направления - Мордовский государственный университет

Научные направления биотехнология
БИОТЕХНОЛОГИЯ КЛЕЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ БИОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОИСХОЖДЕНИЯ
В последние годы широкое применение получили клеи природного происхождения.
Связано это в первую очередь с экологическими аспектами в наиболее развитых странах.
Так, например, товары в картонной упаковке, проклеенной синтетическим клеем, не
допускается к экспорту в ряд стран Европы, Азии и Америки. То же относится к
этикеткам на стеклянной таре. Все это связано с потребительскими запросами
покупателей, требующих знака "экологически чистая упаковка".
Основным компонентом клея является клеящее вещество, которое обеспечивает
адгезионную и когезионную прочность в клеевом соединении. В клеях природного
происхождения - биоклеях, основным компонентом является природный полимер
(коллаген, казеин, крахмал, декстрин, альбумин, декстран, натуральный каучук), которые
довольно дорогостоящие и могут быть использованы более рационально в пищевой
промышленности. В настоящее время ведутся поиски заменителей этих компонентов
природных клеев на более дешевые. В качестве заменителей дорогих компонентов могут
выступать микробные полисахариды и белки, выращенные на отходах пищевых
предприятий, содержащие все необходимые для этого питательные компоненты. В
качестве таких отходов могут выступать меласса, молочная сыворотка, пахта, отходы
пивоваренной и спиртовой промышленности и т.д. Необходим поиск новых, более
дешевых источников клеев биологического происхождения. Таковыми могут быть отходы
и вторичное сырье микробиологических производств, в составе которых содержится
большое количество биополимеров.
Коллективом кафедры биотехнологии на протяжении ряда лет проводятся исследования
по составлению различных клеевых композиций, в состав которых входят отходы
пищевой и перерабатывающей промышленностей, по модификации основных
компонентов клеевых композиций, изучаются продукты модификации, их клеящая
способность, испытываются различные добавки (отходы различных отраслей
промышленности) и изучается их влияние на клеящую способность биоклеев.
Одним из путей создания адгезивных материалов является синтез декстрана при помощи
микроорганизмов Leuconostoc mesenteroides с использованием дешевых питательных
сред, содержащих отходы сахарной, молочной и спиртовой пищевой промышленности. В
процессе роста бактерий происходит накопление высокополимерных соединений –
полисахаридов, обладающих хорошими адгезивными свойствами. Их можно использовать
и как основной компонент биоклея и как связующее в клеях на основе модифицированных
отходов. Эти полисахариды совершенно без-вредны и их используют даже в медицинской
практике. Поэтому и клеевые композиции на их основе можно будет использовать в
пищевой промыш¬ленности для приклеивания этикеток, изготовления бумажной тары.
Сотрудниками кафедры были оптимизированы состав питательной среды содержащие
мелассу, пахту, молочную сыворотку и барду, а также режимы культивирования,
обеспечивающие максимальный выход технического декстрана.
Биоклеи на основе бактериальных полисахаридов можно будет использовать в
производстве гафрокартона, получении композитных материалов из лигноцеллюлозного
сырья.
ПОЛУЧЕНИЕ КОРМОВОГО БЕЛКА С ПОМОЩЬЮ БАЗИДИАЛЬНЫХ ГРИБОВ
Разработана технология биоконверсии сельскохозяйственных (солома) и промышленных
(барда, меласса, пивная дробина) отходов в кормовые препараты. Для биоконверсии
используются молочнокислые и пропионовокислые бактерии и высшие базидиальные
грибы. В частности разработана технология получения кормового препарата на основе
соломы, биообработанной съедобными грибами из семейства вешенковых – вешенкой
(Pleurotus ostreatus) и пилолистником тигровым (Lentinus (Panus) tigrinus).
Получен патент RU 2196438, авторы Ревин В.В., Атыкян Н.А. Способ получения
кормового продукта. Приоритет от 18.06.2001. Опуб. 20.01.2003 Бюл. №2. Был выигран
грант и заключен госконтракт №4227р/6612 “Разработка технологии производства
кормовых препаратов на основе растительных отходов обработанных
дереворазрушающими грибами” (2006-2008 гг., заказчик - Фонд содействия развитию
малых форм предприятий в научно-технической сфере). В настоящее время совместно с
ОАО «Мордовспирт» ведется разработка кормовых препаратов с пробиотическими
свойствами на основе послеспиртовой барды.
