Лаборатория инженерии биополимеров

Варламов_2 Варламов Валерий Петрович
Заведующий лабораторией
доктор химических наук, профессор
ИНБ, комн. 202
Телефон +7 (499) 135-65-56
E-Mail  varlamov@biengi.ac.ru

Основное

ОПИСАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЛАБОРАТОРИИ

Ключевые слова
хитин, хитозан и их олигомеры, ферменты и белки, полисахариды, регуляторы роста растений, наночастицы, металло-хелат-аффинная хроматография, биокомпозиты, радиопротекторы, адресная доставка лекарств, атомно-силовая микроскопия

Направления исследований

  • Модификации хитозана, направленные на усиление биологических свойств полимера и увеличение растворимости в воде
  • Ферментолиз  хитозана препаратами коммерческих гидролаз
  • Разработка методов формирования нано-/микрочастиц на основе полисахаридов
  • Создание систем адресной доставки биологически активных веществ
  • Исследование внутриклеточного транспорта хитозана, его производных и наночастиц на их основе
  • Разработка вакцин и адъювантов на основе хитозана и его производных
  • Конструирование биокомпозитов на основе полисахаридов и биологически активных соединений
  • Исследование деструкции хитина и хитозана в низкотемпературной плазме
  • Физико-химические методы анализа (ВЭЖХ, АСМ, электрофорез, антиоксидантная активность, вискозиметрия)
  • Создание и исследование биокомпозитных пленок на основе хитозана

 

Основные методы исследований
В рамках фундаментальных и прикладных исследований лаборатории реализуются работы, связанных с получением и комплексной характеристикой хитозана и его производных. В качестве редких методов стоит отметить анализ полимера с помощью высокоэффективной гель-проникающей хроматографии (ВЭГПХ), а также возможность визуализации и исследований морфологии микро и нано-объектов методом атомно-силовой микроскопии.

Методы фундаментальных исследований:

  •  синтез производных полисахаридов с различными физико-химическими характеристиками;
  • разработка оригинальных способов деполимеризации хитозана путем ферментативного и кислотного гидролиза, а также  с использованием низкотемпературной плазмы (совместно с МФТИ);
  • анализ полученных полимеров методами УФ-спектроскопии, ВЭГПХ, кондуктометрического титрования, 1H-ЯМР спектроскопии (на базе ИНЭОС РАН и ИБХ РАН);
  • получение полимерных носителей  для доставки биологически активных веществ (белков, пептидов, противоопухолевых препаратов и др.);
  • характеристика полученных систем методами динамического светорассеяния, атомно-силовой  и конфокальной микроскопии (совместно с ИБХ РАН);
  • исследование биологической активности получаемых носителей in vitro (в МТТ — тесте, проточная цитометрия и конфокальная микроскопия) и in vivo (в мышиной модели) (на базе ИБХ РАН);
  • изучение собственной антибактериальной активности хитозана и его производных, а также синергетических эффектов совместно с антибактериальными агентами белковой природы (варнерин, низин);
  • получение биокомпозитов (тонких пленок и гелей) на основе хитозана и других полисахаридов (пектина, альгината и др.), исследование их молекулярной архитектуры методом атомно-силовой микроскопии (АСМ);
  • получение вакцин на основе субмикронных полисахаридных носителей, изучение гуморального (иммуноферментный анализ) и клеточного иммунного ответа (проточная цитометрия).

Краткая история лаборатории
Лаборатория была создана в 1990 году вместе с образованием Центра «Биоинженерия» РАН. Руководителем лаборатории инженерии ферментов с момента основания по настоящее время является один из ведущих специалистов в области исследования природных полисахаридов — Варламов Валерий Петрович.

В 2015 году лаборатория была переименована в Лабораторию инженерии биополимеров.

