of Lyon, France

Аспирантура

АСПИРАНТЫ
ФИО Год поступления Тема диссертации Руководитель
1 Елизаров Иван Михайлович 2015 Восстановление минералов переменновалентных элементов термофильными прокариотами Гаврилов Сергей Николаевич
2 Ельченинов Александр Геннадьевич 2015 Новые представители филума Planctomycetes из термальных мест обитаний Кубланов Илья Валерьевич
3 Заюлина Ксения Сергеевна 2015 Деструкция полисахаридов гипертермофильными археями Кубланов Илья Валерьевич