Лаборатория протеомики надорганизменных систем

Коллектив Лаборатории протеомики надорганизменных систем занимается изучением молекулярных механизмов, обуславливающих патогенные и функциональные свойства различных бактерий; идентификацией новых прионных и амилоидных белков прокариот и эукариот; выявлением белковых сетей и регуляторных каскадов, контролирующих видоспецифичность симбиотических отношений; разработкой полифункциональных микробиологических препаратов, ведет фундаментальные и прикладные исследования по ряду других междисциплинарных тем. Так, в последние годы в Лаборатории впервые в мировой практике идентифицированы амилоидные белки у растений [Antonets et al., PLOS Biology, 2020] и симбиотических бактерий [Kosolapova et al., Biomolecules, 2020], разработана эффективная и точная программа для предсказания в бактериальных геномах генов, кодирующих токсины Cry, имеющие важное значение для биотехнологии [Shikov et al., Toxins, 2020]. В работах Лаборатории используется широкий спектр разнообразных подходов, включающий в себя геномику, транскриптомику, протеомику и биоинформатику; генетику микроорганизмов и микробиологию; ряд молекулярно-биологических методов, в том числе, генную инженерию, количественный анализ экспрессии генов, различные методы работы с белками, а также микроскопию (конфокальную, поляризационную, электронную). Лаборатория имеет богатую историю; она была основана в 1891 г. как «Бактериологическая лаборатория при департаменте земледелия и Государственных имуществ»; у истоков ее создания и развития стояли академик АН СССР Б.Л. Исаченко, профессора А.Е. Феоктистов, С.С. Мережковский. Основные исследования, проводимые в лаборатории, были направлены на выявление и характеристику родентицидных и бактерицидных микроорганизмов. С 1897 г. и по настоящее время в лаборатории непрерывно поддерживается культура Salmonella enteritidis var. Issatschenko, называемая также «бактерией Исаченко», которая обладает строго избирательным патогенным эффектом в пределах отряда грызунов. В 1969-2011 гг. лабораторию возглавлял профессор Н.В. Кандыбин, под руководством которого были созданы и внедрены в производство биологические препараты на основе инсектицидной бактерии Bacillus thuringiensis. Основными направлениями работы Коллектива лаборатории являются: Структурная протеомика, в том числе, протеомика прионных и амилоидных белков, направленная на выяснение их роли в регуляции ключевых биологических процессов, при помощи биоинформатических и экспериментальных подходов. Разработка биоинформатических алгоритмов и программ анализа белок-белковых взаимодействий и пространственной организации белков для повышения качества и эффективности предсказаний структуры и свойств белковых молекул. Функциональная протеомика и метапротеомика, направленная на выявление ключевых белков и факторов, контролирующих взаимодействия организмов друг с другом и окружающей средой. Сохранение имеющейся коллекции родентицидных и инсектицидных штаммов прокариот методом поддерживающей селекции. Выявление молекулярных механизмов, детерминирующих родентицидные и инсектицидные свойства штаммов микроорганизмов, используемых для создания биологических препаратов, при помощи методов геномики, транскриптомики и количественной сравнительной протеомики. Разработка экологически безопасных полифункциональных биологических препаратов, имеющих одновременно инсектицидное, фунгицидное и ростстимулирующее действие, с помощью аналитической селекции, направленной на повышение продуктивности и уровня токсинообразования штаммов микроорганизмов. Разработка биологических препаратов нового поколения, включая штаммы-продуценты белковых токсинов, снабженные селективными генетическими маркерами. Некоторые из недавних результатов: (A-C) Металлопротеазный домен белка YghJ бактерии Escherichia coli, играющего важную роль в инфекционных заболеваниях, вызываемых энтеротоксигенными штаммами этой бактерии, образует амилоиды, то есть белковые фибриллы с упорядоченной структурой. С результатами работы можно ознакомиться в публикации Belousov et al., PLOS One, 2018. (D) Запасные белки семян растений, являющиеся одним из основных компонентом рациона питания человека, обладают потенциально амилоидогенными свойствами. С результатами работы можно ознакомиться в публикации Antonets and Nizhnikov, IJMS, 2017. Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда №17-16-01100. (E-F) Аспарагин-глутамин обогащенный фрагмент белка Gln3 дрожжей Saccharomyces cerevisiaeвзаимодействует с другими аспарагин-глутамин-обогащенными амилоидами. С результатами работы можно ознакомиться в публикации Antonets and co-authors, Biochemistry (Moscow), 2016.