Подробнее об истории лаборатории — http://fbras.ru/laboratoriya-inzhenerii-biopolimerov-simbioz-dlinoyu-v-desyatiletiya.html

Достижения

ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ

Лаборатория занимается изучением природных полисахаридов, среди  которых основное место занимает уникальный поликатион-хитозан. Осуществляется полный цикл работ по получению и характеристике хитозана и его производных (в т.ч. деполимеризованных), а также их дальнейшему применению в биотехнологии, среди которых можно выделить следующие:

Медицинская биотехнология

  • Разработка систем доставки БАВ на основе субмикронных полисахаридных носителей: оптимизированы различные методы получения и стабилизации нано/микро частиц на основе хитозана и его производных, получены эффективные носители белков, пептидов, доксорубицина. Биологическая активность полученных систем исследована in vitro и in vivo. Особое внимание было  уделено стабильности и безопасности препаратов. С этой целью проводятся работы по изучению поведения наночастиц в биосистеме (гемосовместимости, биораспределению и др.).  В 2015 году начаты пионерские работы по изучению внутриклеточного транспорта  хитозана и его производных. На основе полученных данных опубликована статья о pH-зависимом характере внутриклеточной сортировки производных хитозана, имеющих различный заряд (Zubareva A, Shcherbinina T, Varlamov V, Svirshchevskaya E. Intracellular Sorting of Differently Charged Chitosan Derivatives and Chitosan-Based Nanoparticles. Nanoscale. 2015, 7, 7942 — 7952. IF 6.7,DOI 10.1039/C5NR00327J.). Полученные принципиально новые результаты являются предпосылкой к более детальным фундаментальным исследованиям.
  • Анализ адъювантных свойств хитозана и его производных, а также получение корпускулярных вакцин на основе полимерных носителей. Проводятся работы по выявлению взаимосвязи структура — функция на адъювантные свойства хитозана в вакцинах против вируса гриппа, а также по получению субмикронных полимерных частиц различной структуры, содержащих модельный антиген (лактоферрин, овальбумин и др.), индуцирующих направленный клеточный, гуморальный или смешанный иммунный ответ. Важным направлением является также получение противовирусных вакцин на основе рекомбинантных лентивирусов, упакованных в полимерную оболочку.
  • Получение новых барьерных материалов для хирургии: разработан уникальный метод получения криогелей на основе полисахаридов с различным зарядом (пектин и хитозан). Для получения криогелей были использованы пектины с различным типом построения углеводной цепи, хитозан, различной молекулярной массой и степенью дезацетилирования. Механические свойства криогелей, такие как прочность и модуль упругости, были определены на анализаторе текстуры ТА.Xtplus. Были исследованы мукоадгезивные свойства криогелей. In vitro и in vivo на модели (крысы) показана перспективность использования таких гелей как  биодеградируемых барьерных материалов для полостной хирургии. Данные работы поддержаны Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере УМНИК-2015.
  • Изучение потенциальных биологических активностей новых производных хитозана (противоопухолевая, антибактериальная, гемостатическая, антиоксидантная, прокоагулянтная др.). Получены разнообразные химические модификации поликатионного полисахарида хитозана с ионогенными (сульфо-, карбокиметил-, салициил-, сукциноил- и др.) и гидрофобными группами. В частности, показано резкое увеличение ранозаживляющей способности и бактерицидной активности у кватернизированных (алкилированных) производных. Разработаны различные биокомпозиты на основе хитозана с биополимерами, наночастицами металлов, лекарствами и др. для медицинского использования. Показано также резкое увеличение биологической активности производных хитозана в форме наночастиц.

Пищевая биотехнология
В рамках Госконтракта № 12.527.11.0008 (20012-2013 гг.) «Разработка технологии получения гипоаллергенных функциональных молочных продуктов» (Головная организация — ВНИМИ Россельхозакадемии) разработана технологическая схема процесса и регламент на ТП «Разработка технологического процесса биосорбции хитозаном белков молочной сыворотки». Молочная сыворотка содержит целый спектр белков, в т.ч. сильный аллерген  — бэта-лактоглобулин. Изучены условия комплексообразования белков молока с  хитозанами различного строения. Определены оптимальные условия селективной сорбции белка-аллергена. В 2013 г. проведены опытно промышленные выработки с использованием участка биосорбции хитозаном аллергенного белка сыворотки на ОАО Молочный комбинат «Воронежский». Выпущены опытные партии гипоаллергенной молочной продукции. На способ обработки молочной сыворотки получен Патент РФ № 2 510 849 (10.04.2014 г.)