ПОЛУЧЕНИЕ БИОПРЕПАРАТОВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ ОТ ФИТОПАТОГЕНОВ
На кафедре биотехнологии МГУ им.Н.П.Огарева ведутся научно-исследовательские
работы по оптимизации условий получения биопрепаратов на основе бактерий рода
Pseudomonas и оомицета Pythium oligandrum для защиты растений от заболеваний,
вызываемых фитопатогенными грибами. Фитопатогены вызывают угнетение роста и в
конечном итоге приводят к снижению урожайности культурных растений.
Несмотря на бурное развитие химической промышленности и создание средств
химических защиты растений с фунгистатическим и фунгицидным действиями, проблема
остается до конца не решенной. Поэтому роль защиты растений в увеличении
производства и сохранении сельскохозяйственных продуктов огромна.
В настоящее время ведутся разработки технологий получения биопрепаратов различного
назначения на основе ризосферных псевдомонад. Исследуются различные способы
консервации этих биопрепаратов и улучшения их прикрепления к поверхности семян и
корней растений использованием различных клеящих средств типа метилцеллюлозы,
альгинатов, ксантанов и др.
Сотрудниками кафедры изучается процесс взаимодействия между культурами бактерий
Pseudomonas aureofaciens, оомицета Pythium oligandrum и фитопатогенными грибами.
Ведется подбор наиболее эффективных способов обработки культурных растений
спорами и/или клеточной суспензией микроорганизмов.
ТЕХНОЛОГИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ ЛЕЧЕБНО-ПРОФИЛАКТИЧЕСКОЙ
НАПРАВЛЕННОСТИ
Кафедрой биотехнологии совместно с ОАО «Молочный комбинат «Саранский»
разработан и внедрен в производство продукт нового поколения — напиток
молочнокислый «Здоровье».
Отличительной особенностью этого напитка является высокое содержание
жизнеспособных клеток бифидобактерий. Клинические испытания, проведенные в ряде
больниц, показали высокий положительный терапевтический эффект.
Напиток обладает способностью восстанавливать естественную микрофлору желудочнокишечного тракта человека, нарушенную вследствие ряда неблагоприятных воздействий
(антибиотикотерапия, стрессовые ситуации, неблагоприятная экологическая обстановка).
Молочнокислый напиток рекомендован как профилактическое, так и лечебное средство
при дисбактериозе кишечника и других желудочно-кишечных заболеваниях.
Для предупреждения заболеваний щитовидной железы разработаны плавленый сыр и соус
сметанный «Океан» с йодсодержащей биологически активной добавкой
«Модифилан»(мелкоизмельченная фракция морских водорослей).
ПОЛУЧЕНИЕ МИКРОБНЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ
На кафедре биотехнологии Мордовского государственного университета имени
Н.П.Огарева в течение длительного времени проводятся исследования в области изучения
ксантана и его продуцентов.
Ксантан–биополимер микробного происхождения, который во всем мире в течение
последних лет занимает ведущие позиции как добавка, улучшающая качество самых
различных продуктов и технологических операций (повышение нефтедобычи, буровые
работы, повышение урожайности, строительство, медицина, пищевая, фармацевтическая,
горнодобывающая, текстильная, лакокрасочная и другие области промышленности).
Ксантан экологически безопасен, нетоксичен (используется в пищевой промышленности
как стабилизатор и загуститель под названием Е 415), не оказывает негативного
воздействия на процессы добычи и переработки нефти, разрешен к применению на
нефтепромыслах России.
Потребность в биополимерах типа ксантана составляет сотни тысяч тонн в год. Его
производство относится к числу наукоемких технологий. Диапазон использования
ксантана постоянно расширяется, в его выпуск включаются новые фирмы. Однако,
несмотря на большие потребности России в этом полисахариде, в нашей стране в
промышленном масштабе ксантан не производится. Производство ксантана в России
позволит отказаться от покупки зарубежных препаратов.
