Ключевые слова
биология бактриофагов, экология бактерифагов, эволюция бактериофагов, адсорбционный аппарат бактериофагов, взаимодействия фаг — клетка, фаговая терапия, экология кишечника, высокоплотные микробные сообщества

Направления исследований

• Исследования структуры, механизмов функционирования и путей адаптации адсорбционных аппаратов бактериофагов
• Исследования экологии бактериофагов в природных симбиотических и свободноживущих высокоплотных бактериальных сообществах
• Исследования механизмов адсорбционной резистентности бактерий к фагам и механизмов ее преодоления вирусами
• Исследования биологического разнообразия фагов
• Исследования экологической структуры и взаимодействий бактерий в сообществах меромиктических озер

Основные методы исследования
Лаборатория проводит фундаментальные исследования в области экологии бактериофагов сочетая современные высокоразрешающие молекулярные методы типирования изолятов фагов и бактерий. В лаборатории осуществляется полный цикл от выделения и биологической характеристики бактериофагов, позволяющий вводить в практику новые модельные системы фаг-хозяин, пригодные для детальной расшифровки молекулярных механизмов экологически значимых взаимодействий, находить и описывать новые группы вирусов бактерий, исследовать разнообразие и динамику природных вирусных сообществ.

Методы фундаментальных исследований (анализ с фото- и флуориметрической детекцией):

• микробиологические и вирусологические методы
• методы генеомики и метагеномики
• методы генной и белковой инженерии и генетического анализа
• методы биохимии белков
• электронная и световая микроскопия
• методы структурной биологии (в колаборациях)

Краткая история лаборатории
Лаборатория создана решением ученого совета ИНМИ РАН в 2003 г. вместо лаборатории вирусологии, которая тем же решением ученого совета была выведена из состава института. И.о. заведующего лабораторией назначен к.б.н. А.В. Летаров.

Тематикой лаборатории с первых лет ее существования была расшифровка молекулярных механизмов, лежащих в основе экологической адаптации бактериофагов в природных микробных сообществах, разработка научных основ рациональной фаговой терапии.

ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ

Работа лаборатории является логическим продолжением проектов, посвященных исследованию экологии бактериофагов в симбиотических микробных сообществах (см. Golomidova et al. 2007) и эволюции бактериофагов (Letarov et al. 2005, Comeau 2007). В рамках этой работы получены следующие результаты и достижения:

Исследовано влияние модификации О-антигена у E.coli 4s  на характер чувствительности к бактериофагам, в результате чего продемонстрировано сильное влияние О-ацетилирования на эффективность неспецифической защиты клеток (Knirel et al. 2015).

В результате исследований бактериофагов, полученных в ходе проекта по экологии колифагов в кишечном микробном сообществе лошадей, изучены биологические свойства, определены и аннотированы полные геномные последовательности более 10 бактериофагов (Kulikov et al. 2012, Куликов с соавт. 2014, см. также GenBank KM979355.1 NC_019520.1 KM979354 еще несколько последовательностей готовятся к публикации).

Раскрыты молекулярные механизмы ранних стадий инфекции клеток Е.coli 4s N4- подобным фагом G7C (Kulikov et al. 2012). В частности, установлена пространственная структура одного из адгезинов этого вируса (PDB ID 4QNL ‘on hold’), установлена ферментативная активность этого белка (деацетилаза О-антигена ЛПС), Показано, что адгезины этого вируса имеют разветвленное строение при кооперативном действии компонентов (Prokhorov et al. 2014. VoM III, EMBO, abstracts; полная публикация в стадии подготовки).

Описан феномен формирования длительно персистирующих ассоциаций ряда вирулентных колифагов (G7C, 9G) с клетками и проведены исследования механизмов этого явления (Летарова с соавт. 2013, Kulikov et al. 2014, Letarova and Letarov 2013, 2012).

Осуществлено теоретическое обобщение имеющихся данных о роли бактериофагов в микробиоте тела животных и человека. Обзор (Letarov and Kulikov, 2009) явился первым таким обобщением за последние несколько десятилетий. Теоретические концепции и анализ новых данных были развиты в последующих работах Clookie et al. 2011, Letarov 2012). Приложение этих теоретических разработок в области фаговой терапии развито в работе Летаров с соавт. (2010).  Нами был выполнен перевод на русский язык книги Э. Каттер и А. Сулкавелидзе ред, 2012 Бактериофаги. Биология и практическое применение. М. Научный мир.; (англ. издание 2005), которая вышла под научной редакцией А.В. Летарова. Русская версия была существенно дополнена с целью приведения в соответствие с наиболее современными достижениями области, в том числе включением двух новых врезок. Эта книга явилась первым фундаментальным изданием, посвященным биологии вирусов прокариот, вышедшим на русском языке с 1980-х гг.

В лаб. вирусов микроорганизмов ИНМИ РАН развита методология исследований экологии бактериофагов с учетом внутривидового (штаммового) разнообразия популяций бактерий – хозяев. Были существенно усовершенствованы ранее предложенные нами методы геномного ПЦР-фингерпринтинга энтеробактерий (Исаева с соавт. 2010). Приложение этой идеологии к исследованиям вагинального сообщества лактобацилл дало оценки внутривидового разнообразия индивидуальных популяций (Исаева с соавт. 2012, Исаева с соавт. 2013)

Выполнены исследования взаимодействий фагов и макроорганизма.

