Ключевые слова
мицелиальные грибы, экстремофилия, алкалофилы, ацидофилы, термофилы, психрофилы, ксерофилы, галофилы, стресс, споры, диморфизм, ненасыщенные жирные кислоты, липиды, углеводы и полиолы, каротиноиды

Направления исследований

• Биохимическая адаптация мицелиальных грибов к стрессорным воздействиям
• Изучение покоящихся клеток в цикле развития грибов
• Разнообразие липидного состава клеток эукариотных микроорганизмов – представителей различных таксонов низших грибов и оомицетов
• Исследование гетероталлизма и диморфизма мукоральных грибов
• Разработка биотехнологических основ получения биоактивных липидов с использованием синтетиков фармакологически активных эссенциальных, эйкозаполиеновых жирных кислот
• Разработка на основе БАВ грибов новых лекарственных препаратов

Основные методы исследований

• Методы твердофазного и погруженного культивирования мицелиальных грибов на средах различного состава
• Световая, флуоресцентная, электронная микроскопия
• Методы выделения клеточных стенок
• Методы липидологии:
  • Выделение липидов методами Фолча, Блай-Дайера, Николса
  • Кислотный и щелочной метанолиз
  • Тонкослойная хроматография
  • Газо-жидкостная хроматография
  • Колоночная хроматография
  • Количественный анализ нейтральных и полярных липидов
• Методы выделения и анализа углеводов
  • Методы экстракции и очистки углеводов
  • Биохимические методы анализа углеводов
  • Газо-жидкостная хроматография
  • Количественный анализ углеводов цитозоля
• Методы исследования состава каротиноидов
  • Методы экстракции и количественного анализа
  • Тонкослойная хроматография

Краткая история группы
Лаборатория экспериментальной микологии организована в 1996 года. Существовавший в составе ИНМИ РАН отдел физиологии и биохимии гетеротрофных микроорганизмов, возглавляемый проф. М.Н. Бехтеревой, в котором наряду с другими микроорганизмами изучались и мицелиальные грибы, в 1981 г. был объединен с отделом адаптации микроорганизмов, и руководителем его был назначен д.б.н. Ю.Н. Карасевич.

В 1992 году на основе отдела были организованы две группы при Дирекции (временные научные коллективы):
— «Липидообразование и цитодифференцировка мицелиальных грибов» (д.б.н. Феофилова Е.П.) и
— «Физиология продуцентов биологически активных липидов» (к.б.н. Конова И.В.), а в 1996 году обе группы были объединены в лабораторию экспериментальной микологии под руководством д.б.н., проф. Феофиловой Е.П.

В 2013-2014 гг. руководство лабораторией осуществляла д.б.н. Мысякина И.С., с ноября 2014 — д.б.н.Терешина В.М.

В 2017 году лаборатория экспериментальной микологии преобразована в группу экспериментальной микологии.

ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ

Фундаментальные исследования:
С 1996 года основной научной задачей лаборатории стало изучение биохимических механизмов, позволяющих грибам адаптироваться к стрессорным воздействиям. Эти исследования были частью направления, получившего название биохимической адаптации организмов к стрессу. При этом в лаборатории изучали не только липиды биомембран, но другие биомолекулы, участвующие в биохимической адаптации грибов – так называемые химические шапероны – углеводы цитозоля грибов, являющиеся нециклическими полиолами и дисахаридами. Среди последних особое внимание уделяли трегалозе, которая не только стабилизирует мембраны и предохраняет их от действия свободных радикалов, но и, взаимодействуя с БТШ, защищает клетки от гибели при тепловом шоке. Основными стрессорными факторами, влияние которых изучали на адаптацию грибов, были свет, температура и истощение питательного субстрата (голодание). Изучение действия теплового шока позволило предложить 2 новых  гипотезы о происхождении термофилии у грибов и защите мембран с помощью мембраностабилизирующих соединений (трегалозы, гликолипидов, стеринов и др.).

Установлены два механизма выживания аскомицетных грибов в условиях голодания: феномен «вторичного роста» и способы освоения пищевых субстратов. Первый контролируется составом липидов и характеризуется уменьшением в поздней трофафазе уровня липидов и увеличением содержания фосфатидилэтаноламина. Полученные данные вносят вклад в расшифровку биохимических механизмов адаптации, способствующих выживанию грибов в неблагоприятных условиях, и представляют интерес для охраны пищевых производств от инфицирования мицелиальными грибами.