Для промышленного получения ксантана необходимы, в первую очередь,
высокоэффективные технологии и высокопродуктивные штаммы бактерий Xanthomonas
campestris, сохраняющие в процессе хранения и культивирования свои ценные свойства.
На кафедре биотехнологии в результате селекции получены высокопродуктивные
штаммы бактерий Xanthomonas campestris, образующие до 28 г/л ксантана. Получено
свидетельство о депонировании штаммов. Изучены морфологические и физиологобиохимические свойства бактерий, оптимизированы условия их хранения. Разработан
технологический регламент получения ксантана.
С целью снижения себестоимости продукта рекомендованы среды, содержащие отходы
различных биотехнологических производств, например, мелассу, барду, молочную
сыворотку.
Для дальнейшего повышения продуктивности полученных штаммов планируется
использовать селекцию на основе индуцированного мутагенеза и методы генетической
инженерии, для чего имеется специализированная лаборатория на кафедре генетики.
Для создания высокоэффективных технологий планируется дальнейшая оптимизация
условий культивирования продуцентов с целью увеличения выхода ксантана и снижения
себестоимости продукта.
БИОТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА БИОТОПЛИВА НА ОСНОВЕ
УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО СЫРЬЯ
Разрабатывается технология получения биоэтанола пищевого и топливного назначения с
применением глубокой механобиохими¬ческой обработки нанодисперсного
растительного сырья с последующей биоконверсией дрожжами. В качестве сырья при
разработке технологии пищевого этанола используется наноструктурированное зерновое
сырье, для топливного этанола – наноструктурированное целлюлозосодержащее сырье с
размером частиц, немного превышающих 100 нм. Наноструктурированное сырье
подвергается ферментативному гидролизу в мягких условиях комплексом
высокоактивных ферментов и сбраживается дрожжами. За счет комбинации методов
глубокой механической и биохимической обработки исключается одна из классических
стадий спиртового производства – разваривание (при производстве пищевого этанола) или
химического гидролиза (при производстве топливного этанола). Вследствие этого
происходит снижение энергозатрат и капвложений и увеличение выхода спирта.
Разработки ведутся совместно с ООО “Аква-Пура” (г. Саров) и ОАО «Мордовспирт».
ПОЛУЧЕНИЕ КОРМОВЫХ И ПРОБИОТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ ИЗ СПИРТОВОЙ
БАРДЫ
Основным жидким отходом производства этанола является послеспиртовая барда,
частично применяемая как жидкая кормовая добавка, а частично сбрасываемая на
очистные сооружения, что существенно ухудшает их работу. Остро встает вопрос
утилизации послеспиртовой барды особенно в летний период, когда откорм животных
ве¬дется на пастбищах. Зерновая барда, полученная при производстве спирта, является
перспективным сырьем в кормопроизводстве.
Способность молочнокислых бактерий синтезировать в процессе брожения молочную
кислоту и другие соединения, подавляющие развитие гнилостной микрофлоры
желудочно-кишечного тракта, активное участие в синтезе незаменимых аминокислот,
витаминов, способствующих повышению устойчивости организма к внешним
воздействиям, позволяет использовать эти бактерии для производства пробиотиков –
препаратов и продуктов на основе живых микроорганизмов.
Применение молочнокислых и бифидобактерий для получения пробиотиков может
помочь в решении проблемы комплексной утилизации отхода спиртовой
промышленности – послеспиртовой барды, которая является подходящим субстратом для
культивирования данных бактерий. Выращивание молочнокислых бактерий на барде
перспективно для получения белково-витаминного кормового пробиотического продукта,
отличающегося низкой себестоимостью, высокой питательной ценностью и
антибактериальным действием. На кафедре биотехнологии Мордовского госуниверситета
был получен кормовой пробиотический продукт, обогащённый белком и живыми
клетками лактобацилл и бифидобактерий.
Консистенция полученного кормового продукта не отличалась плотной и однородной
структурой. В ней присутствовали взвеси, муть, лёгкие хлопья – нормальные показатели
роста бактерий. Цвет продукта был светло-коричневым. Кормовой продукт обладал
приятным хлебным запахом с лёгким спиртовым оттенком, присущим свежей
послеспиртовой барде.