Сельскохозяйственная биотехнология
Работы связаны с получением экологически безопасных композиций в качестве регуляторов роста и индукторов болезнеустойчивости растений. На начальном этапе работ (совместно с ИНБИ РАН, О.Л. Оцзерецковская, И.А. Тарчевский) показана высокая эффективность низкомолекулярного хитозана и его производных для создания перспективных препаратов. Разработан и зарегистрирован препарат «АгроХит» (№ 09-00538-0465-0) как индуктор болезнеустойчивости по картофелю и яблоне. Он повышает устойчивость картофеля к бактериальным и грибковым болезням (парша, альтернариоз, фитофтороз), увеличивает выход здорового урожая картофеля и повышает устойчивость его при хранении. «АгроХит» прекрасно зарекомендовал себя в испытаниях на тепличных культурах огурцов, томатов и зеленных культурах.

Лаборатория участвует в исследовательских проектах совместно с ИБХ  и ИНБИ РАН, НИИ ВС им. Мечникова, МФТИ, МГУ, ВНИТИБП, КГУ, БГУ и др. Работы лаборатории поддержаны грантами РФФИ и  Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере и советом по грантам президента РФ. Сотрудники лаборатории ежегодно участвуют в отечественных и международных  конференциях и симпозиумах.

Заслугой лаборатории является получение Премии правительства РФ в области науки и техники за 2013 год за работу «Получение производных хитина и препаратов на их основе для применения в сельском хозяйстве, медицине, пищевой промышленности и биотехнологии». Она присуждена распоряжением Правительства от 20.02.2014. В числе лауреатов Премии – д.х.н. Варламов В.П. и к.х.н. Ильина А.В. В лаборатории постоянно ведется работа по подготовке молодых специалистов; защищены 2 докторские и 10 кандидатских диссертаций.

Сотрудники

СОСТАВ ЛАБОРАТОРИИ

ФИО Ученая степень, звание Должность Место работы Городской телефон Внутренний телефон E-mail
1Варламов
Валерий Петрович
д.х.н., профессорзав. лабораторией, г.н.с.ИНБ, комн. 201(499) 135-65-56209varlamov@biengi.ac.ru
2Жуйкова
Юлия Владимировна
-м.н.с.ИНБ, комн. 202(499) 135-65-56109yuli4_08@mail.ru
3Зубарева
Анастасия Александровна
к.х.н.с.н.с.ИНБ, комн. 202(499) 135-65-56109zubarevaaa@gmail.com
4Ильина
Алла Викторовна
к.х.н.в.н.с.ИНБ, комн. 201(499) 135-65-56109enzyme@biengi.ac.ru
5Лопатин
Сергей Александрович
к.х.н.с.н.с.ИНБ, комн. 202(499) 135-65-56109lopatin@biengi.ac.ru
6Луньков
Алексей Павлович
-м.н.с. (аспирант)ИНБ, комн. 202(499) 135-65-56109fwnf1994@gmail.com
7Лялина
Татьяна Сергеевна
-м.н.с.ИНБ, комн. 202(499) 135-65-56109tatyanashcherbinina88@mail.ru
8Хайрова
Аделя Шамильевна
-м.н.с. (аспирант)ИНБ, комн. 202(499) 135-65-56109adelya15@mail.ru
9Хантимирова
Лейсан Маратовна
-м.н.с.ИНБ, комн. 201(499) 135-65-56109leysan.khasanova@gmail.com
10Чудинова
Юлия Владимировна
-м.н.с.ИНБ, комн. 202(499) 135-65-56109yuli4_08@mail.ru
11Шагдарова
Бальжима Цырендоржиевна
-м.н.с.ИНБ, комн. 201(499) 135-65-56109shagdarova1990@mail.ru

 

