Лаборатория молекулярной и клеточной биофизики

Сотрудники лаборатории:
Рычков Георгий Николаевич, с.н.с., к.ф.-м.н., и.о. заведующего лабораторией, доц. каф. «Биофизика»; эл. почта: rychkov_gn@pnpi.nrcki.ru
Глазунов Евгений Александрович, н.с., к.б.н.
Киль Юрий Владимирович, с.н.с.
Сергеев Владимир Ремирович, н.с., к.б.н., доц. каф. «Биофизика»
Соболева Елена Валентиновна, ст. лаб., студент каф. «Биофизика»
Суржик Марина Аркадьевна, н.с., к.б.н.
Шалгуев Валерий Иванович, н.с., к.б.н.
 
Лаборатория молекулярной и клеточной биофизики (ЛМКБ) была создана в 2015 г. в рамках договора о сотрудничестве между Санкт-Петербургским политехническим университетом Петра Великого и НИЦ «Курчатовский институт» с целью развития интеграции высшего образования, фундаментальной и прикладной науки в областях молекулярной и структурной биологии, биофизики, компьютерных методов моделирования и обработки данных, а также для привлечения талантливой молодёжи в науку. Лаборатория базируется на кафедре «Биофизика» ИФНиТ СПбПУ и является структурным подразделением Петербургского института ядерной физики НИЦ «Курчатовский институт».
 
Направление деятельности лаборатории
 
Деятельность ЛМКБ направлена на:
 
1) получение фундаментальных знаний о принципах самоорганизации биологических макромолекул и их комплексов, о структурно-функциональных взаимосвязях, определяющих каталитические свойства биокатализаторов и молекулярные механизмы действия биологически активных низкомолекулярных соединений;
 
2) решение прикладных задач, связанных с разработкой подходов к регулированию эффективности и селективности взаимодействия биологических макромолекул, конструированием ферментов и многокомпонентных комплексов биополимеров с заданными функциями.
 
3) разработку вычислительных методов для решения задач структурной биологии.
 
 
 
Используемые методы
 
Сотрудники ЛМКБ владеют широким набором молекулярно-генетических методов: клонирование и направленный мутагенез генов различных белков и ферментов с последующей экспрессией в бактериальных и дрожжевых клеточных системах, выделение, очистка и биохимический анализ свойств нативных и модифицированных ферментов и нуклеопротеиновых макроструктур. Теоретическая поддержка исследований осуществляется молекулярным моделированием структурных и динамических свойств биополимеров и их комплексов с макромолекулами и биологически активными низкомолекулярными соединениями.
 
 
 
Компетенции сотрудников лаборатории
 
Генетическая инженерия
 
Клонирование генов, мутагенез, направленная эволюция, ПЦР, ПЦР в реальном времени. Опыт работы с системами Escherichia coli, Pichia pastoris, Saccharomyces cerevisiae
 
Аналитическая и препаративная биохимия, аналитическая биофизика
 
Препаративная и аналитическая хроматография (в том числе FPLC и HPLC) и электрофорез белков и нуклеиновых кислот, спектроскопия и спектрофотометрия, круговой дихроизм и дисперсия оптического вращения, флуоресцентый анализ, радиоактивный анализ, химические и физические методы измерения концентраций веществ. Синтез и выделение полирибонуклеотидов. Иммобилизация ферментов.
 
Молекулярное моделирование
 
Структурный анализ биологических макромолекул, моделирование белков по гомологии, молекулярная динамика, конструирование лигандов, молекулярный и белок-белковый докинг, виртуальный скрининг и докинг малых молекул, рациональный дизайн ферментов.
 
 
 
Участие в образовательном процессе
 
На данный момент в лаборатории выполняют магистерские работы два студента кафедры «Биофизика»: Соболева Елена Валентиновна (научный руководитель М.А. Суржик) и АльШанаа Усама (иностранный студент, научный руководитель В.И. Шалгуев). В 2015 г. успешно защитил бакалаврскую работу Пивоваров Вячеслав Александрович (научный руководитель Г.Н. Рычков). Г.Н. Рычков исполняет обязанности заместителя заведующего кафедрой по учебной и методической работе, читает курс лекций «Физика белка». В.Р. Сергеев, доцент кафедры «Биофизика», читает курсы лекций «Биоорганическая химия» и «Метаболическая биохимия».
 
 
 
Научно-исследовательская работа
 
Упаковка хроматина на первичном уровне
 
Работа проводится в сотрудничестве с лабораторией биофизики макромолекул и лабораторией генетики эукариот ОМРБ ПИЯФ НИЦ «Курчатовский институт», лабораторией молекулярной биологи стволовых клеток Института цитологии РАН, школой фармацевтики и фармацевтических наук Калифорнийского университета Сан-Диего, лабораторией теоретической и вычислительной молекулярной биофизики Вирджинского политехнического университета. В состав научного коллектива входят специалисты в областях молекулярной биохимии и биофизики, генетики и молекулярного моделирования. 
 
Впервые в мире нашим научным коллективом были построены полноатомные модели частично собранных нуклеосомных структур (рисунок 1: дисомы (А), тетрасомы (Б) и гексасомы (В)), существование которых регулирует доступ белковых факторов к генетической информации, закодированной в ДНК. Свойства таких структур сравниваются с октасомой (Г) – коровой нуклеосомной частицей. Для каждой нуклеосомной структуры была проанализирована доступность участков ДНК для белковых факторов (рисунок 1, слева). Построенные модели дали нам возможность по-новому интерпретировать имеющиеся экспериментальные данные, характеризующие структурные и динамические свойства нуклеосомных частиц, полученные методами атомной силовой микроскопии (рисунок 1, справа), резонансного переноса энергии флуоресценции и малоуглового рентгеновского рассеяния. Анализ защищённости от действия нуклеаз активного хроматина, позволил нам сделать вывод о существовании частично собранных нуклеосомных частиц in vivo, чьё присутствие может ускорять процесс транскрипции. Материалы работы приняты в печать в специальный выпуск журнала Biophysical Journal, посвящённый исследованиям хроматина. 
 
Rychkov G.N., Ilatovskiy A.V., Nazarov I.B., Shvetsov A.V., Lebedev D.V., Konev A.Y.,  Isaev-Ivanov V.V. and Onufriev A.V. Partially assembled nucleosome structures at atomic detail // Biophysical Journal, - 2017, - V. 112