Количество живых клеток молочнокислых и бифидобактерий (более 600 • 106) в
полученном кормовом продукте является достаточным для обогащения желудочнокишечного тракта животного, обеспечения его нормальной работы (1 г продукта должен
содержать не менее 106 микроорганизмов). Кормовой продукт, обогащённый
молочнокислыми бактериями и белком, может составить хорошую альтернативу
традиционным кормам.
При попадании в желудочно-кишечный тракт животного живые клетки молочнокислых
бактерий приживаются в нем и включаются в регулирование обменных процессов,
повышают усвоение кормов и перевариваемость, способствуют увеличению привесов при
скармливании их животным.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ АПОПТОЗА
Программируемая клеточная гибель — естественный физиологический многоэтапный
процесс, в результате которого элиминируются "отработавшие" или поврежденные клетки
и обеспечи¬вается баланс между пролиферацией и гибелью клеток, тканевой гомеостаз в
много¬клеточном организме. Существуют разные способы реализации апоптоза.
Независимо от природы и источников сигналов, запускающих апоптоз, воздействие на
клетку и ответственные рецепторы не может происходить без взаимодействия с
мембраной клетки и его компонентами, в том числе и с липидами. Выяснение механизма
апоптоза имеет важное значение не только для физико-химической биологии, но и для
медицины, например, в связи с удалением опухолевых клеток. Результаты исследований
позволяют расширить представления об участии липидов и их производных в механизмах
апоптоза. Получены новые данные об удалении ядра из эритроцита и изменении
структурно-функциональном состоянии мембран при индукции апоптоза. Впервые
исследован выброс ядра эритроцитами голубя с последующим распадом клеток на
апоптозные везикулы. Изучен жирнокислотный состав отдельных фракций липидов при
воздействии пероксида водорода и УФ-облучения. Показана индукция апоптоза
сфингомиелином (СМ), фосфатидилсерином (ФС), диацилглицеролом(ДАГ) и олеиновой
кислотой(ОЛ). Обнаружено, что при воздействии пероксидом водорода происходят
изменения в составе мембраных липидов, количественного и качественного соотношения
липидов и продуктов ПОЛ и это может являться одним из механизмов, через который
происходит инициирование апоптоза. Добавленные СМ, ФС, ДАГ и ОК проникают в
эритроциты и вызывают глубокие изменения в структурно-функциональном состоянии
мембран и могут непосредственно влиять на рецепторы и сигнальные системы в качестве
биоэффекторов. Установлена взаимосвязь между апоптозом эритроцитов и изменением
состава и состояния липидной компоненты мембраны.
Научные направления генетика
Первые научно-исследовательские работы на кафедре генетики и дарвинизма
Мордовского университета были выполнены в 60-е годы, посвященные разработке теории
и методов экспериментального мутагенеза. На различных видах растений исследовалась
эффективность как традиционно применяемых, так и новых биологически активных
индукторов изменчивости, в числе которых мутагены физической и химической природы,
в частности гамма-излучения, коронные разряды, алкилирующие соединения и
биопрепараты. При чем среди них особый интерес представляют алколойдосодержащие и
другие биопрепараты, способные у растений индуцировать различные изменения, в том
числе ценные для практической селекции. Вместе с тем они безопасны в экологическом
отношении, не загрязняют окружающую среду. С помощью разработанных методов
экспериментального мутагенеза получена большая коллекция измененных растений
люпина и проса, отдельные из которых перспективны для возделывания на территории
Мордовии. В их составе скороспелые, устойчивые к неблагоприятным условиям
произрастания и другие. С целью создания исходного материала для селекции на кафедре
генетики были начаты исследования по разработке методов клеточной инженерии. В
течение многих лет ведутся исследования мутагенного действия различных видов
загрязнений окружающей среды. В реализации эффекта генотоксичности определена
доминирующая роль тяжелых металлов, распространенных на территории Мордовии
загрязнителей окружающей среды. В результате отработаны методы оценки уровня
загрязненности по тесту хромосомных аберраций с использованием в качестве тест
объектов лука-батуна (Allium fistulosum), плодовой мушки (Drosophila melanogaster),
костного мозга мышей и культуры лимфоцитов периферической крови человека.