На примере трех мицелиальных грибов впервые выявлена принципиальная разница между ответом на тепловой шок и тепловые воздействия в зоне толерантности. Только для теплового шока характерны рост уровня трегалозы и фосфатидных кислот, а также отсутствие изменений в жирнокислотном составе фосфолипидов. Предложена новая гипотеза стабилизации  мембран в условиях теплового шока  с помощью термопротекторных соединений.

Впервые показано, что ингибирование роста гриба консервантом сорбатом калия (СК) сопровождается изменением состава фосфолипидов и нейтральных липидов, а также изменением их жирнокислотного состава: резким снижением уровня линолевой кислоты и увеличением содержания олеиновой кислоты. Это позволяет предположить, что СК влияет на активность Δ12 десатуразы, контролирующей у мицелиальных грибов основные реакции адаптации липидного бислоя к неблагоприятным воздействиям окружающей среды.

Показано, что введение трегалозы в спорогенную среду приводит к увеличению количества спор у Blakeslea trispora, изменению их химического состава, значительному повышению их жизнеспособности и термоустойчивости. Совокупность изменений состава мембранных липидов и углеводов цитозоля спор свидетельствует о том, что такие  споры находятся в более глубоком состоянии покоя, что способствует их устойчивости.

Исследование явления  гетероталлизма у зигомицетов выявило ряд физиолого-биохимических особенностей (+) и (-) штаммов. Кооперативный синтез полового гормона – триспоровых кислот приводит к стимуляции каротиногенеза и изменениям  в липогенезе грибов. Изучение состава триспороидов в условиях стимуляции каротиногенеза азинами позволило предложить схему, увеличивающую их  продукцию.

На модели грибов р. Mucor установлено, что возраст спорангиоспор имеет значение в проявлении феномена диморфизма — способности к прорастанию не только по мицелиальному, но и по дрожжевому типу. Использование итраконазола – ингибитора биосинтеза эргостерина – позволило показать аэробную диморфную транзицию, а также развитие гриба по мицелиальному типу в присутствии липидов, необходимых для поляризованного роста – эргостерина и триацилглицеринов. Показано, что прорастание спор коррелирует с составом липидов и соотношением их отдельных классов – ТАГ, ФК, ФХ/ФЭА и ЭСт/ССт. Полученные результаты свидетельствуют о роли липидов в формировании клеточной стенки и альтернативных морфотипов мукоровых грибов.

Показано, что в условиях теплового шока у Aspergillus niger наблюдается более интенсивный обмен мембранных липидов, кроме стеринов. Эти данные позволяют полагать, что причиной накопления фосфатидных кислот в условиях теплового шока является гидролиз основных фосфолипидов фосфолипазой D. На примере трех термофильных грибов Rhizomucor miehei, Rhizomucor tauricus и Myceliophthora thermophila показано, что ФК, наряду с ФЭА, ФХ и стеринами, являются основными компонентами мембранного бислоя. Установлено, что в отличие от мезофильных грибов, у термофилов в оптимальных условиях в динамике развития культуры отмечен высокий уровень трегалозы как в ранней трофо-, так и в идиофазе, и снижение уровня трегалозы в условиях действия теплового шока.

Впервые установлено, что, в отличие от алкалотолерантов,  в мицелии  алкалофилов накапливается большое количество трегалозы, что указывает на ее ключевую роль в адаптации к щелочным условиям. Впервые показано, что фосфатидные кислоты являются одним из основных мембранных липидов у алкалофилов.