• В том числе с нашим участием были исследованы особенности взаимодействия частиц фага Т4 и его белков с иммунной системой животных (Miernikiewicz et. al. 2013, 2012),
• Проведены работы по фармакокинетике бактериофагов (Letarova et al. 2012,  а также исследования в рамках программы «Фундаментальные науки – медицине», которые готовятся к публикации в наст. вр.).
• В области исследования эволюции бактериофагов
• Создана уникальная коллекция изолятов N4 (G7C)-подобных фагов, персистирующих в одной и той же популяции лошадей в течение более 6 лет (Kulikov et al. 2012, Golomidova et al. неопубликованные данные), исследование геномов которых, проводимое в настоящее время, поможет выявить механизмы микроэволюции этой группы вирусов in situ.
• В результате анализа характера модульных перестановок доменов фибритинов у бактериофагов, родственных Т-четным, сформулирована гипотеза гетерохронной эволюции геномов бактериофагов (Letarov and Krisch 2013).

СОСТАВ ЛАБОРАТОРИИ

УНИКАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

1. Golomidova A. K., Kulikov E. E., Prokhorov N. S., Guerrero-Ferreira Rcapital Es C., Knirel Y. A., Kostryukova E. S., Tarasyan K. K., Letarov A. V. Branched Lateral Tail Fiber Organization in T5-Like Bacteriophages DT57C and DT571/2 is Revealed by Genetic and Functional Analysis // Viruses. ‒ 2016. ‒ T. 8, № 1
2. Fisunov G. Y., Evsyutina D. V., Semashko T. A., Arzamasov A. A., Manuvera V. A., Letarov A. V., Govorun V. M. Binding site of MraZ transcription factor in Mollicutes // Biochimie. ‒ 2016 (DOI: 10.1016/j.biochi.2016.02.016)
3. Thiaville J. J., Kellner S. M., Yuan Y., Hutinet G., Thiaville P. C., Jumpathong W., Mohapatra S., Brochier-Armanet C., Letarov A. V., Hillebrand R., Malik C. K., Rizzo C. J., Dedon P. C., de Crecy-Lagard V. Novel genomic island modifies DNA with 7-deazaguanine derivatives // Proc Natl Acad Sci U S A. ‒ 2016 (DOI: 10.1073/pnas.1518570113)
4. Knirel Y. A., Prokhorov N. S., Shashkov A. S., Ovchinnikova O. G., Zdorovenko E. L., Liu B., Kostryukova E. S., Larin A. K., Golomidova A. K., Letarov A. V. Variations in O-antigen biosynthesis and O-acetylation associated with altered phage sensitivity in Escherichia coli 4s // J Bacteriol. ‒ 2015. ‒ T. 197, № 5. ‒ C. 905-12
5. Kulikov E. E., Golomidova A. K., Letarova M. A., Kostryukova E. S., Zelenin A. S., Prokhorov N. S., Letarov A. V. Genomic sequencing and biological characteristics of a novel Escherichia coli bacteriophage 9g, a putative representative of a new Siphoviridae genus // Viruses. ‒ 2014. ‒ T. 6, № 12. ‒ C. 5077-92
6. Dabrowska K., Miernikiewicz P., Piotrowicz A., Hodyra K., Owczarek B., Lecion D., Kazmierczak Z., Letarov A., Gorski A. Immunogenicity studies of proteins forming the T4 phage head surface // J Virol. ‒ 2014. ‒ T. 88, № 21. ‒ C. 12551-7
7. Letarov A. V., Krisch H. M. The episodic evolution of fibritin: traces of ancient global environmental alterations may remain in the genomes of T4-like phages // Ecol Evol. ‒ 2013. ‒ T. 3, № 10. ‒ C. 3628-35
8. Letarova M., Strelkova D., Nevolina S., Letarov A. A test for the «physiological phagemia» hypothesis-natural intestinal coliphages do not penetrate to the blood in horses // Folia Microbiol (Praha). ‒ 2012. ‒ T. 57, № 1. ‒ C. 81-3
9. Kulikov E., Kropinski A. M., Golomidova A., Lingohr E., Govorun V., Serebryakova M., Prokhorov N., Letarova M., Manykin A., Strotskaya A., Letarov A. Isolation and characterization of a novel indigenous intestinal N4-related coliphage vB_EcoP_G7C // Virology. ‒ 2012. ‒ T. 426, № 2. ‒ C. 93-9
10. Clokie M. R., Millard A. D., Letarov A. V., Heaphy S. Phages in nature // Bacteriophage. ‒ 2011. ‒ T. 1, № 1. ‒ C. 31-45
11. Letarov A. V., Golomidova A. K., Tarasyan K. K. Ecological basis for rational phage therapy // Acta Naturae. ‒ 2010. ‒ T. 2, № 1. ‒ C. 60-72
12. Letarov A., Kulikov E. The bacteriophages in human- and animal body-associated microbial communities // J Appl Microbiol. ‒ 2009. ‒ T. 107, № 1. ‒ C. 1-13
13. Golomidova A., Kulikov E., Isaeva A., Manykin A., Letarov A. The diversity of coliphages and coliforms in horse feces reveals a complex pattern of ecological interactions // Appl Environ Microbiol. ‒ 2007. ‒ T. 73, № 19. ‒ C. 5975-81
14. Comeau A. M., Bertrand C., Letarov A., Tetart F., Krisch H. M. Modular architecture of the T4 phage superfamily: a conserved core genome and a plastic periphery // Virology. ‒ 2007. ‒ T. 362, № 2. ‒ C. 384-96

1.  Характеристика изолятов бактериофагов