Руководитель: профессор, д.б.н. Зинченко Владислав Владимирович

 

 коллектив: 

• профессор, д.б.н. Зинченко Владислав Владимирович    
• доцент, к.б.н. Бабыкин Михаил Михайлович    

 

ОПИСАНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ  

 

       Цианобактерии представляют собой морфологически разнообразную группу прокариот, которые встречаются почти во всех биотопах, включая ручьи, реки и озера, искусственные пруды и водоемы, океаны и даже такие экстремальные места обитания, как термальные источники, гиперминерализованные микробные маты, пустынные почвы и антарктические озера.

      Фундаментальное экологическое значение цианобактерий определяется также тем, что они являются признанными первичными колонизаторами засушливых земель и многие из них способны фиксировать атмосферный азот в биодоступные ионы аммония. Согласно современным оценкам, вклад цианобактерий в первичную продуктивность биосферы составляет не менее 25%, а в биологическую фиксацию азота в мировом океане – до 50%. Абсолютно необходимым микроэлементом для подавляющего большинства бактерий является железо благодаря его каталитической роли во многих клеточных функциях. 

      В присутствии кислорода в пресных и соленых водах железо существует преимущественно в окисленном состоянии, Fe(III), и формирует труднорастворимые оксиды и оксигидроксиды Fe(III). Поэтому концентрация легкорастворимого закисного железа, Fe(II), крайне низка в экологических нишах цианобактерий, и, согласно многочисленным исследованиям, биодоступность железа представляет основной фактор, лимитирующий размножение и продуктивность цианобактерий. Таким образом, системы поглощения железа являются критическими для роста оксигенных фотосинтезирующих микроорганизмов.

    Бактерии выработали эффективные механизмы поглощения железа для преодоления его экстремально низкой биодоступности. Один из этих механизмов основан на синтезе и секреции низкомолекулярных соединений, сидерофоров, обладающих высокой специфичностью и аффинностью к труднорастворимому Fe(III). Вне клетки сидерофоры (в десферри-форме) растворяют и связывают железо, а затем в виде комплексов с Fe(III) (Fe-сидерофоры) транспортируются обратно в клетку.

     Цианобактерии, как и другие бактерии, могут усваивать железо в различных формах: в виде ионов Fe(II) или Fe(III), либо в виде Fe-сидерофоров.

        Нами впервые установлено, что Synechocystis способна использовать в качестве единственного источника железа специфические чужеродные сидерофоры, синтезируемые рядом бактерий и грибов в естественных местах обитания цианобактерий.
      Нами сконструирована коллекция мутантов с направленной инактивацией 16 генов, которые по данным биоинформатического анализа могут быть вовлечены в транспорт железа у Synechocystis. С помощью комплексного молекулярно-генетического и физиолого-биохимического анализа этих мутантов нами идентифицировано 8 новых генов, вовлеченных в утилизацию дигидроксаматных ксеносидерофоров клетками Synechocystis. 

       В совокупности полученные данные позволили предложить модель пути транспорта ксеносидерофоров в цианобактерию Synechocystis при недостатке железа в природных местах ее обитания .

          В настоящее время наша работа сконцентрирована на поиске и функциональном анализе генов, вовлеченных в регуляцию транспорта железа у Synechocystis. Особое внимание уделяется гену furA, гомологи которого являются глобальными регуляторами гомеостаза железа у большинства бактерий. Нами установлено, что ген furA Synechocystis является жизненно необходимым, и его инактивация летальна для клетки. С помощью системы регулируемой экспрессии генов нами сконструирован и изучается условно летальный мутант с инактивированным геном furA в геноме Synechocystis.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ -  ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ГОМЕОСТАЗА ЖЕЛЕЗА У НЕСИНТЕЗИРУЮЩЕЙ СИДЕРОФОРЫ ЦИАНОБАКТЕРИИ SYNECHOCYSTIS.