В настоящее время научно-исследовательская деятельность кафедры ведется по
нескольким направлениям: «Молекулярные механизмы регуляции генетических
процессов в норме и патологии», «Эколого-генетическая характеристика живых
организмов», «Анализ мутаций в ключевых генах, определяющих развитие социальнозначимых заболеваний», «Маркерная селекция: анализ мутаций, отягощающих генотип
свиней разных пород», «Генетическая инженерия прокариот и получение новых штаммов
микроорганизмов с заданными свойствами». Кроме того, кафедрой проводятся научные
исследования по методике преподавания биологии и генетических дисциплин. В научноисследовательскую деятельность внедрены современные методы молекулярногенетического и цитогенетического анализа, позволяющие анализировать на
молекулярном уровне, как генотип, так и фенотип. Изучается роль липидов в регуляции
генетических процессов (апоптоза, транскрипции генов и других). Приоритетными стали
исследования полиморфизма ДНК, выявление однонуклеотидных замен, лежащих в
основе различных заболеваний у людей, выявление точечных мутаций у
сельскохозяйственных животных, генетическое тестирование микроорганизмов, с целью
выявления новых штаммов, экологическая сертификация и выявление
геномодифицированных продуктов.
Продолжена разработка методов тестирования загрязнений окружающей среды с
применением модельных тест-систем (лук-батун, лимфоциты человека, половые и
соматические клетки моллюсков и др.), позволяющих выявлять и анализировать
механизмы различных типов хромосомных аберраций. Проводятся эколого-генетическое
тестирование, направленное на выяснение механизмов нарушения генотипов популяций,
обитающих в экологически измененных условиях, а также медико-генетические
исследования, направленные на анализ спектра и частоты наследственных заболеваний.
В настоящее время при кафедре генетики функционируют Научно-технический центр
«ДНК-диагностики и генной инженерии» , лаборатории «ПЦР-анализа», «Молекулярной
генетики и генной инженерии», «Цитогенетики», «Экологической генетики»,
«Дрозофильного практикума». На их основе ведутся занятия по общим и специальным
курсам, выполняется научно-исследовательская работа.
Проводились исследования по грантам РФФИ и Министерства образования Российской
Федерации по темам «Мембранные белки - компоненты рецепторного комплекса (SNARE
- комплекса) для белка, связывающегося с фактором, чувствительным к N-этилмалеимиду:
особенности их участия в селекционном экзоцитозе внутриклеточных гранул
нейтрофилов человека», «Исследование мембранных белков - медиаторов экзоцитоза в
нейтрофилах человека» (руководитель С.М. Набокина). По гранту «Интеграция»
Минобразования работала по теме «Исследование влияния эндотоксинов на апоптоз
перитонеальных макрофагов в ходе стажировки в Институт Фундаментальных проблем
биологии РАН» О.Н.Аксенова, также ею был получен вузовский грант.
На базе кафедры генетики Мордовского университета проведено несколько межвузовских
научных семинаров и симпозиумов, посвященных актуальным вопросам
экспериментального мутагенеза и биофизики, в работе которых приняли участие
представители ведущих университетов и научных центров страны. Значимым событием
является научно-практическая конференция "Региональные проблемы экологической
генетики и пути их решения" (1996 г.), где была принята широкая и обоснованная
программа по охране генофондов и генетическому тестированию загрязнений
окружающей среды.
Сотрудниками кафедры ежегодно публикуют статьи в центральных изданиях и местной
печати, участвуют в международных симпозиумах и конференциях, региональных
конференциях. За период 2001-2009 г.г. сотрудниками кафедры опубликовано более 100
статей и тезисов, 6 монографий, 18 учебных пособий и методических рекомендаций.
Учебные пособия «Сборник задач по генетике», «Практикум по генетике» издано с
грифом УМО. Получено 2 патента на изобретения. Изданы сборники научных трудов
«Проблемы региональной генетики», посвященные 40-летию кафедры генетики (2003 г.) и
75-леьию со дня рождения профессора, доктора биологических наук Н.Ф. Санаева (2009
г.).
