Ключевые слова
магнитотактические бактерии, магнетосомы, анксигенные нитчатые фототрофные бактерии, эволюция прокариот, филогения 16S рРНК, таксономия прокариот, биотехнология, генетическая инженерия бактерий, секвенирование ДНК, идентификация ГМО, биобезопасность ГМО

Направления исследований

• Магнитотактические бактерии – биоразнообразие, таксономия, эволюция, генетическая инженерия
• Филогенетика и таксономия прокариот
• Аноксигенные нитчатые фототрофные бактерии – биоразнообразие, таксономия, эволюция
• Идентификация микроорганизмов на основе сравнительного анализа генов, кодирующих рибосомную РНК
• Исследование видового разнообразия микробных сообществ
• Секвенирование и анализ геномов прокариот
• Разработка молекулярных маркеров для идентификации функциональных групп прокариот
• Биобезопасность ГМО
• Разработка и верификация методов идентификации ГМО в продуктах питания и растительном сырье

Основные методы исследований
В рамках фундаментальных и прикладных исследований лаборатория реализует комплекс методов по идентификации прокариот – от от филогении рибосомных и функциональных генов до разработки ПЦР-маркеров различного уровня специфичности (штамм, вид, род, порядок). Данный комплекс включает как традиционные, так и специальные (в том числе разработанные в лаборатории) методы и подходы.

Методы фундаментальных исследований:

• амплификация ДНК (ПЦР);
• анализ аллельного полиморфизма
• секвенирование ДНК;
• ДНК-фингерпринтинг;
• филогенетический анализ;
• FISH (флуоресцентная гибридизация in situ
• клонирование ПЦР-фрагментов – создание клональных библиотек;
• иммуноферментный анализ – ELISA, магнитный ELISA;
• race-track – метод магнитного разделения бактерий;

Краткая история лаборатории
В 2000 году была создана группа молекулярной диагностики генно-инженерных модификаций.
В 2014 году группа была переименована в лабораторию молекулярной идентификации. Постоянным руководителем группы/лаборатории до мая 2017 года являлся к.б.н. Кузнецов Б.Б.

ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ

Лаборатория занимается разработкой методов идентификации генетических мишеней на основе ПЦР и секвенирования ДНК, исследованиями в области таксономии и филогенетики прокариот на основе сравнительного анализа различных генетических маркеров (16S рРНК, функциональные гены, межгенные последовательности, индели и мотивы), изучением процессов эволюции двух групп прокариот – магнитотактических и аноксигенных нитчатых фототрофных бактерий, а также биотехнологическими приложениями для магнитотактических бактерий.

В результате исследования  природных популяций магнитотактических бактерий (МТБ) выявлены 4 новых вида МТБ, в том числе относящихся к новым таксономическим порядкам.

Секвенированы и аннотированы 3 генома магнитотактических бактерий —  Magnetospirillum sp. SO-1 (депонирован в Genbank, № PRJNA187412), Magnetospirillum aberrantis SpK (депонирован в Genbank, № PRJNA54001)и Magnetospirillum moscoviense str. BB-1. Выявлены гены, ответственные за биоминерализацию магнетита, и предложена схема эволюции магнетосомального геномного острова MAI.

Осуществлен сравнительный анализ последовательностей генов MAI магнитотактических бактерий семейства Rhodospirillaceae, предложена схема эволюции MAI и выдвинуто предположение о полифилетичности MAI внутри данного семейства. На основании сравнительного анализа 8 генов mam (ABKMOPQT), ответственных за синтез магнетосом, у 14 культивируемых магнитоспирилл выделены 3 типа MAI.

На основе сравнительного физиологического анализа один из изолированных штаммов магнитотактических спирилл, Magnetospirillum SO-1, признан перспективным для биотехнологии как наиболее аэротолерантный и способный к синтезу магнитных наночастиц в широком диапазоне условий. Для этого штамма оптимизирован протокол выращивания в ферментере (объем 10 л), что позволило достигнуть выхода магнетосом — 20 мг/ 1л культуры.

Разработана методика встраивания химерного белка в мембрану магнетосом Magnetospirillum sp. SO-1 in vitro.

В ходе изучения биоразнообразия зеленых и пурпурных фотосинтезирующих бактерий  в природных сообществах умеренно термальных источников Бурятии и Монголии выявлены и описаны четыре новых вида фотосинтезирующих бактерий.

