Лаборатория регуляции экспрессии генов микроорганизмов

I.  Плазмиды бактерий: молекулярно-генетические и функциональные исследования (1973—1990).
Изучены генетический контроль и регуляция репликации группы мультикопийных колициногенных плазмид. Идентифицированы участки плазмид, ответственные за их автономную репликацию, определены нуклеотидные последовательности и структура репликативного аппарата.
Исследованы механизмы индукции синтеза колицинов (антибиотиков белковой природы,  кодируемых плазмидными генами). Определена структура колицинового оперона плазмиды ColD.
Выяснен механизм защитного и повышающего индуцированный мутагенез действия колициногенных плазмид ColIb и ColIa. Установлено, что эффект плазмид при УФ-облучении обусловлен действием кодируемых ими плазмидных продуктов – функциональных аналогов продуктов хромосомных генов umuC и umuD.
 
II.  Антибиотики энтеробактерий микроцины, генетические детерминанты синтеза, механизмы действия (1990—2006).
Изучена способность энтеробактерий синтезировать антибиотики микроцины, показана плазмидная природа генов, участвующих в их синтезе. Исследован  микроцин С51,  нуклеотидпептидный антибиотик с необычной структурой,  выделенный в Лаборатории, и генетические детерминанты его синтеза. Определена нуклеотидная последовательность оперона и идентифицированы полипептиды, связанные с синтезом микроцина и иммунитетом к нему клеток продуцента. Показана возможность горизонтального переноса кластера генов, связанных с синтезом микроцина.
Установлен механизм ингибирования трансляции микроцином С. Показано, что микроцин  процессируется внутри чувствительной клетки, образуя модифицированный аспартил-аденилат, конкурентный ингибитор аспартил-тРНК синтетазы (совместно с группой К. В. Северинова).
Изучены особенности регуляции экспрессии бактериальных генов, функционирующих в отсутствие активного роста клеток, на модели оперона микроцина С51. Показано, что экспрессия оперона микроцина активируется при переходе клеток E. coli в стационарную  фазу роста, и осуществляется при участии сложной регуляторной сети, включающей четыре глобальных регулятора транскрипции. Проведен детальный анализ и сайт-специфический мутагенез промоторной области микроцинового оперона, определены сайты, существенно важные для регуляции экспрессии  оперона.
 
III.  Quorum Sensing (QS) регуляция экспрессии генов бактерий: молекулярно-генетические и функциональные исследования, роль в регуляции клеточных процессов (с 2003 по настоящее время).
 Изучена  способность  синтезировать  аутоиндукторы Quorum Sensing (QS) систем регуляции N-ацил-гомосеринлактоны (АГЛ) у более  200 штаммов почвенных и ризосферных псевдомонад, выделенных в различных географических зонах; синтез АГЛ наблюдали у 17% исследованных штаммов.  
Подробно исследованы   QS системы  модельных штаммов Pseudomonas chlororaphis 449,  Burkholderia cenocepacia 370, S. proteamaculans 94.  Идентифицированы, клонированы и секвенированы гены  QS систем, определена их организация,  выяснена роль глобальных регуляторов транскрипции в контроле экспрессии генов QS систем.  Получены данные о роли QS систем в регуляции клеточных процессов бактерий.
Показано стимулирующее действие субингибиторных концентраций нитрофуранов, доноров NO, растительных фенольных соединений, некоторых фитогормонов, в том числе, салициловой кислоты, и перекиси водорода на образование бактериальных биопленок. При действии фенолов и перекиси водорода этот эффект был связан с QS регуляцией экспрессии бактериальных генов. При увеличении концентраций этих соединений они ингибировали образование биопленок. Полученные данные важны для медицины, т.к.  патогенные бактерии, живущие в биопленках, существенно более устойчивы к действию антибактериальных агентов, чем свободно живущие бактерии. Поэтому данные о стимуляции образования биопленок низкими концентрациями антибактериальных агентов должны учитываться при  определении схем антибактериальной терапии с использованием препаратов, содержащих указанные соединения или их производные.
 
IV.  Летучие органические соединения (ЛОС), синтезируемые бактериями: природа, действие на различные биологические объекты, механизмы действия, функциональная роль (с 2011 по настоящее время).
 Показана способность бактерий родов Pseudomonas и Serratia синтезировать летучие органические соединения (ЛОС), индивидуальные ЛОС были идентифицированы (совместно с Д-р. L. Chernin, Иерусалимский Университет, Израиль). Показано, что общий пул летучих соединений и индивидуальные ЛОС (диметилдисульфид, кетоны)  подавляли рост фитопатогенных бактерий и грибов, цианобактерий,  образование бактериальных биопленок.   ЛОС бактерий могут также оказывать летальное действие на насекомых (дрозофила) и нематод.
 Впервые показано, что ЛОС подавляют функционирование QS систем регуляции бактерий.
 
V.  Взаимодействие наночастиц металлов с бактериальной клеткой. Биогенез наночастиц с использованием бактериальных культур (с 2009 по настоящее время).
Изучено действие наночастиц серебра и золота и ионов этих металлов  на рост, жизнеспособность и образование биопленок бактерий.
Показано, что мутации в генах, ответственных за репарацию окислительных повреждений ДНК, увеличивали чувствительность клеток E. coli к НЧС и ионам серебра, что предполагает участие указанных генов в репарации повреждений ДНК, вызванных соединениями серебра.
Получены данные  о важной роли поринов в антибактериальном действии наночастиц и ионов серебра.
Проведены эксперименты по получению наночастиц золота  методом «зеленого синтеза» в культурах цианобактерий и Azotobacter; установлена важность процесса азотфиксации для биогенеза наночастиц.