Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого Научно-исследовательский комплекс «Нанобиотехнологии» Лаборатория молекулярной микробиологии О ходе выполнения мегагранта в НИК «Нанобиотехнологии»
Общая информация n В соответствие с условиями мегагранта (№ 14. В 25. 31. 0004 от 28 июня 2013 г. ) в составе НИК «Нанобиотехнологии» СПб. ПУ была создана Лаборатория молекулярной микробиологии под руководством ведущего ученого К. В. Северинова n В 2015 году грант был продлен на 2016 – 2017 гг.
Коллектив лаборатории n Руководитель лаборатории: Северинов Константин Викторович, доктор биологических наук n Состав лаборатории: 37 человек, из них: 1 доктор наук, 6 кандидатов наук (в том числе 4 молодых) 9 аспирантов, 12 студентов молодые исследователи (в возрасте до 35 лет) составляют более 60% коллектива n n n
Финансирование лаборатории Бюджетные средства (млн. руб. ) 2013 – 2015 88, 88 2016 Внебюджетные средства, (млн. руб. ) План Факт 23 29 30 2017 ИТОГО 30 118, 88 ? 53 ?
Структура затрат лаборатории 2013 - 2016
Оборудование закупленное на средства гранта n Масс-спектрометр MALDI TOF/TOF (ABSciex) Жидкостной хроматограф LC-20 Prominence (Шимадзу) Уникальный комплекс для одномолекулярных исследований на базе спектрометра с поверхностноакустической волной (акусто-волновой нанопинцет) (AFS, LUMICKS B. V. , Голландия) Комплекс микробиологического оборудования Комплекс оборудования для одномолекулярных исследований Оборудование для проведения микробиологических работ Комплект лабораторной мебели и необходимое вспомогательное оборудование Флуоресцентный микроскоп Ламинарный шкаф n Общая стоимость оборудования - 67, 02 млн. рублей n n n n
Материально-техническая база Оборудование ЛММ
Материально-техническая база Оборудование НИК «Нанобиотехнологии»
Материально-техническая база Оборудование НИК «Нанобиотехнологии» n n n n ЯМР спектрометр Varian Direct. Drive NMR System 700 Mhz Масс-спектрометр с ионно-циклотронном резонансом с Фурье преобразованием (Varian FT-ICR MS 9. 4 T) и двумя ионными источниками ионизации: электроспрей и МАЛДИ (Varian) Хромато-масс-спектрометр LCMS-IT-TOF (Shimadzu, Япония) Уникальная научная установка для исследования динамики нанобиомашин (УНУ «Лазерный Пинцет» ) Комплекс лазерного оборудования Комплекс оптико-электронных приборов для физикохимического анализа биологических образцов Оборудование для пробоподготовки, для биохимических и микробилогических исследований Общая стоимость оборудования более 300 млн. рублей
Основные направления исследований n Поиск новых и оптимизация существующих антибиотиков и биоактивных компонентов на основе пептидов. n Функциональный анализ адаптивных бактериальных защитных систем и поиск новых CRISPR-Cas систем для разработки новых технологий генной инженерии. n Исследование стохастических процессов на уровне одной клетки. n Исследования процесса транскрипции с использованием комбинации классических молекулярно-биохимических методов с современными биофизическими подходами, в том числе и на уровне одиночных молекул.
Основные результаты исследований Поиск новых и оптимизация существующих антибиотиков и биоактивных компонентов на основе пептидов 1. Был найден новый лассо-пептид, ингибирующий работу бактериальной РНКП путем блокировки доступа нуклеотидов к активному центру 2. Выявлен и охарактеризован новый класс ингибиторов рибосом бактериальных клеток. 3. Успешно начато создание искусственных генетических систем для эффективной продукции, как природных охарактеризованных микроцинов, так и их производных.