Прикладные исследования:
Сотрудники лаборатории имеют многолетний опыт работы с мицелиальными грибами, основанный на работах 80-90-х годов, возглавляемых проф. М.Н.Бехтеревой и посвященных изучению липогенеза мицелиальных грибов (Zygomycetes и Asсomycetes) и псевдогрибов (царство Chromista). В этих исследованиях было установлено разнообразие липидного состава отдельных видов грибов и найдены продуценты с высокой липогенной активностью. Получены экспериментальные данные, показывающие, что ряд факторов (температура, степень аэрации, введение этанола, содержание фосфора, соотношение азота и углерода) оказывают влияние на степень ненасыщенности липидов и их состав. Эти исследования, помимо теоретического обоснования липогенной активности, открывали перспективы для решения ряда практических задач, например, использование липидов грибов, наряду с липидами растений, как заменителей растительных масел (подсолнечного и др.). В эти же годы начались исследования гетероталличных грибов сем. Choanephoraceae, была собрана коллекция разнополых штаммов Blakeslea trispora, которые были использованы как продуценты  β-каротина при составлении заводского регламента по получению провитамина А. Созданную биотехнологию была внедрена на трех заводах СССР: в Краснодаре, Верхнеднепровске и Свердловске. В этот же период под руководством М.Н.Бехтеревой были созданы препараты для медицины, активным началом которых были полиненасыщенные жирные кислоты из грибов и псевдогрибов: дермалин, пентарол, липар.

Теоретический задел лаборатории получил практическое применение и в области медицины. Так, исследования в области изучения биополимеров клеточной стенки  мукорового гриба Blakeslea trispora легли в основу разработки препарата Микоран с противоожоговым и ранозаживляющим действием (совместно с Институтом хирургии им. А.В. Вишневского).  Активным началом Микорана являются полиаминосахариды хитин и хитозан. Исследование взаимосвязи гетероталлизма и каротиногенеза  привело к созданию на основе ликопина Blakeslea trispora препарата Миколикопин для лечения рака простаты (совместно с Онкоцентром РАМН).

Показано, что в присутствии СК низкие концентрации трегалозы подавляют рост мицелиальных грибов – контаминатов твердых сыров, и способствуют пролонгированию действия консерванта. Десятикратное увеличение содержания в среде трегалозы приводило к резкому увеличению активности ростовых процессов и нулификации эффекта СК. Таким образом, трегалоза может быть как ингибитором, так и стимулятором ростовых процессов у мицелиальных грибов.

Созданы основы биотехнологии получения пищевых волокон (ПВ) из мицелиальных грибов Pleurotus ostreatus. Определён химический состав ПВ и проведены медицинские испытания в ЦКБ РАН, показавшие способность ПВ влиять на деятельность ЖКТ.

Проведены экспериментально-лабораторные испытания образцов ликопина из грибов Blakeslea trispora, и получено экспертное заключение испытательной лаборатории специальных дерматологических средств ЦКБ РАН о возможности их использования в составе различных косметических средств. Проведена оценка клинической эффективности КС по показателям влагометрии, эластометрии и профилометрии. Установлено, что испытуемое КС не оказывает раздражающего и аллергизирующего дейстия и не меняет показатели кожи, поддерживая ее гомеостаз.

Проведен скрининг штаммов зигомицетовых грибов на олеагенность, отобран наиболее продуктивный организм-продуцент (Cunninghamella japonica) и исследован его липидный и жирнокислотный состав. Оптимизирован способ получения посевного материала (спор) и состав среды для культивирования штамма-продуцента, установлены активаторы прорастания спор. Показано, что состав МЭЖК липидов C. japonica соответствует характеристикам, предъявляемым к биодизельному топливу на основе рапса. Для улучшения экологической безопасности при производстве биотоплива предложена замена экстракции липидов органическими растворителями на способ экстракции сверхкритическим CO2.

Предложена интенсификация биоконверсии лигнина грибами белой гнили (Lentinus tigrinus) увеличением аэрации среды выращивания, исследовано влияние антиоксидантов на рост и на начальные этапы потребления лигнина. Показано специфическое участие липидных мессенджеров в биоконверсии лигнина.

Гранты лаборатории 2012-2022:

РФФИ № 12–04–00732. Руководитель проекта – Терёшина В.М.
РФФИ № 15-04-03484. Руководитель проекта —  Мысякина И.С.
РФФИ № 15–04–06975. Руководитель проекта – Терёшина В.М.
РФФИ №18-04-00488  Руководитель проекта — Терёшина В.М.
РФФИ №18-34-00230  Руководитель проекта — Януцевич Е.А.

Договор с ООО «Энвайрокет» № 1/10/13 от 27.08.2013 г. «Превращения лигнина в сверхкритических флюидах и его микробиологическая трансформация». Руководитель проекта – Феофилова Е.П.

