|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ФНКЦ РР |
||
Физико-химические механизмы устойчивости живых систем и их реакции на внешние воздействия в естественных и экстремальных условияхНИР
.
- Руководитель НИР: Рубин А.Б.
- Участники НИР: Архаров О.А., Беленикина Н.С., Богданов И.И., Богомолов В.П., Венедиктов П.С., Веселин И.В., Волгушев А.В., Воронова Е.Н., Горячев С.Н., Грунина Т.Ю., Жуков О.А., Иванов М.В., Казимирко Ю.В., Казимирко М.М., Конюхов И.В., Левич А.П., Маторин Д.Н., Орехов А.Н., Погосян С.И., Ременников С.М., Ременников С.М., Рисник Д.В., Свердлова Е.А., Страховская М.Г., Терешин Б.Е., Тодоренко Д.А., Туровецкий В.Б., Фрайкин Г.Я., Яковлева О.В.
- Подразделение: Кафедра биофизики
- Срок исполнения: 1 января 2016 г. - 31 декабря 2020 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 06-3-16
- Номер ЦИТИС: АААА-А16-116021660033-9
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Физиологические механизмы деятельности, развития и устойчивости организма человека и животных
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: переход к высокопродуктивному и экологически чистому агро- и аквахозяйству
- ПН России: Рациональное природопользование
- Направление технологического прорыва России: Энергоэффективность и энергосбережение
- Критическая технология России: Клеточные технологии
-
Рубрики ГРНТИ:
- 34.17.03 Теоретическая и математическая биофизика
- 34.17.05 Методы и аппаратура в биофизике
- 34.17.09 Фотофизические и фотохимические процессы в биологии
- Классификатор OECD: Биофизика
-
Ключевые слова:
экстремальные условия, механизмы устойчивости и чувствительности биосистем, низкие температуры, электромагнитные поля, уф-излучение, фотодинамическая инактивация
electromagnetic fields, uv radiation, low temperature, extreme conditions, photodynamic inactivation, mechanisms of resistance and sensitivity of biological systems -
Описание:
Исследование факторов среды, механизмов их действия на живые системы и ответных реакций организмов в естественных и экстремальных условиях. Будут расширены представления о механизмах приспособления живых систем к экстремальным условиям. На основе изучения физико-химических механизмов их устойчивости и концепции о динамическом характере устойчивости живых систем, будут получены данные по механизмам приспособления живых систем к условиям экстремальных температур, освещенности, составу питательной среды, к ультрафиолетовому и видимому свету, гипоксии и реоксигенации, по механизмам адаптационной структурной и функциональной перестройки мембран хлоропластов, фотоокислительного повреждения организмов и роли функциональной вариабельности ответа популяций микроводорослей на экстремальные факторы, по роли стрессовых состояний, физико-химическим механизмам слабых и сверхслабых воздействий на организмы и т.д. Будут разработаны новые методы диагностики состояния клетки для использования в биотехнологии и экологическом мониторинге. Основные объекты для исследований - культуры микроводорослей, высшие растения, различные типы животных клеток и др.
-
Abstract:
The study of environmental factors, the mechanisms of their action on living systems and the response of organisms in natural and extreme conditions.The understanding of the mechanisms of adaptation of living systems to extreme conditions will be expanded. Based on the study of the physical and chemical mechanisms of their stability and the concept of the dynamic nature of the stability of living systems, data will be obtained on the mechanisms of adaptation of living systems to conditions of extreme temperatures, illumination, the composition of the nutrient medium, ultraviolet and visible light, hypoxia and reoxygenation, and adaptation mechanisms structural and functional rearrangement of chloroplast membranes, photooxidative damage to organisms and the role of functional variability of the response of microhydrogen populations MDL to extreme factors on the role of stress, physical and chemical mechanisms of weak and ultra-weak effects on organisms, etc. New methods for diagnosing the state of the cell for use in biotechnology and environmental monitoring will be developed. The main objects for research are microalgae cultures, higher plants, various types of animal cells, etc.
