Руководитель: Швядас Витаутас-Юозапас Каятоно
Отдел биокинетики организован в 1965 г. выдающимся российским ученым, профессором, чл.-корр. АН СССР И.В. Березиным на основе всемирно известной российской школы химической кинетики, созданной лауреатом Нобелевской премии, акад. Н.Н. Семеновым, в качестве логического развития интереса ученых-химиков к биологическим объектам. И.В. Березин руководил отделом с 1965 по 1978 г., заведующие отделом в последующие годы – проф. С.Д. Варфоломеев (1978 - 2001 г.г.) и проф. В.К. Швядас (с 2001 г. по настоящее время).
Основные научные достижения отделаОдно из приоритетных направлений - изучение кинетики и механизма действия ферментов семейства пенициллинацилаз. Для понимания механизма биокатализа, природы специфичности и стереоспецифичности действия, а также разработки новых подходов к биоинженерии ферментов внедрены методы молекулярного моделирования биокаталитических превращений. Исследованы кинетика и механизм реакций ферментативного ацильного переноса в водной среде, разработаны адекватные математические модели, позволяющие описать протекание реакций в широком диапазоне условий вплоть до высоких степеней превращения. Изучены реакции, протекающие как в гомогенном растворе, так и в гетерогенных системах "водный раствор-осадок", а также при минимальном содержании воды в реакционной смеси (твердофазные реакции). Изучена термодинамика реакций гидролиза-синтеза пенициллинов, цефалоспоринов, N-ацилированных аминов, аминокислот и их производных. Выявлены ключевые факторы, определяющие эффективность биокаталитического синтеза в водных средах. Исследованы неканонические превращения, катализируемые пенициллинацилазами и аминоацилазами. Развиты методы эффективного использования ферментов для получения физиологически активных соединений, а также в энантио- и региоселективном органическом синтезе. Достигнут существенный прогресс в развитии методов ферментативного синтеза пептидов, содержащих D-аминокислоты, при использовании ферментов для введения и снятия защитных групп в пептидном синтезе, в химикоэнзиматическом получении стереоизомерно чистых дикетопиперазинов. Созданы научные основы биокаталитических технологий синтеза новых бета-лактамных антибиотиков и получения индивидуальных энантиомеров аминосоединений. Проведены исследования механизма действия сульфатированных липидов на синтез лейкотриенов в нейтрофилах и на лейкоцит-эндотелиальные взаимодействия. Обнаружено, что сульфатированные галактоцереброзиды и сульфатированный холестерин (неопубликованные данные) являются агентами, вызывающими прикрепление нейтрофилов к коллагену и эндотелию. Исследована роль цитоскелета и динамики внутриклеточного кальция в нейтрофилах при действии на клетку сульфатированных галактоцереброзидов. Показано, что сульфатированный холестерин является агентом, вызывающим прикрепление нейтрофилов к эндотелиальным клеткам, активацию продукции супероксида в клетках, а также влияет на синтез лейкотриенов в нейтрофилах и при взаимодействии нейтрофилов с эндотелием и белками экстраклеточного матрикса. Предполагается, что сульфатированные липиды являются активными эндогенными регуляторами клеточного синтеза лейкотриенов, и что важным звеном такой регуляции является клеточная адгезия. Изучен синтез простагландинов и циклопентеноновых простагландинов, выброс арахидоновой и докозагексаеновой кислот при стимуляции астроцитов (глиальные клетки мозга) провоспалительными веществами (интерлейкин 1, фактор некроза опухоли альфа, тромбин, АТР, липополисахарид). Показано, что в регуляции синтеза простаноидов на астроцитах ключевая роль принадлежит докозагексаеновой кислоте, которая предотвращает синтез простаноидов даже на фоне значительной индукции простагландин Н синтазы. Впервые показано, что кальций независимая форма фосфолипазы А2, которая высвобождает докозагексаеновую кислоту из фосфолипидов мембран астроцитов, участвует в развитии воспалительных ответов клеток. Этот фермент предложено использовать для целевого поиска новых подходов к терапии воспалительных процессов в центральной нервной системе. Показано также, что циклопентеноновые простагландины группы А2 и группы Ж2 (15d-PGJ2) эффективно блокируют пролиферацию нормальных и трансформированных астроцитов, что может быть использовано при лечении астроцитозов, сопровождающих воспалительные процессы, и, возможно, ряда опухолевых заболеваний мозга. Проводятся исследования по выяснению механизма действия циклопентеноновых простагландинов и причин их различия во влиянии на первичные и трансформированные клетки. Научные достижения отдела отмечены: Ленинской премией 1982 г. (И.В. Березин, К. Мартинек), Государственными премиями 1984 г. (В.К. Швядас), 1984 г. (С.Д. Варфоломеев, А.А. Клесов), Премиями Ленинского Комсомола 1986 г. (П.В. Вржещ), 1988 г. (И.Н. Курочкин, Н.В. Породенко, М.Г. Сергеева), Премией Европейской академии для молодых ученых 2002 г. (М.И. Юшко).
