|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Оптимизация фотоэлектронных свойств светочувствительных биосистем для создания новых редокс-биосенсоровНИР
Tailoring electronic structure of photoactive biosystems for the rational design of new light-sensitive redox biosensors
- Руководитель НИР: Боченкова А.В.
- Ответственные исполнители: Астафьев А.А., Безруков Д.С., Боченков В.Е., Клещина Н.Н., Шахов А.М.
- Участники НИР: Бойченко А.Н., Кусочек П.А., Фархутдинова Д.А., Чистиков Д.Н., Щербинин А.В.
- Подразделение: НИЛ квантовой фотодинамики
- Срок исполнения: 27 сентября 2021 г. - 31 декабря 2021 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 075-15-2021-1003
- Номер ЦИТИС: 121101500047-4
- Тип: Прикладная
- Приоритетное направление научных исследований: Живые системы, медицинские технологии, медицинская химия и новые лекарственные средства
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: переход к передовым цифровым, интеллектуальным технологиям
- ПН России: Науки о жизни
- Направление технологического прорыва России: Медицинские технологии и лекарственные средства
- Критическая технология России: Биокаталитические, биосинтетические и биосенсорные технологии
-
Рубрики ГРНТИ:
- 29.29.39 Взаимодействие атомов и молекул с внешними полями и излучением
- 31.15.15 Исследования строения и свойств молекул и химической связи
- 31.15.29 Фотохимия. Лазерохимия
- 34.17.09 Фотофизические и фотохимические процессы в биологии
- Классификатор OECD: Физическая химия
-
Ключевые слова:
фотоиндуцированный перенос электрона, электронная структура, фотоэлектронная спектроскопия, биосенсоры, квантовая химия, фотохромные реакции, окислительно-восстановительная фотоконверсия, фотоактивные и флуоресцентные белки, нелинейное двухфотонное возбуждение, времяразрешенная спектроскопия, электронно-возбужденные состояния
photoactive and fluorescent proteins, photoelectron spectroscopy, photochromic reactions, time-resolved spectroscopy, redox photoconversion, biosensors, electronically excited states, electronic structure, quantum chemistry, nonlinear two-photon excitation, photoinduced electron transfer -
Описание:
Оптимизация фотоэлектронных свойств фотоактивных и флуоресцентных белков для разработки светочувствительных редокс-биосенсоров
-
Abstract:
Within the framework of this project, the impact of environmental effects on the electronic structure of photoactive and fluorescent protein chromophores will be studied, and the role of their electronically excited states will be disclosed in photoinduced electron transfer processes in the condensed phase. Ways will be proposed to optimize their photoelectron properties using chemical modifications, as well as using external laser fields under linear and nonlinear excitation regimes. Based on the results obtained, the control over oxidative photoconversion of fluorescent proteins, which is accompanied by changes in their spectral characteristics, will become feasible, also in living cells. An increased quantum yield of photochromic transformations of fluorescent proteins will make it possible to create sensitive redox biosensors with a low detection threshold for various oxidants, such as molecular oxygen and its active forms. As an outcome of the project, it will be possible to probe and monitor the state of a living cell - its saturation with oxygen and oxidative stress in the presence of reactive oxygen species. Also, within the framework of the project, a software package will be developed for calculating and predicting the photoelectron properties of biological chromophores and their biomimetics in various environments, taking into account vibronic interactions upon one-photon and two-photon excitation.
-
Планируемые результаты:
В рамках проекта совместно с британской группой будут получены новые данные о влиянии окружения на электронную структуру хромофорных групп фотоактивных и флуоресцентных белков и установлена роль их электронно-возбужденных состояний в процессах фотоиндуцированного переноса электрона. Будут предложены пути оптимизации их фотоэлектронных свойств с помощью химических модификаций, а также при внешнем лазерном воздействии в режиме линейного и нелинейного возбуждения. На основе полученных результатов впервые будет разработан метод управления процессами окислительно-восстановительной фотоконверсии флуоресцентных белков, в том числе в живых клетках, которые сопровождаются изменением их спектральных характеристик. Повышение квантового выхода фотохромных превращений флуоресцентных белков позволит создать на их основе чувствительные редокс-биосенсоры с низким порогом обнаружения различных окислителей, таких как молекулярный кислород и его активные формы. С помощью разрабатываемых в проекте флуоресцентных редокс-биосенсоров можно будет получать информацию о состоянии живой клетки – ее насыщенности кислородом и окислительном стрессе при наличии избытка активных форм кислорода. Ожидаемые результаты проекта имеют высокий потенциал для дальнейшего использования российскими потребителями и последующей коммерциализации.
-
Научный задел:
Профессиональный уровень членов научного коллектива с российской стороны полностью соответствует заявленным задачам проекта. Коллектив исполнителей является междисциплинарным и включает в себя как экспериментаторов, так и теоретиков. Все исполнители имеют необходимую квалификацию, опыт работы и научные достижения по тематике проекта.
- Добавил в систему: Боченкова Анастасия Владимировна
Соисполнители НИР
| Университетский колледж Лондона | Соисполнитель |
Источник финансирования НИР
| Контракт с гос. корпорациями, министерствами и ведомствами, кроме ФЦП, Соглашение о предоставлении из федерального бюджета грантов в форме субсидий в соответствии с пунктом 4 статьи 78.1 Бюджетного кодекса Российской Федерации |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 27 сентября 2021 г.-31 декабря 2021 г. | Оптимизация фотоэлектронных свойств светочувствительных биосистем для создания новых редокс-биосенсоров |
| Результаты этапа: В рамках проекта совместно с британской группой получены новые данные о влиянии окружения на электронную структуру хромофорных групп фотоактивных и флуоресцентных белков и установлена роль электронно-возбужденных состояний в процессах фотоиндуцированного переноса электрона. Предложены пути оптимизации спектральных и фотоэлектронных свойств хромофоров флуоресцентных белков с помощью химических модификаций, а также при внешнем лазерном воздействии в режиме линейного и нелинейного возбуждения. Предложен новый класс красных флуоресцентных красителей на основе модифицированного хромофора зеленого флуоресцентного белка с улучшенными спектральными характеристиками, перспективными для визуализации тканей живых организмов с глубоким проникновением. Разработаны физические подходы для повышения квантового выхода окислительной фотоконверсии зеленого флуоресцентного белка, сопровождающейся его переходом в красную флуоресцентную форму. Предложена новая экспериментальная методика для оценки вязкости биологических сред, в том числе внутри живых клеток. Данный подход основан на быстром изменении концентрационного профиля зеленого флуоресцентного белка в образце путем окислительной фотоконверсии и последующего мониторинга изменения концентраций исходной и окисленной форм белка с помощью время-коррелированного счета одиночных фотонов. Методика апробирована путем определения величины константы диффузии зеленого флуоресцентного белка EGFP в водном растворе, которая согласуется с литературными данными. Предложенная методика является также перспективной для создания на основе зеленого флуоресцентного белка чувствительного редокс-биосенсора с низким порогом обнаружения различных окислителей, таких как молекулярный кислород и его активные формы. Результаты проекта имеют высокий потенциал для дальнейшего использования и последующей коммерциализации в области биотехнологий. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".