Сотрудники

• 

  Нижников Антон Александрович

  д.б.н., профессор РАН, заведующий лабораторией №7 Протеомики надорганизменных систем ФГБНУ ВНИИСХМ, доцент СПбГУ

  •  

Антонец Кирилл Сергеевич, к.б.н., ведущий научный сотрудник

Белоусов Михаил Владимирович, к.б.н., старший научный сотрудник

Гришечкина Светлана Денисовна, к.б.н., ведущий научный сотрудник

Косолапова Анастасия Олеговна, младший научный сотрудник, аспирант СПбГУ

Маловичко Юрий Викторович, младший научный сотрудник, аспирант СПбГУ

Шиков Антон Евгеньевич, младший научный сотрудник, аспирант СПбГУ

Бологова Елена Викторовна, инженер микробиолог 1 категории

Минина Галина Николаевна, инженер-микробиолог 1 категории

Федорова Татьяна Николаевна, инженер 1 категории

Меркушова Анастасия Витальевна, техник 1 категории

Фаюд Хайдар, аспирант СПбГУ

Смирнов Кирилл Вадимович, студент СПбГУ

Романенко Мария Николаевна, студентка СПбГУ

ИЗБРАННЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПОСЛЕДНИХ ЛЕТ

1. Sulatskaya A.I., Kosolapova A.O., Bobylev A.G., Belousov M.V., Antonets K.S., Sulatsky M.I., Kuznetsova I.M., Turoverov K.K., Stepanenko O.V., Nizhnikov A.A. β-Barrels and Amyloids: Structural Transitions, Biological Functions, and Pathogenesis // International Journal of Molecular Sciences, 2021, V. 22(21), 113616.
2. Evdokimova O.L., Belousova M.E., Evdokimova A.V., Kusova T.V., Baranchikov A.E., Antonets K.S., Nizhnikov A.A., Agafonov, A.V. Fast and simple approach for production of antibacterial nanocellulose/cuprous oxide hybrid films // Cellulose, 2021, V. 28 (5), pp. 2931-2945.
3. Kharkov B.B, Podkorytov I.S., Bondarev S.A., Belousov M.V., Salikov V.A., Zhouravleva G.A., Skrynnikov N.R. Role of rotational motion in diffusion NMR experiments on supramolecular assemblies: application to Sup35NM fibrils // Angewandte Chemie - International Edition, 2021. V. 60(28), 15441-15451.
4. Malovichko Y.V., Shikov A.E., Nizhnikov A.A., Antonets K.S. Temporal Control of Seed Development in Dicots: Molecular Bases, Ecological Impact and Possible Evolutionary Ramifications // International Journal of Molecular Sciences. 2021; V. 22(17), e9252.
5. Danilov L.G., Moskalenko S.E., Matveenko A.G., Sukhanova X.V., Belousov M.V., Zhouravleva G.A., Bondarev S.A. The Human NUP58 Nucleoporin Can Form Amyloids In Vitro and In Vivo // Biomedicines, 2021, V. 9(10), 1451.
6. Belousova M.E., Malovichko Y.V., Shikov A.E., Nizhnikov A.A., Antonets K.S. Dissecting the Environmental Consequences of Bacillus thuringiensis Application for Natural Ecosystems // Toxins, 2021, V. 13, 355.
7. Shikov A.E., Malovichko Y.V., Lobov A.A., Belousova M.E., Nizhnikov A.A., Antonets K.S. The distribution of several genomic virulence determinants does not corroborate the established serotyping classification of bacillus thuringiensis // International Journal of Molecular Sciences, 2021, V. 22 (5), 2244.
8. Yuzikhin O.S., Gogoleva N.E., Shaposhnikov A.I., Konnova T.A., Osipova E.V., Syrova D.S., Ermakova E.A., Shevchenko V.P., Nagaev I.Yu., Shevchenko K.V., Myasoedov N.F., Safronova V.I., Shavarda A.L., Nizhnikov A.A., Belimov A.A., Gogolev Y.V. Rhizosphere bacterium rhodococcus sp. P1y metabolizes ab-scisic acid to form dehydrovomifoliol // Biomolecules, 2021, V. 11 (3), 345.
9. Kosolapova A.O., Antonets K.S., Belousov M.V., Nizhnikov A.A. Biological functions of prokaryotic amyloids in the interspecies interactions: facts and assumptions // International Journal of Molecular Sciences, 2020, V.21, e7240.
10. Antonets K.S., Belousov M.V., Sulatskaya A.I., Belousova M.E., Kosolapova A.O., Sulatsky M.I., Andreeva E.A., Zykin P.A., Malovichko Y.V., Shtark O.Y., Lykholay A.N., Volkov K.V., Kuznetsova I.M., Turoverov K.K., Kochetkova E.Y., Bobylev A.G., Usachev K.S., Demidov O.N., Tikhonovich I.A., Nizhnikov A.A. Accumulation of storage proteins in plant seeds is mediated by amyloid formation // PLOS Biology, 2020, V.18(7), e3000564.