Разработаны методы обнаружения и идентификации различных функциональных групп бактерий – автотрофов с фиксацией углекислоты по циклу Кальвина, диазотрофов, фотосинтезирующих бактерий, позволяющие проводить как широкомасштабное выявление различных бактерий, так и отдельных таксономических групп с заданным уровнем специфичности (вид, род, порядок).

Сотрудники лаборатории принимали непосредственное участие в разработке нормативно-правовой базы по идентификации и регулированию оборота ГМО на территории Российской Федерации, в том числе разработаны и сертифицированы 5 методов идентификации ГМО.

Важным результатом работ является создание и поддержание коллекции магнитотактических спирилл, включающей все типовые виды, известные в мире, а также ряд оригинальных видов, обнаруженных на территории России.

Лаборатория принимала участие в международном проекте по секвенированию генома картофеля, выполняя секвенирование XII хромосомы.

В рамках обеспечения деятельности ЦКП в качестве платных научно-технических услуг для всех заинтересованных заказчиков на базе лаборатории проводится идентификация неизвестных микроорганизмов, определение их таксономического положения и анализ видового состава микробных сообществ. Всего за 2000 – 2015 гг. проведена идентификация более 5000 микроорганизмов и исследованы более 300 микробных сообществ.

За  период с 2000 по 2015 гг сотрудниками в соавторстве с исследователями из других лабораторий и институтов опубликовано более 200 печатных работ, защищены 8 кандидатских диссертаций, выполнены 15 дипломных работ студентов.

