Физико-химические механизмы устойчивости живых систем и их реакции на внешние воздействия в естественных и экстремальных условияхНИР

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Физико-химические механизмы устойчивости живых систем и их реакции на внешние воздействия в естественных и экстремальных условиях
Результаты этапа: Созданы и прошли испытания принципиально новые фотобиореакторы. Разработана система автоматического мониторинга функционального состояния микроводорослей в биотехнологических установках и природных водоемах. Проведены исследования особенностей работы фотосинтеза водорослей лишайников на уровне фотосистемы 1 и 2 при действии высушивании и некоторых загрязнений с использованием современных флуоресцентных методов, позволяющих регистрировать индукционные процессы в микросекундном интервале на приборе МРЕА2. Проведена оценка устойчивость лишайников к факторам среды и к действию газовых загрязнений. Рекомендовано использовать метод флуоресценции хлорофилла при биомониторинге для слежения за состоянием лишайника в режиме реального времени. Изучены коэффициент максимальной и минимальной утилизации световой энергии, относительная скорость электронов по фотосинтетической цепи электрон транспортной цепи (ETRmax) и диапазон насыщающих фотосинтез интенсивностей света, а также световые зависимости фотохимического и нефотохимического тушения флуоресценции для водорослей в отделяемых водоемах Кандалакшского залива Белого моря. Продолжаются работы по изучению модифицирующего влияния ряда биологически активных факторов на устойчивость мембран макрофагов к повреждению. Показана способность некоторых регуляторных пептидов повышать подвижность сперматозоидов человека, а также их устойчивость к действию ряда неблагоприятных факторов. Обнаружено, что повышение подвижности сперматозоидов при действии Н2О2 в низких концентрациях (10 и 100 мкм) сопровождается небольшим повышением в них активности фермента глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы. Начаты работы по изучению защитного действия регуляторных пептидов при криоконсервации сперматозоидов. Проведена модернизация установки для регистрации фосфоресценции при комнатной температуре.Проведен анализ процессов гликозилирования и карбонилировая белков и аминокислот. Получены новые данные о механизме связывания красителей со стенкой бактериальной клетки, а также о влиянии состава среды (концентрации одно- и двухвалентных катионов, белков, рН) на величину дзета потенциала клеток и эффективность связывания катионных антибактериальных агентов – фотосенсибилизаторов. Построена молекулярная пространственная модель липополисахарида (ЛПС), содержащего липид А, олигосахариды кора и 4 повторяющихся О-антигенных последовательностей, а также участка ЛПС-содержащей мембраны клеточной стенки. Определены параметры сорбционной активности гетерогенных фталоцианинов в отношении эндотоксинов
2 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Физико-химические механизмы устойчивости живых систем и их реакции на внешние воздействия в естественных и экстремальных условиях
Результаты этапа: С использованием разработанных спектральных методов оценки функционального состояния фотосинтетического аппарата фототрофных организмов в природных условиях проведено экологическое обследование состояния фитопланктонных сообществ прибрежных морей России, а также систематическое обследование экологического состояния водоемов в районе Звенигородской биостанции МГУ. Проведено изучение влияние климатических и гидрологических факторов на параметры индукции флуоресценции хлорофилла природного фитопланктона Черного моря на станциях вблизи Севастополя, совместно с сотрудниками ИМБИ им. А.О. Ковалевского РАН (Севастополь). Впервые апробирована возможность использования параметров JIP-теста индукции флуоресценции на природном фитопланктоне с целью оценки его физиологического состояния по реакциям протекания первичных процессов фотосинтеза. Предложенные параметры JIP-теста основаны на теории энергетических потоков в биологических мембранах и рассчитываются на основании сигнала флуоресценции хлорофилла а. Предложено использование этих параметров для оценки скорости фотосинтеза Черноморского фитопланктона по параметрам флуоресценции в режиме реального времени. Проведено исследование параметров флуоресценции, в том числе анализ индукционных кривые быстрой и замедленной флуоресценции и Р700 в микро и миллисекундном диапазоне у водорослей и растений на установке МРЕА2 при действии наночастиц золота и серебра (AgНЧ). Анализ индукционных кривых флуоресценции в присутствии низких концентраций AgНЧ показал ингибирование электронного транспорта в ФС2 и увеличение доли Qв - невосстанавливающих центров. Обнаружено отсутствие прямого действия AgНЧ на реакции окисления пигмента ФС1 – Р700 и влияние на процессы энергизации фотосинтетических мембран и изменение индукционных кривых замедленной флуоресценции. Изучено влияние гуминовых и фульвокислот из чернозема и дерново-подзолистых почв на токсикологический эффект AgНЧ. Обнаружено, что в концентрации 50 мг/л гуминовые кислоты из обеих исследованных почв проявляли защитный эффект. Однако препарат фульвокислот из черноземных почв (SFA-CtK04) в этих же концентрациях оказывал меньшее защитное действие. Учитывая, что по данным ЯМР 13С этот препарат характеризовался максимальным содержанием карбогидратных фрагментов и, следовательно, минимальной гидрофобностью, сделано предположение о ведущем вкладе гидрофобных взаимодействий в формирование поверхностного слоя гуминовых веществ на наночастицах серебра. Проведены работы по изучению биологической активности наночастиц золота на культуры микроводорослей. Для изучения взаимодействия золотых наночастиц с гуминовыми веществами был реализован их синтез в среде гуминовых веществ. За основу синтеза вязли метод получения наночастиц, основанный на восстановлении золотохлористоводородной кислоты цитратом натрия (метод Туркевича). Данный метод широко применяют при синтезе наночастиц золота в виду его простоты и доступности, тем самым наночастицы синтезируемы