11. Malovichko Y.V., Shtark O.Y., Vasileva E.N., Nizhnikov A.A., Antonets K.S. Transcriptomic insights into mechanisms of early seed maturation in garden pea (Pisum sativum L.) // Cells, 2020, V.9, e779.
12. Shikov A.E., Malovichko Y.V., Skitchenko R.K., Nizhnikov A.A., Antonets K.S. No more tears: mining sequencing data for novel Bt Cry toxins with CryProcessor // Toxins, 2020, V.12, e204.
13. Kosolapova A.O., Belousov M.V., Sulatskaya A.I., Belousova M.E., Sulatsky M.I., Antonets K.S., Volkov K.V., Lykholay A.N., Shtark O.Y., Vasilieva E.N., Zhukov V.A., Ivanova A.N., Zykin P.A., Kuznetsova I.M., Turoverov K.K., Tikhonovich I.A., Nizhnikov A.A. Two Novel Amyloid Proteins, RopA and RopB, from the Root Nodule Bacterium Rhizobium leguminosarum // Biomolecules, 2019, V.9, e694.
14. Malovichko Y.V., Nizhnikov A.A., Antonets K.S. Repertoire of the Bacillus thuringiensis virulence factors unrelated to major classes of protein toxins and its role in specificity of host-pathogen interactions // Toxins, 2019, V.11, e347.
15. Malovichko Y.V., Antonets K.S., Maslova A.R., Andreeva E.A., Inge-Vechtomov S.G., Nizhnikov A.A. RNA Sequencing reveals specific transcriptomic signatures distinguishing effects of the [SWI+] prion and SWI1 deletion in yeast Saccharomyces cerevisiae // Genes, 2019, V.10, e212.
16. Sopova J.V., Koshel E.I., Belashova T.A., Zadorsky S.P., Sergeeva A.V., Siniukova V.A., Shenfeld A.A., Velizhanina M.E., Volkov K.V., Nizhnikov A.A., Kachkin D.V., Gaginskaya E.R., Galkin A.P., 2019. RNA-binding protein FXR1 is presented in rat brain in amyloid form // Scientific Reports, V.9, e18983.
17. Antonets K.S., Kliver S.F., Nizhnikov A.A. Exploring proteins containing amyloidogenic regions in the proteomes of bacteria of the order Rhizobiales // Evolutionary Bioinformatics, 2018, V.14, P.1-12.
18. Bondarev S.A., Antonets K.S., Kajava A.V., Nizhnikov A.A., Zhouravleva G.A. Protein co-aggregation related to amyloids: methods of investigation, diversity and classification // International Journal of Molecular Sciences, 2018, V.19, e2292.
19. Belousov M.V., Bondarev S.A., Kosolapova A.O., Antonets K.S., Sulatskaya A.I., Sulatsky M.I., Zhouravleva G.A., Kuznetsova I.M., Turoverov K.K., Nizhnikov A.A. M60-like metalloprotease domain of the Escherichia coli YghJ protein forms amyloid fibrils // PLOS One, 2018, V.13(1), e0191317.
20. Ryzhova T.A., Sopova J.V., Zadorsky S.P., Siniukova V.A., Sergeeva A.V., Galkina S.A., Nizhnikov A.A., Shenfeld A.A., Volkov K.V., Galkin A.P. Screening for amyloid proteins in the yeast proteome // Current Genetics, 2018, doi: 10.1007/s00294-017-0759-7.
21. Antonets K.S., Nizhnikov A.A. Predicting amyloidogenic proteins in the proteomes of plants // International Journal of Molecular Sciences, 2017, V.18, e2155.
22. Antonets K.S., Nizhnikov A.A. Amyloids and prions in plants: facts and perspectives // Prion, 2017, V.11, P.300-312.
23. Matveenko A.G., Drozdova P.B., Belousov M.V., Moskalenko S.E., Bondarev S.A., Barbitoff Y.A., Nizhnikov A.A., Zhouravleva G.A. SFP1-mediated prion-dependent lethality is caused by increased Sup35 aggregation and alleviated by Sis1 // Genes to Cells, 2016, V.21, P.1290–1308.
24. Nizhnikov А.А., Ryzhova T.А., Volkov K.V., Zadorsky S.P., Sopova J.V., Inge-Vechtomov S.G., Galkin A.P. Interaction of prions causes heritable traits in Saccharomyces cerevisiae // PLOS Genetics, 2016, V.12, e1006504.
25. Nizhnikov A.A., Antonets K.S., Bondarev S.A., Inge-Vechtomov S.G., Derkatch I.L. Prions, Amyloids, and RNA: Pieces of a Puzzle // Prion, 2016, V.10, P.1-25.
26. Antonets K.S., Sargsyan H.M., Nizhnikov A.A. A glutamine/asparagine-rich fragment of Gln3, but not the full-length protein, aggregates in Saccharomyces cerevisiae // Biochemistry (Moscow), 2016, V.81, P.407-413.
27. Bakhvalov S.A., Tsvetkova V.P., Shpatova T.V., Shternshis M.V., Grishechkina S.D. Ecological interactions in the system: entomopathogenic bacterium Bacillus thuringiensis – phytopathogenic fungus Rhizoctonia solani – host plant Solanum tuberosum // Contemporary Problems of Ecology, 2015, V.8., P.534-539.