Сотрудниками лаборатории с 2010 года получено 4 патента РФ. Лаборатория ежегодно участвуют в различных отечественных и международных мероприятиях в области микологии в качестве организаторов, экспертов, докладчиков и слушателей.

Постоянно ведется работа с молодежью и проводится работа по подготовке молодых специалистов. С 2000 года по тематике исследований были защищены 2 докторские и 3 кандидатские диссертации.

СОСТАВ ГРУППЫ

УНИКАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

1. Ianutsevich E.A., Danilova O.A., Bondarenko S.A., Tereshina V.M. Membrane lipid and osmolyte readjustment in the alkaliphilic micromycete Sodiomyces tronii under cold, heat and osmotic shocks // Microbiology 2021;167:1–8. https://doi.org/10.1099/mic.0.001112
2. Fedoseeva E.V., Tereshina V.M., Danilova O.A., Ianutsevich E.A., Yakimenko O.S., Terekhova V.A. Effect of humic acid on the composition of osmolytes and lipids in a melanin-containing phytopathogenic fungus Alternaria alternata // Environ Res. 2021. Vol. 193. №110395 . https://doi.org/10.1016/j.envres.2020.110395
3. Danilova O.A., Ianutsevich E.A., Bondarenko S.A., Georgieva M.L., Vikchizhanina D.A., Groza N. V., Bilanenko E.N., Tereshina V.M. Osmolytes and membrane lipids in the adaptation of micromycete Emericellopsis alkalina to ambient pH and sodium chloride // Fungal Biol. 2020. V. 124. №10. P. 884–891. https://doi.org/10.1016/j.funbio.2020.07.004
4. Мысякина И.С., Сорокин В.В., Дорофеева И.К., Бокарева Д.А. Исследование элементного состава покоящихся и прорастающих спор грибов. Микробиология. 2019; 88(4): 450-457. https://doi.org/10.1134/S0026365619040098
5. Ianutsevich E.A., Danilova O.A., Kurilov D. V., Zavarzin I. V., Tereshina V.M. Osmolytes and membrane lipids in adaptive response of thermophilic fungus Rhizomucor miehei to cold, osmotic and oxidative shocks // Extremophiles. 2020. V. 24. P. 391–401. https://doi.org/10.1007/s00792-020-01163-3.
6. Kozlova M. V., Ianutsevich E.A., Danilova O.A., Kamzolkina O. V., Tereshina V.M. Lipids and soluble carbohydrates in the mycelium and ascomata of alkaliphilic fungus Sodiomyces alkalinus // Extremophiles. 2019. V. 23. №4. P. 487–494. https://doi.org/10.1007/s00792-019-01100-z
7. Ianutsevich E.A., Tereshina V.M. Combinatorial impact of osmotic and heat shocks on the composition of membrane lipids and osmolytes in Aspergillus niger // Microbiology. 2019. V. 165. №5. P. 554–562. https://doi.org/10.1099/mic.0.000796
8. Bondarenko S.A., Ianutsevich E.A., Danilova O.A., Grum-Grzhimaylo A.A., Kotlova E.R., Kamzolkina O.V., Bilanenko E.N., Tereshina V.M. Membrane lipids and soluble sugars dynamics of the alkaliphilic fungus Sodiomyces tronii in response to ambient pH // Extremophiles. 2017. V. 21. №4. P. 743–754. https://doi.org/10.1007/s00792-017-0940-4
9. Ianutsevich E.A., Danilova O.A., Groza N. V, Kotlova E.R., Tereshina V.M. Heat shock response of thermophilic fungi: membrane lipids and soluble carbohydrates under elevated temperatures // Microbiology. 2016. V. 162. №6. P. 989–999. https://doi.org/10.1099/mic.0.000279
10. Yanutsevich E.A., Memorskaya A.S., Groza N. V., Kochkina G.A., Tereshina V.M. Heat shock response in the thermophilic fungus Rhizomucor miehei // Microbiology. 2014. V. 83. № 5. P. 498–504. https://doi.org/10.1134/S0026261714050282

1. Культивирование грибов
2. Скрининг грибов для получения биологически активных веществ
3. Анализ липидов  грибов
4. Анализ растворимых углеводов грибов
5. Анализ каротиноидов грибов