Разработки

ИННОВАЦИОННЫЕ РАЗРАБОТКИ

Статус Наименование разработки Дата Где Краткое описание
1 Внедрено Технологический процесс биосорбции хитозаном белков молочной сыворотки в рамках исполнения ГК №12.527.11.0008 2013 ОАО Молочный комбинат Воронежский, г.Калач Некоторые белки молока способны вызывать аллергические реакции, особенно бэта-лактоглобулин. Его удаление на 90% позволило расширить области применения молочной сыворотки и разработать новые продукты профилактического и лечебного назначения со сниженным аллергенным потенциалом
2 Планируется к внедрению Технологический процесс гидролиза хитозана для получения хитоолигомеров 2016 ООО «Биопрогресс», Московская обл,  г.Щелково, п.Биокомбината Будут получены олигомеры хитозана со степенью полимеризации 2-10, которые обладают высокой биологической активностью и хорошо растворимы в воде

Оборудование

УНИКАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ


Название оборудования/ коллекции Место нахождения
1 Атомно-силовой микроскоп  ИНТЕГРА Прима ( NT-MDT, Россия) ИНБ, комн. 305
2 Хроматографическая система HPLC S 2188  (Sykam, Германия) ИНБ, комн. 202
3 Спектрофотометрическая система UV-1601 ИНБ, комн. 202

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 2425844 Патент на изобретение РФ Способ получения низкомолекулярного хитозана в бессолевой среде путём ферментативной деполимеризации Куликов С.Н.,
Тюрин Ю.А.
Фассахов Р.С.,
Ильина А.В.,
Варламов В.П.
Албулов А.И.
ФГУ КНИИЭМ (Казань),
ФИЦ Биотехнологии РАН
17.08.2009 27.02.2011
2 2450022 Патент на изобретение РФ Способ определения антибактериальной активности хитозана Куликов С.Н.,
Филиппова Ю.А.,
Шаркирова Д.Р.,
Фассахов Р.С.,
Ильина А.В.,
Варламов В.П
ФГУ КНИИЭМ (Казань),
ФИЦ Биотехнологии РАН
07.06.2010 10.05.2012
3 2460532 Патент на изобретение РФ Препарат, ускоряющий ранозаживление Богословская О.А.,
Рахметова А.А.,
Глущенко Н.Н.,
Овсянникова М.Н.,
Ольховская И.П.,
Варламов В.П.,
Левов А.Н.,
Ильина А.В.,
Зубарева А.А
Институт энергетических проблем химической физики РАН,
ФИЦ Биотехнологии РАН
28.04.2011 10.09.2012
4 2460800 Патент на изобретение РФ Способ ферментативного получения пента-N-ацетилхитопентаозы Долгих Е.А.,
Долгих В.В,
Леппянен И.В.,
Варламов В.П,
Лопатин С.А.
ГНУ ВНИИСХМ РАСХН 04.08.2010 10.09.2012
5 2517620 Патент на изобретение РФ Способ ферментативного получения пента-N-ацетилхитопентаозы и гекса-N-ацетилхитогексаозы Долгих Е.А,
Долгих В.В,
Леппянен И.В.,
Варламов В.П,
Лопатин С.А.
ГНУ ВНИИСХМ РАСХН 17.02.2012 27.05.2014
6 2510849 Патент на изобретение РФ Способ обработки молочной сыворотки Бакулин А.В.,
Лопатин С.А.,
Щербинина Т.С.,
Варламов В.П.,
Курченко В.П.,
Агаркова Е.Ю.,
Харитонов В.Д.,
Ботина С.Г.
ГНУ ВНИМИ Росселбхозакадеми 30.10.2012 10.04.2014
7 2545293 Патент на изобретение РФ Способ получения биоразлагаемой плёнки Кадималиев Д.А.,
Парчайкина О.В.,
Кезина Е.В.,
Замылина Л.Н.,
Сюсин И.В.,
Варламов В.П
МГУ им. Огарёва 03.12.2013 27.03.2015
8 2014153817 Заявка на патент Способ получения низкомолекулярного хитозана в электронно-пучковой плазме Васильева Т.М,
Васильев М.Н,
Лопатин С.А,
Варламов В.П.
МФТИ,
ФИЦ Биотехнологии РАН
30.12.2014
9 2014153819 Заявка на патент Способ получения низкомолекулярного хитина в электронно-пучковой плазме Васильева Т.М.,
Васильев М.Н.,
Лопатин С.А.,
Варламов В.П.,
МФТИ,
ФИЦ Биотехнологии РАН
30.12.2014