РАЗРАБОТАННЫЕ И ПОДДЕРЖИВАЕМЫЕ ЛАБОРАТОРИЕЙ ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕСУРСЫ

1. Программа CryProcessor для выявления в бактериальных геномах генов, кодирующих токсины Cry

ПАТЕНТЫ

1. Патент Российской Федерации на изобретение №2750913 «Способ идентификации бактерий Bacillus thuringiensis». Авторы: Нижников А.А., Антонец К.С., Ермолова В.П., Гришечкина С.Д., Маловичко Ю.В., Тихонович И.А. Правообладатель ФГБНУ ВНИИСХМ. Дата публикации: 06.07.2021 г. Приоритет изобретения 06.12.2019 г.
2. Патент Российской Федерации на изобретение №2735429 «Бактериальное удобрение». Авторы: Белимов А.А., Сафронова В.И., Нижников А.А., Антонец К.С. Правообладатель ФГБНУ ВНИИСХМ. Приоритет изобретения 06.12.2019 г.
3. Патент Российской Федерации на изобретение №2735432 «Штамм бактерий Pseudomonas oryzihabitans - стимулятор роста растений в засушливых агроэкологических условиях». Авторы: Белимов А.А., Сафронова В.И., Нижников А.А., Антонец К.С. Правообладатель ФГБНУ ВНИИСХМ. Приоритет изобретения 06.12.2019 г.
4. Патент Российской Федерации на изобретение №2735430 «Штамм бактерий Variovorax paradoxus AV10 - стимулятор роста растений в засушливых агроэкологических условиях». Авторы: Белимов А.А., Сафронова В.И., Нижников А.А., Антонец К.С. Правообладатель ФГБНУ ВНИИСХМ. Приоритет изобретения 06.12.2019 г.
5. Патент РФ № 2692655 «Штамм Bacillus thuringiensis var. darmstadiensis 56 в качестве полифункционального средства для растениеводства». Тихонович И.А., Ермолова В.П., Гришечкина С.Д., Романова Т.А., Нижников А.А., Антонец К.С. 25.06.2019 г.
6. Патент РФ № 2630661 «Штамм Streptomyces  globisporus  К-35/15  в качестве средства для защиты растений от вредных насекомых – фитофагов». Ермолова В.П., Самоукина Г.В., Гришечкина С.Д., Сафронова В.И., Оследкин Ю.С., Романова Т.А. 2017 г.
7. Штамм Bacillus thuringiensis var. Israelensis (ВТН14) 7-1/23 А в качестве средства борьбы против кровососущих комаров. Тихонович И.А., Ермолова В.П., Гришечкина С.Д., Романова Т.А. Патент РФ № 2514211. 23.04.2013 г.
8. Штамм  Bacillus thuringiensis var darmstadiensis № 25 в качестве средства комплексного действия на вредных жесткокрылых насекомых и фитопатогенные грибы. Тихонович И.А., Гришечкина С.Д., Ермолова В.П., Романова Т.А. Патент РФ № 2514023. 26.12.2012 г.
9. Средство для получения энтомоцидного биопрепарата. Тихонович И.А., Ермолова В.П., Гришечкина С.Д., Романова Т.А. Патент РФ № 2514211. 10.10.2012 г.
10. Родентоцидный штамм бактерий Salmonella enteritidis var. Issatschenko 32/3 в качестве биологической приманки против мышевидных грызунов. Тихонович И.А.,  Минина Г.Н., Бологова Е.В., Ермолова В.П., Гришечкина С.Д., Романова Т.А. Патент РФ № 2520161. 22.03.2013 г.

