Приоритетные результаты научных исследований

• Создана научная школа по изучению молекулярных механизмов взаимодействий ассоциативных микроорганизмов с растениями, получившая российское и международное признание.
• Создана коллекция почвенных свободноживущих и ризосферных микроорганизмов, основу которой составляют 139 штаммов ассоциативных бактерии рода Azospirillum, большая часть которых выделена из-под диких и культурных злаков Саратовской области. Это самое большое собрание азоспирилл в нашей стране, используемых в качестве одного из основных объектов для фундаментальных исследований молекулярных механизмов взаимодействий микроорганизмов и растений.
• Впервые для почвенных микроорганизмов разработана биотест-система серологической идентификации азоспирилл, учитывающая иммунохимические особенности их углеводных антигенов.
• Предложен новый метод, позволяющий существенно увеличить частоту вставок Т-ДНК в генеративные клетки трудно трансформируемых однодольных растений, использованный для развития высокоэффективных приемов их агробактериальной трансформации. Эти приемы, реализованные на примере сорго и кукурузы, могут стать элементами новой технологии селекции сортов данных культур.
• Описан первый молекулярный сигнал для ассоциативных растительно-бактериальных симбиозов - экскретируемый растительный лектин (агглютинин зародышей пшеницы). Установлено, что у азоспирилл ответ на сигнал растения-хозяина является плейотропным: усиление роста популяции, стимуляция азотфиксации и продукции фитогормона (индолил-3-уксусной кислоты - ИУК), модификация клеточной поверхности (что важно для колонизации растения), изменение подвижности бактерий и др.
• Установлена важная роль лектинов ассоциативных с растениями бактерий и ксилотрофных базидиомицетов в их жизнедеятельности. Впервые показано участие лектинов в формировании ассоциации "растение-бактерия" и межбактериальных взаимодействиях. Получены результаты свидетельствующие о регуляторной активности лектинов в отношении ряда ферментов. Анализ внеклеточных и внутриклеточных лектинов высших базидиомицетов на стадии дикариотического мицелия выявил значительные различия в составе лектинов по сравнению с базидиомами. Взаимосвязь активности лектинов с процессами роста и развития грибного мицелия, с синтезом соединений, относящихся к важнейшим компонентам химического состава мицелия - белкам, липидам, углеводам, ферментам лигнинолитического комплекса говорит об участии лектинов ксилотрофных грибов в морфогенетических процессах и инициации плодооборазования. Впервые выделен эндогенный регулятор активности внеклеточных лектинов, представляющий собой галактолипид.
• Установлено участие плазмид A. brasilense в метаболизме ароматических аминокислот, образовании липополисахаридов, двигательных органелл и в регуляции подвижности бактерий. Впервые получены данные о выраженной динамике генома азоспирилл, сопровождающейся появлением новых плазмид, дупликациями и амплификациями определенных фрагментов ДНК.
• Показано, что штаммы A. brasilense, выделенные из пшеницы на разных континентах и имеющие одинаковую структуру повторяющегося звена О-специфического полисахарида (при существенных различиях в структуре геномов) содержат в мегаплазмидах гомологичные lps-локусы, определяющие продукцию липополисахаридов.
• Полученные результаты в совокупности с некоторыми литературными данными свидетельствуют о необходимости пересмотра устоявшихся представлений о плазмидах как дополнительных элементах генома, используемых лишь при определенных условиях.
• Расшифрована первичная структура О-специфических полисахаридов двух видов бактерий рода Azospirillum, являющихся основными детерминантами, обеспечивающими адсорбцию и распознавание растений-партнеров азоспирилл при формировании ассоциативных ризосферных ценозов.
• С использованием конъюгатов разнообразных биоспецифических зондов с наночастицами коллоидного золота (КЗ) впервые в отечественной практике обеспечено получение маркеров в широком спектре "узнающих" молекул и размеров частиц КЗ для электронной микроскопии и твердофазного био- и иммуноанализа, впервые в России осуществлен синтез конъюгата коллоидного золота с олигонулеотидами.
• Получены результаты, иллюстрирующие эффективность КЗ в качестве инструмента для анализа бактериальных и растительных клеточных структур, оценки относительной гидрофобности бактериальной поверхности, диагностики инфекционных заболеваний человека и др.
• Исследованы возможности применения КЗ в качестве носителя при получении антител in vivo и впервые обнаружены адъювантные свойства коллоидного золота. Развита технология получения антител к широкому спектру высоко- и низкомолекулярных антигенов как in vivo, так и in vitro - с использованием метода фагового дисплея антител. Предложен новый метод селекции антител из комбинаторных фаговых библиотек с использованием золотых наночастиц, особенно перспективный для решения проблем получения антител к гаптенам.
• Разработаны модели для описания оптических свойств конъюгатов "узнающих" молекул c плазмонно-резонансными металлическими наносферами, наностержнями и нанооболочками, используемых для регистрации биоспецифических взаимодействий типа антиген-антитело, углевод-лектин, фермент-субстрат, ДНК-ДНК и др. в высокочувствительных биосенсорных системах нового поколения с применением методов спектроскопии поглощения, статического и динамического рассеяния света (см. также информацию о Группе нанобиотехнологии на данной ссылке).
• Разработаны методологические подходы к определению и идентификации бактерий, экспресс мониторингу жизнеспособности микроорганизмов, изучению метаболического статуса и ферментативной активности микробных клеток, основанные на электрооптическом детектировании эффектов изменения поляризуемости клеток при действии на них электрического зондирующего поля.
• С использованием методов оптической (флуоресцентной), просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии впервые показано, что в протопластах клеток листа табака (Nicotiana rustika L.) имеется три относительно независимые системы актинового цитоскелета: а) мощная, равномерно распределенная сеть в субкортикальном слое цитоплазмы; б) филаменты, соединяющие между собой отдельные хлоропласты в единую систему (на поверхности хлоропластов показано присутствие F-актина) и в) структурные элементы в виде плоских лент, ассоциированных с ядром клетки.
• При исследовании роли растительно-микробных взаимодействий в процессах фиторемедиации загрязненных объектов окружающей среды на моделях "азоспирилла-пшеница" и "ризобия-сорго" показано, что присутствие полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) не подавляло ростстимулирующую активность ризобактерий-деструкторов и не ингибировало микробный синтез ИУК. Инокуляция растений ризосферными штаммами-деструкторами компенсировала негативное воздействие поллютантов, стимулируя рост и корневую экссудацию растений, которые при этом селективно поддерживали популяцию инокулянта.
• Показана способность гриба белой гнили вешенки устричной (Pleurotus ostreatus D1) активно метаболизировать ПАУ: антрацен, фенантрен, флюорен, флюорантен, пирен, перилен и бенз[a]пирен. Впервые показано окисление флуорантена лакказой.
• Разработан и запатентован способ биологической очистки почв, загрязненных продуктами природного и техногенного разложения кожно-нарывных отравляющих веществ, позволяющий увеличить степень извлечения водорастворимых компонентов реакционных масс иприта и люизита из загрязненных почв.