О лаборатории

Основные направления деятельности:

1. Применение наноматериалов для модификации биоэлектродов и биокатализаторов с целью увеличения эффективности функционирования биоэлектрохимических систем и получения новых свойств биокатализаторов.
2. Поиск специфических оксидаз и направленное изменение свойств ферментов с использованием методов молекулярной биотехнологии для применения в биоэлектрохимических системах.
3. Биоэлектрохимические системы: микробные и ферментные топливные элементы различной конструкции и назначения. Биосенсоры для определения степени загрязнения объектов окружающей среды и токсичности
4. Закономерности функционирования микроорганизмов-деструкторов в процессах биотрансформации и биодеградации ксенобиотиков и других загрязнителей
5. Биосурфактанты микроорганизмов: строение, свойства, перспективы практического использования в экобиотехнологии и фармацевтической медицине.

Состав лаборатории

Коллектив лаборатории на 75% состоит из сотрудников до 39 лет, в том числе кандидатов наук, аспирантов и магистрантов. Подробнее о сотрудниках лаборатории можно узнать в разделе Структурные подразделения.

Область применения разработок

Polymer-Based Conductive Nanocomposites for the Development of Bioanodes Using Membrane-Bound Enzyme Systems of Bacteria Gluconobacter oxydans in Biofuel Cells Разработка биотопливных элементов (БТЭ) в настоящее время имеет большой потенциал, поскольку эти устройства могут использоваться в качестве альтернативных источников энергии. В данной работе исследуются перспективные материалы для иммобилизации биоматериалов в биоэлектрохимических устройствах на основе сравнительного анализа энергетических характеристик (генерируемый потенциал, внутреннее сопротивление, мощность) биотопливных элементов. Биоаноды формируют путем иммобилизации мембраносвязанных ферментных систем бактерий Gluconobacter oxydans ВКМ В-1280, содержащих пирролохинолинхинонзависимые дегидрогеназы, в гидрогели композитов на основе полимеров с углеродными нанотрубками. В качестве матриц используются природные и синтетические полимеры, а в качестве наполнителей – многостенные углеродные нанотрубки, окисленные в парах перекиси водорода (MWCNTox). Отношение интенсивностей двух характерных пиков, связанных с присутствием атомов С в sp3- и sp2-гибридизации для исходного и окисленного материалов, составляет 0,933 и 0,766 соответственно. Это доказывает пониженную степень дефектности MWCNTox по сравнению с исходными нанотрубками. MWCNTox в биоанодных композитах значительно улучшают энергетические характеристики БТЭ. Гидрогель хитозана в композиции с MWCNTox является наиболее перспективным материалом для иммобилизации биокатализатора для разработки биоэлектрохимических систем. Максимальная плотность мощности составила 1,39·10–5 Вт/мм2, что в 2 раза превышает мощность БТЭ на основе других полимерных нанокомпозитов.
Biocompatible Silica-Polyethylene Glycol-Based Composites for Immobilization of Microbial Cells by Sol-Gel Synthesis Разработаны биокатализаторы на основе метилотрофных дрожжей Ogataea polymorpha ВКМ Y-2559, иммобилизованных в нанокомпозиты на полимерной основе, для очистки метанол-содержащих сточных вод. Кремнийорганические композиты с различным соотношением матрицы и наполнителя, полученные из тетраэтоксисилана (ТЭОС), метилтриэтоксисилана (МТЭС) в присутствии полиэтиленгликоля (SPEG-композит) и из полиэтиленгликоля кремния (STPEG-композит), отличаются структурой силикатной фазы и ее распределением в композитной матрице. Методы флуоресцентной и сканирующей микроскопии впервые подтвердили образование кремнийорганической оболочки вокруг живых дрожжевых клеток при синтезе золь-гель биоSTPEG-композита. Инкапсулированные микробные клетки защищены от ультрафиолетового излучения и токсического действия ионов тяжелых металлов. Биофильтры на основе разработанных биокатализаторов характеризуются высокой эффективностью утилизации сточных вод, богатых метанолом – их окислительная способность достигала 900 gO2/(м3×цикл), степень очистки составляла до 60%.