-
Планируемые результаты:
Будут расширены представления о механизмах приспособления живых систем к экстремальным условиям. На основе изучения физико-химических механизмов их устойчивости и концепции о динамическом характере устойчивости живых систем, будут получены данные по механизмам приспособления живых систем к условиям экстремальных температур, освещенности, составу питательной среды, к ультрафиолетовому и видимому свету, гипоксии и реоксигенации, по механизмам адаптационной структурной и функциональной перестройки мембран хлоропластов, фотоокислительного повреждения организмов и роли функциональной вариабельности ответа популяций микроводорослей на экстремальные факторы, по роли стрессовых состояний, физико-химическим механизмам слабых и сверхслабых воздействий на организмы и т.д. Будут разработаны новые методы диагностики состояния клетки для использования в биотехнологии и экологическом мониторинге. Основные объекты для исследований - культуры микроводорослей, высшие растения, различные типы животных клеток и др.
-
Научный задел:
Получены новые данные о пределах приспособления живых систем к экстремальным условиям на основе изучения физико-химических механизмов их устойчивости. Исследована взаимосвязь механизмов обеспечения устойчивости живых систем и их реакции на внешние воздействия. Получены данные по механизмам приспособления живых систем к условиям низких температур и низкой влажности, к УФ- и видимому свету, гипоксии и реоксигенации, по механизмам адаптационной структурной и функциональной перестройки мембран хлоропластов, фотоокислительного повреждения организмов и роли функциональной вариабельности ответа популяций микроводорослей на экстремальные факторы, по разработке методов биоиндикации экологического состояния среды, по роли стрессовых состояний, механизмам воздействия окислительного стресса на семена растений, физико-химическим механизмам слабых и сверхслабых воздействий на организмы и роли воды в этих процессах.
- Добавил в систему: Ратанина Мария Александровна
Источник финансирования НИР
| госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию) |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Физико-химические механизмы устойчивости живых систем и их реакции на внешние воздействия в естественных и экстремальных условиях |
| Результаты этапа: Исследованы спектральные характеристики октакатионного фталоцианина цинка при связывании с клетками бактерий разных видов, несущими различный поверхностный потенциал. Показано, что эффективность фотосенсибилизации бактерий октакатионным фталоцианином цинка и видимым светом находится в зависимости от особенностей строения и заряда клеточных стенок бактериальных клеток-мишеней. Определены мишени преимущественного воздействия ионов меди на реакции фотосинтеза у водорослей и выявлены наиболее чувствительные параметры флуоресценции хлорофилла для использования при мониторинге. Показано, что использование полученных мутантов микроводорослей Chlamydomonas reinhardtii с пониженным содержанием хлорофилла б на загрязненных водах на промобъектах перспективно для применения их в биомониторинговых исследованиях. Показано, что у культивируемых животных клеток медь на фоне глюкозного голодания вызывает сильный окислительный стресс. Установлены антиоксидантные свойства пептида семакс, а также его влияние на кальциевый гомеостаз и функциональное состояние митохондрий. | ||
| 2 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Физико-химические механизмы устойчивости живых систем и их реакции на внешние воздействия в естественных и экстремальных условиях |
| Результаты этапа: В рамках фундаментальных исследований по теме работы и в соответствии с техническим заданием были получены новые данные, расширяющие представления о физико-химических механизмах устойчивости живых систем и их реакции на внешние воздействия в естественных и экстремальных условиях. Проведено исследование устойчивости растений и водорослей к действию солей хромата. Исследованы процессы, протекающие на разных стадиях увлажнения целлюлозы. Получены новые экспериментальные данные, имеющие важное значение для понимания механизмов участия внутриклеточного рН в регуляции клеточных функций. Получены данные, необходимые для выяснения механизмов повреждающего, защитного и стимулирующего действия на клетки некоторых физиологически активных агентов. Изучено изменение состояния оксидантной и антиоксидантной систем эякулята человека при ряде заболеваний. Определены спектральные характеристики катионных фталоцианинов при связывании с клетками бактерий антибиотикорезистентных штаммов. Определены параметры фотосенсибилизации бактерий антибиотикорезистентных штаммов. Разработан новый метод бимониторига водной среды. | ||