Основные результаты исследований Функциональный анализ адаптивных бактериальных защитных систем и поиск новых CRISPR-Cas систем В природе CRISPR-Cas системы защищают прокариотические клетки от чужеродных генетических элементов, таких как плазмиды и бактериофаги. Их недавнее открытие и начало изучения привело к революции в генной инженерии. Практическая значимость исследования систем CRISPR-Cas: • • • Применение этой системы в редактировании геномов различных организмов дает огромный потенциал в биотехнологии и лечении наследственных болезней Система CRISPR-Cas может быть использована для защиты промышленно значимых бактерий от фаговых инфекций Обращение системы CRISPR-Cas против собственной ДНК бактерии может быть новым способом терапии инфекционных заболеваний
Основные результаты исследований Функциональный анализ адаптивных бактериальных защитных систем и поиск новых CRISPR-Cas систем В лаборатории проводится комплексное исследование механизмов функционирования природных CRISPR-Cas систем различных типов. Наша лаборатория – одна из ведущих в области изучения фундаментальных основ CRISPR адаптации. Результаты работы публикуются в высокорейтинговых иностранных журналах. Кроме того 1. В лаборатории разработано несколько новых экспериментальных моделей и подходов для изучения функционирования CRISPR-Cas систем, в том числе и на уровне одной клетки. 2. Совместно с институтом Пастера (Париж, Франция) начата работа по исследованию вклада дополнительных CRISPR-кассет в формирование гипервирулентности патогенных бактерий Clostridium difficile
Основные результаты исследований Исследование стохастических процессов на уровне одной клетки Разработан метод оценки вариации количества отдельных белков на уровне одной клетки. С помощью данного метода в лаборатории впервые был визуализирован процесс появления системы рестрикции-модификации в новой хозяйской клетке.
Основные результаты исследований Исследование процесса транскрипции Транскрипция – важнейший для всех живых организмов процесс передачи генетической информации от ДНК к РНК, осуществляемый ферментами РНК полимеразами. • В лаборатории впервые в мире охарактеризовали уникальные РНК полимеразы phi. KZ - родственных бактериофагов. Для РНКП, выделенной из бактериофага AR 9 было показано, что она может осуществлять специфический синтез с одноцепочечной ДНК. Это уникальное свойство делает данную РНК-полимеразу потенциальным объектом для разработки на ее основе коммерческих ферментов для биотехнологической отрасли и научного применения. • Впервые были охарактеризованы две новые РНКП термусных фагов P 23 -45 и G 18.
Основные результаты исследований Исследование процесса транскрипции • Впервые в мире метод акустической силовой спектроскопии применен для изучения транскрипции. В отличии от других одномолекулярных методов этот метод позволяет в режиме реального времени отслеживать динамику элонгации транскрипции нескольких десятков одиночных РНК-полимераз • С помощью метода изучаются механизмы действия ингибиторов транскрипции на бактериальную РНК-полимеразу, а также механизмы работы транскрипционных факторов.