Hydrocarbons Biodegradation by Rhodococcus: Assimilation of Hexadecane in Different Aggregate States Целью данного исследования было выявление особенностей адаптации родококков к гидрофобной деградации углеводородов при низких температурах, когда субстрат находился в твердом состоянии. Описана способность актинобактерий Rhodococcus erythropolis (штаммы X5 и S67) разлагать гексадекан при 10 °С (твердый гидрофобный субстрат) и 26 °С (жидкий гидрофобный субстрат). Несмотря на твердое состояние гидрофобного субстрата при 10 °С, бактерии демонстрируют высокий уровень его деградации (30–40%) в течение 18 сут. Впервые показано, что при деградации твердого гексадекана родококками при низких температурах образуются специализированные клеточные структуры: внутриклеточные мультимембранные структуры и поверхностные везикулы, соединенные с клеткой волокнами. Формирование специализированных клеточных структур при выращивании бактерий Rhodococcus на твердом гексадекане является важным адаптивным признаком, способствуя увеличению площади контакта между мембраносвязанными ферментами и гидрофобным субстратом.
Isolation and Characterization of Homologically Expressed Methanol Dehydrogenase from Methylorubrum extorquens AM1 for the Development of Bioelectrocatalytical Systems (Са2+)-зависимая пирролохинолинхинон (PQQ)-зависимая метанолдегидрогеназа (МДГ) (КФ: 1.1.2.7) является одним из ключевых ферментов первичного метаболизма С1-соединений при метилотрофии. PQQ-MDH является многообещающим катализатором для электрохимических биосенсоров и биотопливных элементов. Однако широкомасштабное использование PQQ-MDH в биоэлектрокатализе невозможно из-за низкого выхода нативного фермента. Гомологичную сверхэкспрессию МДГ получали у метилотрофных бактерий Methylorubrum extorquens AM1 путем клонирования гена только одной субъединицы mxaF. Фермент легко очищался с помощью аффинной хроматографии с иммобилизованными ионами металлов (выход 36%). Впервые продемонстрирована мультимерная форма (α6β6) рекомбинантного PQQ-MDH, обладающая ферментативной активностью (0,54 ед/мг) и высокой стабильностью. рН-оптимум очищенного белка был около 9-10; фермент активировали ионами аммония. Он имел самое высокое сродство к метанолу (КМ = 0,36 мМ). Рекомбинантный фермент МДГ использовали для изготовления амперометрического биосенсора. Его линейный диапазон для концентраций метанола составил 0,002-0,1 мМ, предел обнаружения – 0,7 мкМ. Свойства изобретенного биосенсора не уступают аналогам, что делает его перспективным катализатором для промышленных биосенсоров на метанол. Разработанная упрощенная технология получения PQQ-MDH открывает новые возможности для разработки биоэлектрокаталитических систем.
Functionalization of Carbon Nanotubes Surface by Aryl Groups: A Review. Углеродные нанотрубки (УНТ) являются современным материалом, который, с момента их открытия в 1993 году широко используются в различных сферах человеческой деятельности. Было получено большое число разнообразных форм УНТ. Ввиду сильного Вандер-Ваальсового взаимодействия между ароматическими системами УНТ «слипаются» в плотные агрегаты, что делает их практически нерастворимыми, из-за чего значительно усложняется создание композитных материалов на их основе. Для решения этой проблемы было предложено использовать различные методы функционализации поверхности УНТ, благодаря чему происходит ослабление межмолекулярных взаимодействий. Арилированные нанотрубки отличаются повышенной растворимостью и широко используются в фотоэлектронике, полупроводниковой технике и биоэлектрокатализе. Обзорная статья обобщает результаты современных исследований по методам арилирования углеродных нанотрубок по радикальному механизму. В обзоре упор делается на методы введения арильных радикалов по реакциям Гомберга-Бахмана и Биллапса, а также разложением пероксидов. В то же время рассматриваются и менее распространенные подходы. Для каждой из описанных реакций представлен механизм в контексте влияния на свойства функционализированных нанотрубок и их применения. В результате это позволит выбрать оптимальный метод модификации для конкретных практических задач.

Партнеры

1. ООО «ПромБиТ» (ПромБиотехнологии) – Инновационное предприятие индустриальной площадки в г. Ефремов по глубокой переработке зерна и выпуску пищевых и кормовых ингредиентов с использованием инновационных биотехнологий. (https://prombiotech.ru)
2. ГК «БИОМ» – предприятие использует естественные природные механизмы для создания средств защиты растений и продуктов для улучшения экологии. (https://www.biom-group.ru/)
3. Агрофид ЛТД (Агрофид рус) – производство высококачественных премиксов для всех видов продуктивных сельскохозяйственных животных. (http://www.agrofeed.ru)
   
   

Контакты

• адрес: 300012, г. Тула, ул. Ф. Энгельса, 157, ауд. 202;
• телефон: 8 (4872) 25-24-90;
• электронная почта: ecobiolab@yandex.ru