| 3 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Физико-химические механизмы устойчивости живых систем и их реакции на внешние воздействия в естественных и экстремальных условиях |
| Результаты этапа: В рамках фундаментальных исследований по теме работы и в соответствии с техническим заданием были получены новые данные, расширяющие представления о физико-химических механизмах устойчивости живых систем и их реакции на внешние воздействия в естественных и экстремальных условиях. Разработана методология для оценки влияния последствий антропогенных загрязнений водных экосистем на энергозапасающие процессы фотосинтеза Определены мишени преимущественного воздействия солей хрома на реакции фотосинтеза у растений и выявлены наиболее чувствительные параметры флуоресценции хлорофилла для использования при мониторинге состояния растений. Показано, что одновременная регистрация индукционных кривых быстрой и замедленной флуоресценции, а также редокс-состояния Р700 на приборе M-PEA-2 позволит использовать эти параметры в биомониторинговых исследованиях. Проведена оценка влияния гуминовых ГВ на световые реакции фотосинтеза микроводорослей при нормальной и стрессовой ситуации с использованием современных флуоресцентных методов. Исследована способность модифицирующих агентов воздействия как к повреждению клеток, так и к повышению их устойчивости к действию неблагоприятных факторов и даже к усилению функциональной активности. Выявлена эффективность защитного действия длинноволнового видимого света (> 500 нм) при УФВ облучении клеток. Обнаружено, что при кратковременном воздействии на клетки Candida низкоинтенсивного монохроматического света в области 500–750 нм наблюдаются эффекты фотореактивации и фотозащиты клеток, инактивированных средневолновым УФВ излучением (290–320 нм). Полученные данные позволяют рассматривать обнаруженные эффекты фотореактивации и фотозащиты как проявление действия одной светозависимой защитной системы, способной повышать устойчивость клеток к УФВ облучению. Они триггируются одним фоторецептором, но в зависимости от последовательности воздействия на клетки красного света и УФВ излучения проявляются в виде эффектов фотореактивации либо фотозащиты. Получены данные о структуре липополисахаридного слоя наружной мембраны, поверхностном потенциале бактериальных клеток, выращенных при экстремальных температурах Создана крупно-зернистая модель ассиметричной наружной мембраны грам-отрицательных бактерий и определены параметры связывания поликатионных фталоцианинов Исследовано влияние летучих кетонов на фотосинтетический аппарат зеленых водорослей по параметрам флуоресценции, индукционным кривым флуоресценции. Исследовано влияние разных соотношений солей цинка и меди и диурона на фотосинтетическую активность поликультур микроводорослей по параметрам флуоресценции, спектрам поглощения, ростовым характеристикам, содержанию хлорофилла. Модернизирован флуориметр “SMART” для работы с культурами водорослей при содержании хлорофилла менее 1мкг/л. Разработан оптимальный алгоритм управления освещенностью фотобиореактора по кривым ETR Разработана новая система контроля функционального состояния микроводорослей и оптимизации их культивирования в фотобиоракторе. | ||
| 4 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Физико-химические механизмы устойчивости живых систем и их реакции на внешние воздействия в естественных и экстремальных условиях |
| Результаты этапа: Определены мишени преимущественного воздействия солей кадмия ультраструктуру и реакции фотосинтеза у растений и выявлены наиболее чувствительные параметры флуоресценции хлорофилла для использования при мониторинге. Выявлены чувствительные параметры индукции флуоресценции хлорофилла для использования в экологическом мониторинге водных экосистем. Получены данные о влиянии рН на свойства фталоцианинового сорбента липополисахаридов Получены данные о чувствительности стафилококков к основным группам антибиотиков после длительного применения тобрамицина Созданы крупнозернистые модели пиклоксидина и хлоргексидина Получены данные о значениях дзета-потенциала клеток агаровых культур Pseudomonas aeruginosa, выращенных при 1 и 3% кислорода Выявлены два фоторецепторов фитохромного типа, опосредующих процессы фотозащиты клеток от УФ излучения разных длин волн. Зарегистрированы спектры флуоресценции с пиками в спектрах возбуждения (660 и 680 