Структура кафедры генетики:
Научно-технический центр «ДНК-диагностики и геномных исследований»
Лаборатория «ПЦР-анализа»
Лаборатория «Цитогенетики»
Лаборатория «Дрозофильный практикум»
Лаборатория «Экологической генетики»
Лаборатория «Генетической инженерии прокариот»
Лаборатория «Биоинформатики и компьютерного моделирования».
Направления научно-исследовательской деятельности:
культивирование клеток, получение мутаций и использование мутантных клеток в
эксперименте;
выявление хромосомных, генных мутаций, располагающих к различным заболеваниям;
изучение молекулярных дефектов и нарушений метаболизма при различных
заболеваниях;
компьютерное моделирование генетических процессов;
изучение генома и протеома в норме и при патологии;
изучение экспрессивной активности генов;
экологическая сертификация (выявление генетически модифицированных источников,
анализ генотоксичности факторов окружающей среды и т.п.);
генетическая инженерия прокариот. Получение новых штаммов микроорганизмов с
заданными свойствами;
Маркерная селекция: анализ мутаций, влияющих на хозяйственно-полезные признаки
свиней и создание породы, устойчивой к заболеваниям.
Научные направления ботаника и физиология растений
На кафедре создан научный гербарий, насчитывающий более 25000 гербарных листов,
который документирует состав флоры Мордовии и сопредельных регионов за последние
35 лет. В 2002 году научному гербарию был присвоен международный акроним GMU.
Кафедра курирует работу ботанического сада и ботанической части биологического
музея. В музее представлены основные группы растительного мира: водоросли, грибы,
лишайники, мхи, сосудистые растения. В составе музейных экспозиций есть экспонаты,
собранные не только на территории Мордовии, но и во время экспедиции в Среднюю
Азию и на Дальний Восток.
Научно-исследовательскую работу кафедра проводит по направлению:
«Изучение флоры, растительности и эколого-физиологических особенностей растений в
условиях Республики Мордовия и сопредельных территорий». И в частности ведется
разработка следующих научных на-правлений:
1. Окислительный стресс при действии на растения абиотических факторов (охлаждение,
засуха, засоление, тяжелые металлы, ультрафиолетовые лучи, пестициды и т.д.).
2. Клональное размножение растений и получение суперэлитного посадочного материала
с использованием методов клеточной инженерии
3. Использование культуры in vitro в декоративном цветоводстве
4. Исследование влияния синтетических регуляторов роста и фитогормонов на растения
при действии стрессовых факторов в лабораторных и полевых условиях
5. Связь компартментации тканей с устойчивостью растений к стрессовым факторам.
6. Исследование содержания тяжелых металлов в осевых органах дикорастущих видов в
разных эколого-эдафических условиях.
7. Изучение популяционно-видовых и физиологических особенностей ответных реакций
растений на тяжелые металлы.
8. Исследование зависимостей локализации и распределения ионов тяжелых металлов в
клетках и тканях культурных растений.
9. Повышение продуктивности и качества урожая культурных растений в РМ с
использованием биологически активных веществ
10. Полевые исследования флоры и растительности Республики Мордовия и
сопредельных регионов
11. Инвентаризация бриофлоры Республики Мордовия
12. Изучение флор городов Республики Мородовия
13. Вопросы синантропизации растительного покрова Мордовии и сопредельных
территорий
14. Изучение адвентивной флоры РМ
15. Всестороннее изучение флоры Особо охраняемых природных территорий.
16. Ресурсы дикорастущих лекарственных и пищевых растения РМ, их рациональное
использование и охрана.
17. Биология и экология популяций редких видов флоры
18. Микромицеты РМ (таксономический состав, участие в растительных группировках)
Преподаватели кафедры совместно со специалистами других областей науки работают
над ведением Красной Книги Республики Мордовия. Совместно с московскими
ботаниками идёт подготовка "Определителя растений Республики Мордовия".