Историческая справкаОсновные результаты за сорок лет работы отдела достигнуты в изучении физико-химических основ биокатализа, специфичности, стереоспецифичности и хемоселективности ферментативных реакций, создании методов стабилизации и превращения ферментов в технологичные катализаторы, разработке научных основ инженерной энзимологии, создании и внедрении в медицинскую промышленность первых в стране промышленных процессов на основе иммобилизованных ферментов, разработке научных основ конверсии энергии биокаталитическими системами, открытии явления биоэлектрокатализа (открытие № 311 «Свойство ферментов участвовать в переносе электронов - биоэлектрокатализ»), исследовании биосинтеза и регуляторной роли простагландинов и лейкотриенов в животных клетках. Результаты исследований, выполненных в отделе биокинетики, вошли в циклы работ, отмеченых Ленинской премией в 1982 г. (И.В. Березин, К. Мартинек), двумя Государственными премиями СССР в 1984 г. (С.Д. Варфоломеев, А.А. Клесов и В.К. Швядас), а также рядом премий для молодых ученых. Создана всемирно известная научная школа, воспитанники которой успешно продолжают фундаментальные и прикладные исследования в как в России (С.Д. Варфоломеев, В.К. Швядас, Г.Ф. Судьина, А.Т. Варфоломеева, П.В. Вржещ, М.Г. Сергеева, Н.Ф. Казанская, А.В. Левашов, Н.И. Ларионова, С.О. Бачурин, А.П. Синицын, С.В. Калюжный, И.Н. Курочкин, А.В. Максименко, А.А. Карякин, С.С.Кормер, Д.А.Мироненко, Э.А.Колованов и др.), так и за рубежом: США (А.М. Клибанов, А.А. Клесов, А.Л. Марголин, А.М. Блинковский, М.Ю. Гололобов, О.Л. Барский, О.К. Мирзоева, В.В. Верхуша, М.М.Вешторт, М.В.Виноградова, А.В.Чельцов), Мексике (А.К. Яцимирский, А.Д. Варфоломеева), Швеции (С.В. Зайцев, И.Ю. Галаев, А.Е.Иванов), Канаде (А.В.Пшежецкий), ФРГ (В.Кошке), Литве (А.А.Пятраускас, Р.И.Диджяпетрис, Р.А.Паулюконис) и ряде других стран. Одной из отличительных характеристик отдела биокинетики является систематическая активная работа со студентами и аспирантами, его популярность среди молодежи. За последние годы в отделе выросли талантливые молодые ученые (М.И. Юшко, Д.Т. Гуранда, Г.Г. Чилов, Т.А. Щербакова, и др.), которые наряду с успешным проведением собственных исследований плодотворно работают с новым поколением студентов, интересующихся биокинетикой и биокатализом.
Международное сотрудничествоОтдел биокинетики ведет активное международное сотрудничество с Университетами Делфта и Гронингена (Нидерланды), Лундским университетом (Швеция), Королевским техническим университетом Стокгольма (Швеция), Университетом Отто-фон-Герике, г. Магдебург и Университетом г. Констанца (ФРГ), Мичиганским университетом (США), Институтом нефтехимии и биоорганической химии Украинской академии наук (Киев), а также с научными учреждениями России: кафедрой химической энзимологии химического факультета МГУ, факультетом биоинженерии и биоинформатики МГУ, НИВЦ МГУ, Институтом генетики и селекции промышленных микроорганизмов (Москва), Институтом элементоорганических соединений РАН (Москва), Институтом физиологически активных веществ РАН (Черноголовка).
Грантовая поддержкаИсследования поддержаны рядом грантов РФФИ, в т.ч. РФФИ-ГФЕН, Федеральной целевой научно-технической программой "Новейшие методы биоинженерии", Федеральной целевой программой "Интеграция науки и высшего образования", Междисциплинарным проектом МГУ, программами "Университеты России", INTAS.
Подразделения отдела