нм), соответствующие таковым в спектрах действия фотозащитных эффектов, опосредуемых двумя типами фитохромов. Определен вклад активации фитохромом Ф660 ферментов репарации ДНК в эффект фотозащиты. Установлен характер кристалличноcти, пористости и диспергирования в адсорбционных процессах целлюлозы Исследованы образцы хлопковой и древесной целлюлозы на предмет их структурной организации с использованием методики Гольдмана-Шена Результаты исследования влияния летучих кетонов на фотосинтетический аппарат зеленых водорослей по параметрам флуоресценции хлорофилла, индукционным кривым флуоресценции, спектрам поглощения хлорофилла. Результаты воздействия солей цинка и меди на фотосинтетическую активность монокультур микроводорослей по параметрам флуоресценции, спектрам поглощения, ростовым характеристикам, содержанию хлорофилла, редокс-состояния Р700. Результаты воздействия разных концентраций шунгита, перекиси водорода по параметрам флуоресценции, спектрам поглощения, ростовым характеристикам, содержанию хлорофилла. Модернизированный флуориметр “SMART-04” для работы с культурами водорослей при содержании хлорофилла от 50мкг/л и выше. Будет разработан оптимальный алгоритм экспресс-определения дефицита азота и фосфора в культуре по флуоресценции хлорофилла– выбор интенсивности подсветки, времени световой адаптации и концентрации вносимых солей азота и фосфора. Будут получены данные о механизмах и скоростях адаптации фотосинтетического аппарата водорослей к изменениям интенсивности света. | ||
| 5 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Физико-химические механизмы устойчивости живых систем и их реакции на внешние воздействия в естественных и экстремальных условиях |
| Результаты этапа: Электростатический характер связывания антисептиков хлогексидина, пиклоксидина, октенидина и мирамистина, сопровождающегося нейтрализацией мембранных структур бактериальных клеток, доказан для биолюминесцентного бактериального биосенсора, клеток бактерий грамположительных и грамотрицательных штаммов, включая клинические изоляты, изолированных хроматофоров – производных плазматической мембраны пурпурных бактерий, а также модельной бактериальной мембраны. Для изучения молекулярных механизмов действия катионных антисептиков впервые созданы крупно-зернистые модели бигуанидов (хлогексидин, пиклоксидин), производных пиридина (октенидин) и четвертичных аминов (мирамистин). Методами крупно-зернистого моделирования впервые изучено взаимодействие катионных антисептиков с модельным бислоем состава POPE:POPG, имитирующим плазматическую мембрану бактерий. Разработанные подходы к крупно-зернистому моделированию взаимодействия катионных антисептиков с бактериальными мембранами позволили установить связь между молекулярной структурой антисептиков и характером и эффективностью их воздействия на параметры порядка бактериальных мембран и могут быть использованы для молекулярного дизайна новых высокоэффективных антибактериальных препаратов. Результаты фотобиологических и спектроскопических исследований сенсорного фоторецептора у дрожжей впервые демонстрируют его фотозащитную функцию в условиях цитотоксического действия УФА излучения (320–380 нм), в основе которого лежит фотодинамический механизм, вызывающий окислительное повреждение ДНК. В соответствии с полученными данными фоторецептор дрожжей, опосредующий фотозащитный эффект, может быть отнесен к семейству фитохромов. Это открывает перспективы для выявления и изучения фотозащитной функции фитохромов у других организмов из разных филогенетических групп. Впервые получены комплексные данные о функциональном состоянии световых реакций фотосинтеза листьев растений при воздействии тяжелых металлов (хрома) и пестицида тиаметоксама. Предлагается использовать параметры индукции флуоресценции (PIABS и φEo) в качестве индикаторов состояния фототрофных организмов при действии загрязнений. Был создан лазерный флуориметр для поиска растительных организмов и изучения влияния ионизирующих излучений с дистанции. Осуществлен опыт по длительному выращиванию микроводорослей в малом закрытом объеме (4 мл) внутри измерительного отделения флуориметра. Показана высокая чувствительность спектрофотометрического показателя D470/D675 к действию тяжелых металлов при автоматизированных измерениях. Продемонстрирована техническая возможность детекции NIFT-сигналов от клеток водорослей, находящихся в пробе морской воды. Изучено защитное действие природных гуминовых кислот в опытах на водорослях с добавлением тяжелых металлов. | ||
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".