Сотрудники кафедры активно изучают растительный покров Мордовии и сопредельных
территорий, формируют научно обоснованную систему особо охраняемых природных
территорий республики, участвовали в проектировании Национального парка
"Смольный", а также в международных программах (Atlas Florae Europaea; ILDIS флористическая ревизия базы данных "Бобовые Северной Евразии"
В 1987 году при кафедре была организована учебно-научная лабоpатоpия химических
pегулятоpов роста (научный pуководитель пpофессоp О.А. Зауралов, заведующий - А.С.
Лукаткин). Сотpудниками лабоpатоpии проведен ряд физиологических исследований на
уровне клетки, ткани и растения, в основном физиологии холодоустойчивости
теплолюбивых растений. В связи с развитием биотехнологии и фундаментальных
физиологических исследований в 1993 году приказом pектоpа университета лабоpатоpия
была пpеобpазована в Лабоpатоpию цитофизиологии и клеточной инженерии под
научным руководством пpофессоpа О.А. Зауралова.
К настоящему времени исследованы механизмы инициации и развития холодового
повреждения теплолюбивых растений на клеточном и тканевом уровнях, выявлены
математические зависимости повреждения от интенсивности действующего фактора,
разработаны методы диагностики чувствительности и повышения холодоустойчивости
культурных растений. Получены экспериментальные данные, позволившие создать новую
концепцию инициации и развития холодового повреждения теплолюбивых растений,
основанную на возникновении окислительного стресса при охлаждении растений
Разработаны методы направленного повышения холодоустойчивости теплолюбивых
растений, используемые как в экспериментальных целях, так и в практическом
растениеводстве. Получены авторские свидетельства и патенты.
Активно ведутся работы с применением клеточных культур in vitro (разрабатывается
технология получения суперэлитного посадочного материала картофеля, клубники, лилий
и гладиолусов на основе использования оздоровленных растений-регенерантов).
В последнее время развернуты работы по изучению "металлического пресса" на растения
(проведено исследование содержания тяжелых металлов в осевых органах дикорастущих
трав из разных эколого-эдафических условий). Выявлены экотипы растений сорной
флоры, из разных по уровню загрязнения тяжелыми металлами территорий,
различающиеся величиной устойчивости к физиологическим концентрациям тяжелых
металлов. Изучены видовые и физиологические особенности ответных реакций растений
на нелетальные, сублетальные и летальные дозы тяжелых металлов. Исследованы
временные и концентрационные зависимости, локализация и распределение ионов
металлов в клетках и тканях проростков огурца и кукурузы. Показано защитное действие
препаратов с цитокининовой активностью при стрессовом воздействии тяжелых металлов
на растения.
Исследования проводятся при поддержке Федеральных целевых программ, грантов
Российского Фонда Фундаментальных Исследований, научно-технических программ и
грантов Минобразования РФ, Правительства Республики Мордовия, договоров с
заказчиками.
Научные направления биохимия
Научная деятельность кафедры заключается в развитии фундаментальных и прикладных
исследований в рамках проектов «Биохимические аспекты и закономерности обмена
веществ» и «Получение биологически активных веществ для использования их в
промышленности».
Основные научные направления:
1. Переработка сельскохозяйственного растительного и вторичного сырья, с целью
получения биологически активных веществ, пищевых волокон, пектина, пектинатов и
других биологически активных веществ для использования их в промышленности.
Изучается возможность модификации комплексообразующей способности пектина и его
производных по отношению к солям тяжелых металлов, эндотоксинам и применение
пектина как детоксиканта при заболеваниях человека.
2. Разработка технологии получения белковых препаратов с заданными свойствами из
крови убойных животных.
Изучается возможность применения сывороточных белков, выделенных из крови, в
качестве препаратов для сбалансированного белкового питания животных, возможность
влияния альбумина крови на эндогенную интоксикацию организма. На основании данных
о механизмах развития заболеваний у человека и животных будут подбираться
профилактические мероприятия, направленные на сохранение здоровья.
3. Влияние спектрального излучения и фармакологических препаратов на метаболические
процессы стволовых клеток и клеток крови.