СОСТАВ ЛАБОРАТОРИИ

ИННОВАЦИОННЫЕ РАЗРАБОТКИ

УНИКАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

1. Xu X, Pan S, Cheng S, Zhang B, Mu D, Ni P, Zhang G, Yang S, Li R, Wang J, Orjeda G, Guzman F, Torres M, Lozano R, Ponce O, Martinez D, De la Cruz G; Chakrabarti SK, Patil VU; Skryabin KG, Kuznetsov BB, Ravin NV, Kolganova TV, Beletsky AV, Mardanov AV; Di Genova A; Bolser DM, Martin DM, Li G, Yang Y; Kuang H, Hu Q; Xiong X; Bishop GJ; Sagredo B, Mejía N; Zagorski W, Gromadka R, Gawor J, Szczesny P; Huang S, Zhang Z, Liang C, He J, Li Y, He Y, Xu J, Zhang Y, Xie B, Du Y, Qu D, Bonierbale M, Ghislain M, Del Rosario Herrera M; Giuliano G, Pietrella M, Perrotta G, Facella P; O’Brien K; Feingold SE, Barreiro LE, Massa GA; Diambra L; Whitty BR, Vaillancourt B, Lin H, Massa AN, Geoffroy M, Lundback S, Dellapenna D, Robin Buell C, Sharma SK, Marshall DF, Waugh R, Bryan GJ, Destefanis M, Nagy I, Milbourne D, Thomson SJ, Fiers M, Jacobs JM; Nielsen KL, Sønderkær M; Iovene M, Torres GA, Jiang J, Veilleux RE; Bachem CW, de Boer J, Borm T, Kloosterman B, van Eck H, Datema E, Te Lintel Hekkert B, Goverse A, van Ham RC, Visser RG. Genome sequence and analysis of the tuber crop potato. — Nature, 2011, Vol. 475, PP. 189–195, 14 July (DOI: 10.1038/nature10158)
2. Kuznetsov BB, Ivanovsky RN, Keppen OI, Sukhacheva MV, Bumazhkin BK, Patutina EO, Beletsky AV, Mardanov AV, Baslerov RV, Panteleeva AN, Kolganova TV, Ravin NV, Skryabin KG. Draft genome sequence of the anoxygenic filamentous phototrophic bacterium Oscillochloris trichoides ssp. DG-6. — Journal of Bacteriology, 2011, Vol. 193, No. 1, p. 321-322 (DOI: 10.1128/JB.00931-10)
3. Keppen O.I., Tourova T.P., Kuznetsov B.B., Ivanovsky R.N., Gorlenko V.M. Proposal of Oscillochloridaceae fam. nov. on the basis of a phylogenetic analysis of the filamentous anoxygenic phototrophic bacteria, and emended description of Oscillochloris and Oscillochloris trichoides in comparison with further new isolates. — Int J Syst Evol Microbiol, 2000, 50 (4):1529-37
4. Марусина А.И., Булыгина Е.С., Кузнецов Б.Б., Турова Т.П., Кравченко И.К., Гальченко В.Ф. Система олигонуклеотидных праймеров для амплификации генов nifH различных таксономических групп прокариот. — Микробиология, 2001, 70(1):86-91
5. Колганова Т.В., Кузнецов Б.Б., Турова Т.П. Подбор и тестирование олигонуклеотидных праймеров для амплификации и секвенирования генов 16S рРНК архей. — Микробиология, 2002, 71(2), 283-286
6. Tsygankova S.V., Ignatov A.N., Boulygina E.S., Kuznetsov B.B., Korotkov E.V. Genetic relationships among strains of Xanthomonas campestris pv. campestris revealed by novel rep-PCR primers. — European Journal of Plant Pathology, 2004, 110 (8), pp. 845-853
7. Спиридонова Е.М., Берг И.А., Колганова Т.В., Ивановский Р.Н., Кузнецов Б.Б. Турова Т.П. Система олигонуклеотидных праймеров для амплификации генов рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилазы/оксигеназы у бактерий различных таксономических групп. — Микробиология, 2004, т.73 (3), с.377-387
8. Турова Т.П., Спиридонова Е.М., Слободова Н.В., Булыгина Е.С., Кеппен О.И., Кузнецов Б.Б., Ивановский Р.Н. Филогения аноксигенных нитчатых фототрофных бактерий семейства Oscillochloridaceae на основании сравнительного анализа генов rrs, cbbL и nifH. — Микробиология, 2006, 75(2), 235–244
9. Grouzdev DS, Kuznetsov BB, Keppen OI, Krasil’nikova EN, Lebedeva NV, Ivanovsky RN. Reconstruction of Bacteriochlorophyll Biosynthesis Pathways in the Filamentous Anoxygenic Phototrophic Bacterium Oscillochloris trichoides DG-6 and Evolution of Anoxygenic Phototrophs of the Order Chloroflexales. — Microbiology (UK), 2014 (DOI: 10.1099/mic.0.082313-0)
10. Grouzdev DS, Dziuba MV, Kurek DV, Ovchinnikov AI, Zhigalova NA, Kuznetsov BB, Skryabin KG. Optimized Method for Preparation of IgG-Binding Bacterial Magnetic Nanoparticles. — PLoS One, 2014, Oct 15;9(10):e109914 (DOI: 10.1371/journal.pone.0109914)
11. Gaisin, V. A., Grouzdev, D. S., Namsaraev, Z. B., Sukhacheva, M. V., Gorlenko, V. M., & Kuznetsov, B. B. (2016). Biogeography of thermophilic phototrophic bacteria belonging to Roseiflexus genus. FEMS Microbiology Ecology, 92(3), fiw012
12. Gaisin VA, Kalashnikov AM, Sukhacheva MV, Namsaraev ZB, Barhutova DD, Gorlenko VM, Kuznetsov BB. Filamentous anoxygenic phototrophic bacteria from cyanobacterial mats of Alla hot springs (Barguzin Valley, Russia). Extremophiles. 2015, 19(6), 1067-1076
13. Denis S. Grouzdev, Marina V. Dziuba, Marina S. Sukhacheva Andrey V. Mardanov,  Aleksey V. Beletskiy, Boris B. Kuznetsov, Konstantin G. Skryabin. Draft Genome Sequence of Magnetospirillum sp. Strain SO-1, a Freshwater Magnetotactic Bacterium Isolated from the Ol’khovka River, Russia. Genome Announc. 2(2):e00235-14. doi:10.1128/genomeA.00235-14 (genome announc)

1. Определение таксономического положения неизвестного прокариотического организма на основе филогенетического анализа последовательностей генов, кодирующих 16S рРНК
2. Определение видового состава микробного сообщества на основе филогенетического анализа последовательностей генов, кодирующих 16S рРНК и некоторых функциональных генов (cbbL, nifH, soxB, и др.)
3. Выявление представителей заданных таксономических групп в микробных сообществах
4. Определение присутствия ГМИ в продуктах питания и растительном сырье
5. Секвенирование фрагментов ДНК на капиллярном секвенаторе ABI3730, длина чтения – до 750 нуклеотидов за один проход
6. Разработка систем ПЦР-детектирования (end-point PCR, RealTime PCR) заданных генетических мишеней.