Публикации

ЗНАЧИМЫЕ ПУБЛИКАЦИИ

  1. Varlamov V.P., Anisimova M.V., Baek W-Ok., Vijayalakshmi M.A. Immobilized Metal Ion Affinity Gel Electrophoresis of Microbial Ribonucleases and Protein Inhibitor Barstar. — Int.J.Bio-Chromatography, 2001, v. 6, № 2, p.109-120
  2. Budanova N., Shapovalova, E. .Lopatin S., .Varlamov V., Shpigun O. N-(3-Sulfo, 3-carboxy)-propionylchitosan as New Chiral Selector for Enantioresolution of Basic Drugs by Capillary Electrophoresis. — Chromatographia, 2004, v. 59, №11, p. 709-713 (DOI: 10.1365/s10337-004-0297-6)
  3. Vichoreva G., Bannikova G., .Stolbushkina P., Panov A., .Drozd N., Makarov V., .Varlamov V., Gal’braikh L. Preparation and anticoagulant activity of LMW sulfated chitosan. — Carbohydrate Polymers, 2005, v. 62, p. 327-332 (DOI: 10.1016/j.carbpol.2005.05.022)
  4. Yakovlev G.I., Mitkevich V.A., Struminskaya N.K.,  Varlamov V.P.,  Makarov A.A. Low  molecular weight chitosan is an efficient inhibitor of  ribonucleases. — Biochem. Biophys. Res. Communications, 2007, v. 357, p. 584-588 (DOI: 10.1016/j.bbrc.2007.03.033)
  5. Svirshchevskaya E.V., Alekseeva L.G.,  Reshetov P.D.,  Phomicheva N.N.,  Parphenyuk S.A., Ilyina A.V.,  Zueva V.S., Lopatin S.A.,  Levov A.N.,  Varlamov V.P. Mucoadjuvant properties of lipo- and glycoconjugated derivatives of oligochitosans. — European journal of Medicinal Chemistry. 2009, v. 44, p. 2030-2037 (DOI: 10.1016/j.ejmech.2008.10.007)
  6. Ehrlich H.,  Elkin Y.N.,  Artyukov A.A.,  Kozlovskaya E.P.,  Stonik V.A.,  Safronov P.P.,  Bazhenov V.V.,  Kurek D.V.,  Varlamov V.P.,  Born R.,  Meissner H.,  Richter G. Simple method for preparation of nanostructurally organized spines of sand dollar Scaphechinus mirabilis (Agassiz 1863). — Marine Biotechnology, 2010, v.13(3), p.402-10 (DOI: 10.1007/s10126-010-9310-2)
  7. Kulikov S., Tikhonov V., Blagodatskich I., Bezrodnykh E., Lopatin S., Khairullin R., Philippova Y., Abramchuk S. Molecular weight and pH aspects of oligochitosan against methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). — Carbohydrate Polymers, 2012, v. 87, p.545-550 (DOI: 10.1016/jcarbpol.2011.08.017)
  8. Zubareva A., Ilyina A.,  Prokhorov A., Kurek D.,  Efremov M., Varlamov V.,  Senel S., Pavel  Ignatyev P.,  Svirshchevskaya E. Characterization of protein and peptide binding to nanogels formed by differently charged chitosan derivatives. — Molecules, 2013, v. 18, p. 7848-7864 (DOI: 10.3390/molecules18077848)
  9. Куликов С.Н., Тихонов В.Е., Безродных Е.А.,  Лопатин С.А., Варламов В.П. Сравнительная оценка антибактериальных свойств олигохитозанов в отношении Klebsiella pneumonia. — Биоорганическая химия, 2015, т.41, №1, с. 67-73 (DOI:10.1134/S1068162015010100)
  10. Zubareva A.A., Shcherbinina T.S.,  Varlamov V.P.,  Svirshchevskaya E.V. Intracellular sorting of differently charged chitosan derivatives and chitosan-based nanoparticles. — Nanoscale, 2015, v.7, p.7942-7962 (DOI: 10.1039/c5nr00327)
  11. A.V. Il’ina, D.V, Kurek, Zubareva А.А., M.M. Il’in Jr., N.M. Mestechkina, V.P. Varlamov.  Preparation and characterization of biopolymer nanoparticles based on lactoferrin-polysaccharide complex.Reactive and Functional Polymers,2016, v.102, p.33-38 (DOI:10.1016/j.reactfunctpolym.2016.03.003)