ГРАНТЫ

1. Грант Президента РФ для государственной поддержки молодых ученых № МД-2302.2022.5 «Изучение пангенома Salmonella enterica для расшифровки молекулярных механизмов патогенности и специфичности выбора бактериями организма-хозяина»; 2021-2022 гг., руководитель А.А. Нижников.
2. Грант Российского научного фонда 17-16-01100П «Протеомный скрининг амилоидных белков у посевного гороха (Pisum sativum L.) и клубеньковой бактерии (Rhizobium leguminosarum)» (конкурс на продление сроков выполнения проектов); 2020-2021 гг., рукроводитель А.А. Нижников.
3. Грант в форме субсидии из Федерального бюджета на создание Научного центра мирового уровня (НЦМУ) «Агротехнологии будущего» 2020-538-02-НЦМУ – 4-1, рук. акад. В.И. Трухачев; 2020-2025 гг.
4. Проект «Мобилизация генетических ресурсов микроорганизмов на базе Ведомственной коллекции полезных микроорганизмов сельскохозяйственного назначения (ВКСМ) при ФГБНУ ВНИИСХМ с использованием сетевого принципа организации» по соглашению от 28.09.2021 г. № 15.БРК.21.0006 с Минобрнауки РФ, рук. И.А. Тихонович; 2021-2023 гг.
5. Грант Российского научного фонда 20-76-10044 «Разработка программного комплекса, базы данных и системы генетических маркеров для быстрого типирования изолятов бактерии Bacillus thuringiensis и полной характеристики их хозяйственно-ценных свойств»; 2020-2023 гг., руководитель К.С. Антонец.
6. Грант Российского научного фонда 22-26-00276, «Роль амилоидогенеза белков наружной мембраны в вирулентности и патогенных свойствах бактерий родов Escherichia и Salmonella»; 2022-2023 гг., руководитель М.В. Белоусов.
7. Грант Российского Фонда Фундаментальных Исследований 20-316-70020 Стабильность, «Изучение зависимости протеомных ландшафтов Bacillus thuringiensis от серовара и стадий жизненного цикла»; 2020-2021 гг., руководитель А.А. Нижников.
8. Грант Российского научного фонда 19-76-00026, «Молекулярные механизмы вирулентности и специфичности выбора организма-хозяина энтеробактерии Salmonella enteritidis var. Issatschenko»; 2019-2021 гг., руководитель М.В. Белоусов.
9. Грант Российского научного фонда 18-76-00028 «Выявление факторов, влияющих на уровень продукции и специфичность действия токсинов Bacillus thuringiensis»; 2018-2020 гг., руководитель К.С. Антонец.
10. Грант Российского научного фонда 17-16-01100 «Протеомный скрининг амилоидных белков у посевного гороха (Pisum sativum L.) и клубеньковой бактерии (Rhizobium leguminosarum)»; 2017-2019 гг., руководитель А.А. Нижников.
11. Соглашение в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 гг.»; 2017-2019 гг., руководитель И.А. Тихонович.
12. Грант Российского научного фонда «Анализ генетического и эволюционного потенциала почвенного микробиома для повышения продуктивности растений и плодородия почв»; 2017-2018 гг., руководитель Н.А. Проворов.

