Тематика лаборатории
Как следует из названия лаборатории, целью наших исследований является получение новых знаний об особенностях метаболических путей фотосинтезирующих микроорганизмов и поиск подходов для практического использования этих особенностей.
Исторически лаборатория занималась изучением метаболизма водорода у цианобактерий, микроводорослей и пурпурных бактерий.
При изучении выделения водорода микроводорослями и цианобактериями за последние 30 лет опубликовано более 30 статей в журналах WoS, преимущественно первого квартиля. В итоге это направление переросло в направление Альгофизиология и биотехнология микроводорослей и цианобактерий.
Пурпурные несерные бактерии это разнородная группа бактерий, способных к аноксигенному (т.е. не выделяющему кислород) фотосинтезу. Вместо воды они используют более востановленные соединения, в частности органические кислоты. При их изучении полвека назад показано, что ключевым ферментом, катализирующим выделение водорода, является нитрогеназа. Гидрогеназы, которые синтезируются пурпурными бактериями, чаще участвуют в поглощении как экзогенного, так и выделяемого нитрогеназой молекулярного водорода. Для использования пурпурных бактерий в биотехнологических системах преобразования энергии света в энергоноситель (водород) важно обеспечить нитрогеназу потоком электронов и АТФ. Подобраны оптимальные условия для светозависимого выделения водорода пурпурными бактериями, отобраны активные продуценты водорода, показано, что иммобилизованные культуры выделяют водород со скоростью, близкой практически значимой при использовании таких доноров электронов как малат или лактат. Использование чистых малата или лактата в таких системах экономически невыгодно. Можно использовать органические кислоты, полученные при очистке сточных вод микробными консорциумами. Однако в этом случае основной органической кислотой чаще всего является уксусная. Пурпурные бактерии при использовании уксусной кислоты и света растут и выделяют водород медленнее .
Поэтому отдельным направлением исследований стало изучение углеродного метаболизма у пурпурных бактерий.
Пурпурные несерные бактерии способны синтезировать ряд уникальных пигментов, участвующих в аноксигенном фотосинтезе. Прежде всего это бактериохлорофиллы a и b. Кроме того, они синтезируют различные убихиноны, среди которых убихинон Q10 давно показал свои антиоксидантные свойства и уже используется в фармацевтической и парфюмерной промышленностях. Наша лаборатория хорошо знакома с этими бактериями и научилась выращивать их в фототрофных и хемотрофных условиях в интенсивной культуре.
Поэтому отдельным направлением исследований лаборатории стала биотехнология пурпурных бактерий.
Наша лаборатория стала правопреемницей лаборатории, в которой впервые была выделена гидрогеназа из пурпурной серной бактерии Thiocapsa bogorovii. Несмотря на то, что этот фермент изучается давно и интенсивно, роль этой гидрогеназы в метаболизме T. bogorovii остается предметом исследований, которые проводятся в нашей лаборатории с условным названием Структурно-функциональная организация и биохимия гидрогеназ.
При этом оказалось, что это уникальная гидрогеназа с точки зрения стабильности. Именно на ее примере было показано, что при активации молекулярного водорода гидрогеназа, иммобилизованная на углеродных электродах, способна к прямому переносу электронов. Это открыло дорогу к изучению возможности замещения платины в топливных элементах (устройства, преобразующие восстановитель , водород, и окислитель, воздух, в электричество) на биологические молекулы — ферменты. Последние годы эти исследований переросли в отдельное направление: ферменты в топливных элементах.
Научные направления
Углеродный метаболизм фототрофных пурпурных несерных бактерий
Биотехнология пурпурных несерных бактерий.