именно данным способом чаще всего попадают в окружающую среду. Показано, что в присутствии наночастиц золота происходит подавление развития тест-культуры клеток. В тоже время параметры флуоресценции не изменялись при действии наночастиц золота. Проведенные исследования являются приоритетными, так как впервые в мировой практике проведены на приборе М-РЕА2, на котором одновременно можно измерять параметры быстрой и замедленной флуоресценции, а также Р700. Выполнение таких исследований важно не только для понимания первичных механизмов воздействия AgНЧ на работу ФС2 и ФС1 и на процессы энергизации фотосинтетических мембран, но и для возможного использования различных параметров флуоресценции в биомониторинговых исследованиях для выяснения токсикологического действия наночастиц серебра в почвенных системах в присутствии гуминовых кислот и фульвокислот. Разработаны и созданы новые лабораторные фотобиреаторы с системой автоматического контроля состояния микроводорослей. Проводятся исследования изменений состояния фотосинтетического аппарата водорослей при их культивировании в фотобиореаторах. Изучены закономерности гамма облучения семян в малых дозах, роль кислорода, перекисного окисления липидов, неферментативного гидролиза олигосахаридов и амино-карбонильной реакции. Исследованы механизмы последействия облучения и других факторов низкой интенсивности на качество семян. Семена рассматриваются как модель жизнедеятельной системы с отключенными механизмами репарации, что позволяет следить за накоплением в них повреждений во времени после воздействия. Исследованы механизмы последействия различных факторов для «восстановления» качества сухих семян. Продолжены работы по изучению повреждающего, защитного и стимулирующего действия ряда физиологически активных факторов на разные типы изолированных клеток животных. Основное внимание в исследованиях уделяется перитонеальным макрофагам мышей и сперматозоидам человека. В качестве модифицирующих факторов в исследованиях с макрофагами были использованы такие биологически активные агенты, как перекись водорода, УФ-излучение, наночастицы серебра и гидроксилированный фуллерен С60(ОН)25, нейротропный тетрапептид тафцин и ряд других соединений. Проведенные эксперименты выявили основные закономерности повреждающего действия изученных агентов, а также способность некоторых из них в определенных условиях (доза, концентрация, рН среды и содержание ионов Са2+) защищать клетки от повреждения, по-видимому, в результате изменения чувствительности липидного бислоя мембраны макрофагов к повреждающему воздействию (главным образом, процессам перекисного окисления липидов). Значительное внимание в работе уделяется также изучению влияния регуляторных пептидов на функциональную активность сперматозоидов человека. Показано, что отдельные типы пептидов способны увеличивать подвижность сперматозоидов, а также повышать их устойчивость к действию неблагоприятных факторов внешней среды. Наиболее эффективными в этом плане оказались гептапептид семакс и в меньшей степени пептид селанк. В последнее время нами также активизировались работы по изучению влияния пептидов на устойчивость этих клеток при их криоконсервации. Как показано нами ранее, действие низких концентраций Н2О2 приводит к возрастанию подвижности сперматозоидов, являющейся одной из важнейших их характеристик, определяющих способность к оплодотворению. В последнее время совместно с сотрудниками отдела биохимии животной клетки НИИ физико-химической биологии им.А.Н.Белозерского и Научно-лабораторным отделом ФГУ НИИ Урологии Росмедтехнологий (д.м.н. В.В.Евдокимов) нами изучается роль одного из митохондриальных ферментов глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы (GAPDS) в активации перекисью водорода подвижности сперматозоидов. Результаты проведенных исследований позволили предположить, что их инкубация с низкими концентрациями Н2О2 активирует пентозофосфатный путь, что приводит к синтезу NADH и восстановлению окисленного глутатиона (GSH) глутатион-редуктазой. В результате в клетке возрастает уровень GSH. Последний восстанавливает окисленные цистеины активного центра GAPDS, что приводит к росту активности фермента и подвижности сперматозоидов. Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что увеличение подвижности сперматозоидов в присутствии низких концентраций перекиси водорода указывает на эффективность работы клеточной системы антиоксидантной защиты. Результаты проводимых нами исследований представляют несомненный интерес для понимания механизмов регуляции функциональной активности сперматозоидов, а также для решения ряда задач практической медицины, программ вспомогательных репродуктивных технологий и при криоконсервации эякулята. Определено влияние минерального состава среды на поверхностный заряд (дзета потенциал) и тропность к катионным красителям клеток и мицелл липополисахаридов грамотрицательных бактерий. Показана видоспецифичность значений дзета потенциала клеток бактерий в зависимости от строения липополисахаридов и наличия в них О-антигенной цепи. Построена молекулярная пространственная модель ЛПС и дорабатывается молекулярная пространственная модель ЛПС-мембраны. Определены параметры сорбционной активности гетерогенных фталоцианинов в отношении эндотоксинов (липополисахаридов). Показано, что предлагаемые сорбенты позволяют достичь 100-кратное снижение концентрации эндотоксинов как в воде, так и водных растворах неорганических солей. Обнаружено образование гибридных комплексов фталоцианинов с квантовыми точками CdSe/ZnS. Проведены эксперименты по изучению структурной организации целлюлозы, ее поверхностных свойств и состоянию адсорбированной воды. Исследовано взаимодействие целлюлозы с водой в ходе изотермического адсорбционного процесса с использованием высокоинформативного метода Н-ЯМР релаксации. Дана характеристика процессов, протекающих на разных стадиях увлажнения целлюлозы. Установлена роль элементарных фибрилл в процессах диспергирования микрофибрилл на начальной стадии адсорбции.

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".