СМИ О РАБОТАХ КОЛЛЕКТИВА ЛАБОРАТОРИИ

1. Первый канал: Благодаря нацпроекту «Наука и университеты» поддержку получают самые прогрессивные исследования
2. Коммерсант: Что такое амилоиды — летальные патогены или функциональные белковые агрегаты
3. НТВ: Петербургских микробиологов наградили за открытие «раковых» белков у растений
4. Фонтанка. ру – Амилоиды и с чем их едят.
5. Санкт-Петербургские ведомости: Петербургские ученые открыли новую форму белков у растений и бактерий
6. Матрица науки – ТРК Санкт-Петербург
7. Топ-10 ярких научных открытий 2020 года. Пресс-служба РНФ.
8. Создать сорта с более питательными и менее аллергенными семенами поможет открытие амилоидов у растений. Пресс-служба Минобрнауки РФ.
9. Светящиеся растения, происхождение нейтрино и «возрождение» антибиотиков: топ-10 открытий года в России. Indicator.Ru
10. Finding of amyloids in plants could help create varieties with more nutritious and hypoallergenic seeds. St Petersburg University.
11. Микробиологи разработали программу для поиска новых инсектицидов. Gazeta.ru
12. Открытие амилоидов растений позволит создать улучшенные сорта. Indicator.Ru
13. Открытие амилоидов у растений может помочь создать сорта с более питательными и гипоаллергенными семенами. Газета научного сообщества «Поиск».
14. Highly stable amyloid protein aggregates may help plant seeds last longer. Science Daily.
15. В растениях нашли скопления амилоида. Портал N+1.
16. Российские микробиологи обнаружили «темную сторону» клубеньковых бактерий. ТАСС Наука.

НАГРАДЫ И ПРЕМИИ

1. Премия Президента Российской Федерации в области науки и инноваций для молодых ученых за 2020 год «За открытие амилоидных белков у растений и симбиотических бактерий, объяснение их функционального значения» (Указ Президента Российской Федерации №75 от 08.02.2021 г.), К.С. Антонец, А.А. Нижников.
2. Молодежная премия Санкт-Петербурга за 2021 г. (Постановление Правительства Санкт-Петербурга №377 от 29.04.2022 г.), А.А. Нижников.
3. Диплом Министерства сельского хозяйства РФ за законченную разработку «Полифункциональное микробиологическое средство для растениеводства на основе штамма Bacillus thuringiensis var. darmstadiensis №56»; 2020 год.
4. Премия им. Леонарда Эйлера Правительства Санкт-Петербурга и Санкт-Петербургского научного центра Российской академии наук за выдающиеся результаты в области науки и техники за цикл работ «Ландшафты амилоидогенных белков в протеомах прокариот и эукариот»; 2017 г., А.А. Нижников.
5. Почетная грамота Вавиловского общества генетиков и селекционеров и научного совета по генетике и селекции Российской академии наук; 2017 г., К.С. Антонец.
6. Медаль Российской академии наук с премией для молодых ученых России за цикл работ «Поиск и характеристика новых прионов и амилоидов, а также разработка методов для их идентификации», диплом №435; 2016 г.,  А.А. Нижников.
7. Золотая медаль VIII Международного биотехнологического форума-выставки «РосБиоТех-2014»; 2014 г., коллектив ФГБНУ ВНИИСХМ (С.Д. Гришечкина, В.П. Ермолова, Т.А. Романова).
8. Золотая медаль Выставки-конференции «Биоиндустрия 2012» за разработку «Создание штамма-продуцента родентицидного препарата»; 2014 г., коллектив ФГБНУ ВНИИСХМ (С.Д. Гришечкина, В.П. Ермолова, Т.А. Романова).