Диссертации

ЗАЩИЩЕННЫЕ ДИССЕРТАЦИИ
Диссертант Диссертация Тема работы Научный руководитель/ консультант
Год защиты
1 Немцев С.В. докторская Научное обоснование комплексной технологии хитина, хитозана из панциря промысловых ракообразных и продукции на их основе Варламов В.П. 2006
2 Хисматуллин М.Р. кандидатская Получение и изучение хитин-меланинового комплекса подмора пчёл Варламов В.П.
Кривова А.Ю.
2004
3 Герасименко Д.В. кандидатская Ферментативное получение низкомолекулярного хитозана и изучение его антибактериальных свойств Варламов В.П. 2005
4 Куликов С.Н. кандидатская Индукторы болезнеустойчивости на основе хитозана для защиты от грибных и вирусных болезней Варламов В.П. 2006
5 Останина Е.С. кандидатская Технология переработки восковой моли, изучение противотуберкулезных свойств хитозана и взаимодействия с липолитическими ферментами Варламов В.П. 2007
6 Львова А.А. кандидатская Получение низкомолекулярного хитозана и его производных, обладающих защитными и репарационными свойствами Варламов В.П.
Васюкова Н.И.
2010
7 Бакулин А.Ф. кандидатская Получение и исследование комплексов хитозана и его производных с белками и меланинами Варламов В.П. 2011
8 Курек Д.В. кандидатская Создание новых хроматографических систем для выделения и очистки рекомбинантных белков с хитинсвязывающими доменами Варламов В.П.
Лопатин С.А.
2011
9 Зубарева А.А. кандидатская Разработка систем доставки биологически активных веществ на основе наночастиц хитозана и его производных Ильина А.В.
Свирщевская Е.В.
2013
10 Лялина (Щербинина) Т.С. кандидатская Иммуногенные свойства белковых частиц, капсулированных в полисахаридную матрицу Варламов В.П.
Свирщевская Е.В.
2016
11 Шагдарова Б.Ц. кандидатская Получение алкилированных и ацилированных производных хитозана и исследование их биологических свойств Варламов В.П. 2017

Услуги

КОНТРАКТНЫЕ УСЛУГИ (которые лаборатория готова оказать на хоздоговорной основе)
  1. ВЭЖХ анализ полисахаридов и белков
  2. Определение антиоксидантной активности соединений
  3. Препаративное выделение белков и пептидов методом металло-хелат-аффинной хроматографии
  4. Атомно-силовая микроскопия

Награды

НАГРАДЫ, ПРЕМИИ, ОТЛИЧИЯ, БЛАГОДАРНОСТИ (за научную и научно-организационную деятельность)
Сотрудники Вид премии/ награды Наименование премии/ награды Год присуждения
1 Курек Д.В. Лауреат премии П.П. Шорыгина За лучшие разработки в области хитинологии 2010
2 Бакулин А.В. Лауреат премии П.П. Шорыгина За лучшие разработки в области хитинологии 2011
3 Зубарева А.А. Диплом и медаль конкурса молодых ученых За лучшую научно-исследовательскую работу « Анализ высвобождения доксорубицина из наночастиц сукциноил-хитозана 2012
4 Зубарева А.А. Лауреат премии П.П. Шорыгина За лучшие разработки в области хитинологии 2012
5 Варламов В.П.,
Ильина А.В.
Премия Правительства Российской Федерации в области науки и техники За получение производных хитина и препаратов на их основе для применения в сельском хозяйстве , медицине, пищевой промышленности и биотехнологии 2013
6 Хасанова Л.М. Диплом и медаль конкурса молодых ученых За лучшую научно-исследовательскую работу «Иммунобиоадъюванты на основе хитозана для вакцин нового поколения против гриппа» 2015
7 Коновалова М.В. Диплом и медаль конкурса молодых ученых За лучшую научно-исследовательскую работу «Криогели на основе пектина и хитозана как противоспаечные барьерные материалы» 2015