Исследование стволовых клеток в процессах воспаления и регенерации. Будут изучаться
влияния НЭГНЛ, новых фармакологических средств и биологически активных веществ на
метаболические процессы клеток крови, а также будут разработаны новые технологии
оценки влияния этих факторов на мембранотропные эндотоксины.
4. Изучение апоптоза и структурно-функциональных особенностей стволовых клеток и
клеток крови при воздействии биологически активных веществ.
Направление исследования включает изучение биохимических аспектов функциональной
диагностики с целью проведения исследований в медицинской биохимии. Изучаются
структурно-функциональные, биохимические особенности протеома клеток в норме и при
патологии. Кроме того, будут исследованы механизмы влияния апоптоза на протеом и на
структурно-функциональные особенности клеток крови при хронизации воспалительного
процесса.
На кафедре активно функционируют лаборатории биохимии, иммунофлуоресцентного
анализа.
Научные направления зоология
Исследования в области экологической физиологии гидробионтов
Одним из перспективных научных направлений кафедры зоологии Мордовского
госуниверситета являются исследования в области экологической физиологии
гидробионтов, которые проводятся в сотрудничестве с кафедрой ихтиологии Московского
госуниверситета. Эти исследования посвящены одной из фундаментальных проблем
экологии – понятию экологического оптимума. Сотрудниками кафедры исследовано
влияние колебаний факторов среды (температура, рН, свет, соленость) на различные
стороны жизнедеятельности пойкилотермных гидробионтов. В качестве объектов
исследования использованы разные в филогенетическом отношении группы гидробионтов
– ракообразные, моллюски, рыбы, земноводные.
На смену имеющейся позиции, согласно которой за оптимум принимается определенная
количественная доза фактора, обеспечивающая наиболее благоприятные условия для
жизнедеятельности организма, выдвигается новая концепция экологического оптимума,
подтвержденная литературными данными и результатами собственных исследований.
Оптимальными для жизнедеятельности гидробионтов являются не определенные
статичные условия, а небольшие периодические отклонения параметров среды от этого
константного уровня. При этом наиболее благоприятной для их жизнедеятельности
является динамика воздействий фактора, которая реализуется организмами в результате
их самопроизвольного перемещения в градиентном поле. При действии колебаний
различных по своей природе экологических факторов на разные в филогенетическом
отношении группы гидробионтов и этапы их жизненного цикла наблюдаются сходные
эффекты, проявляющиеся в ускорении роста и развития, оптимизации энергетики и
улучшении физиологического состояния организмов. Это свидетельствует об
общебиологической закономерности оптимального воздействия астатичности среды на
пойкилотермных гидробионтов.
Полученные данные свидетельствуют, что современные технологии культивирования
гидробионтов, основанные на традиционной концепции экологического оптимума,
должны быть пересмотрены и ориентированы на использование градиентных условий,
обеспечивающих возможность самостоятельного выбора организмами тех или иных
параметров среды в зависимости от их физиологического состояния. Значительное
ускорение роста и развития, улучшение состояния и качества молоди рыб и других
гидробионтов в переменных режимах свидетельствует об их перспективности в условиях
аквакультуры.
Результаты исследований ежегодно публикуются в различных отечественных и
зарубежных журналах: «Вопросы ихтиологии», «Зоологический журнал»,
«Гидробиологический журнал», «Доклады Академии наук», «Известия РАН», «Успехи
современной биологии» и др.
Структура и функционирование водных и наземных экосистем бассейна Средней Волги.
Данная тема разрабатывается на биофаке уже более 50 лет. В рамках этой темы изучены
гидрофауна Пензенского водохранилища, макрозообентос Свияжского залива
Куйбышевского водохранилища. С целью изучения редких видов животных и в рамках
хоздоговорной темы с Министерством природных ресурсов РМ (Ведение Красной книги
Мордовии) ведется мониторинг популяций редких видов животных на территории
Мордовии. Также в 2008 году выполнена хоздоговорная работа по инвентаризации особо
охраняемых природных территорий Мордовии, включающая 107 объектов. Активно
изучается ихтиофауна как региона, так и бассейнов рек Мокши и Суры. Ведутся
фаунистические исследования и изучается распространение мелких и крупных
млекопитающих Мордовии.