Основные показатели эффективности Наименование показателя 2013 - 2015 2016 2017 План Факт на 24. 10 План на 31. 12 План Количество публикаций (Wo. S и Scopus) 6 21 3 5 >5 3 Кандидатские диссертации 2 3 2 1 Результаты интеллектуальной деятельности 2 2 1 0 1 1 Образовательные курсы 2 2 0 0 0 1 Гранты под руководством сотрудников лаборатории 9 12 1 2 2 2 Доклады на конференциях 9 22 3 10 >10 3 Научные мероприятия 2 3 1 1 2 1 Стажировки заграницей 3 16 1 4 4 1
Основные показатели эффективности Наименование показателя 2013 2014 2015 2016 2017 План Факт План Кандидаты наук 2 6 2 8 2 9 2 Аспиранты 3 5 3 6 3 6 3 Студенты 3 4 3 7 3 9 3 12 3
Публикационная активность n Публикации в Web of Science и Scopus: 26 n Прочие публикации: 3 n Средний IF: 6. 14 n Максимальный IF: 9. 674 Публикации на обложке n D. Lavysh, M. Sokolova et al, Virology, 2016, V. 495, pp. 185– 196, IF: 3. 2 n M. Metelev et al, Chemistry and Biology, 2015, V. 22, Is. 2, pp. 241– 250, IF: 2. 688
Образовательная деятельность n Научное руководство студентами и аспирантами СПб. ПУ и других ВУЗов n Учебная дисциплина «Одномолекулярные методы в биологических исследованиях» для аспирантов Лаборатории молекулярной микробиологии n Лабораторный курс-практикум «Основы молекулярной биологии» для студентов 3 го курса кафедры «Биофизика» n Научные мероприятия: конференции, школы, семинары n Стажировки студентов, аспирантов и научных сотрудников лаборатории в ведущих научно-образовательных центрах n Курс практических занятий по методам молекулярной, экологической и прикладной микробиологии для аспирантов и сотрудников СПб. У и других организаций n Экскурсии для школьников
Лабораторный курс-практикум «Основы молекулярной биологии»
Научное руководство студентами и аспирантами n n защищено более десяти магистерских и бакалаврских работ и пять кандидатских диссертаций получены две стипендии президента РФ выиграны четыре гранта РФФИ мол–а получен один грант фонда «Династия»
Научное руководство студентами и аспирантами n n n Стипендии президента Российской федерации: Егор Побегалов (2013 – 2015) Алексей Ведяйкин (2015 – 2017) Гранты РФФИ мол_а: Мария Соколова (2013 – 2014) Мария Якунина (2016 – 2018) Грант фонда «Династия» : Михаил Метелев (2015) Стипендия 5 -100: Мария Якунина (2015 -2016) Участие в международных конференциях: 32 доклада на 20 конференциях Статьи в высокорейтинговых журналах с первым авторством: 11
Научные мероприятия n Лекция нобелевского лауреата, профессора Синъя Яманака «Последние достижения в исследованиях и применениях индуцированных плюрипотентных стволовых клеток» n Научная школа «Satellite Young Scientists School on Genomics and Metagenomics of Extremophiles» в рамках международного конгресса «Экстремофилы 2014» . Лекторы - ведущие мировые ученые-биологи, Константин Северинов, Михаил Гельфанд, Дэннис Бамфорд, Майкл Тэрнс и Армен Мулкиджанян. n «Международный практический семинар по новым методам характеризации белковых структур» n Семинар «Революция в криоэлектронной микроскопии; красота нанобиологии и её польза для развития наук о жизни» Лектор: Питерс, профессор Университета Маастрихта
Перспективы развития лаборатории в 2016 – 2017 годах Целью научных исследований в 2016 -2017 годах является дальнейшее развитие работ, начатых в ходе выполнения работ по гранту в 2013 -2015 годах, с концентрацией на тех направлениях, в которых 1) был достигнут наибольший прогресс на данный момент, что позволит укрепить лидирующие позиции лаборатории в данной области исследований, 2) присутствует безусловная новизна и которые, несмотря на рискованность, демонстрируют высокий потенциал достижения высоких научных и практических результатов и 3) которые могут быть выполнены только в нашей лаборатории за счет полученных на предыдущем этапе знаний, реагентов и оборудования.
Перспективы развития лаборатории в 2016 – 2017 годах Конкретные направления исследований : n Продолжить поиск новых и оптимизация существующих антибиотиков и биоактивных компонентов на основе пептидов; n Продолжить работу по функциональному анализу адаптивных бактериальных защитных систем и поиск новых CRISPR-Cas систем для разработки новых технологий генной инженерии. n Провести анализ влияния стохастических процессов на работу систем рестрикции-модификации и систем токсин-антитоксин, обуславливающих бактериальную персистенцию, на уровне одной клетки; n Провести описание новых уникальных транскрипционных ферментов бактериофагов.
Скачать презентацию Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого Научно-исследовательский комплекс Нанобиотехнологии
dc654141ac376244e4ab5dc2f6e1bf75.ppt