Сайт в стадии разработки [Старая версия сайта]
Самый цитируемый биологический институт РФ *

Отдел биохимии вирусов растений

Отдел организован в 1965 г., его первым и бессменным руководителем является академик РАН и РАСХН, действительный член Европейской Академии, профессор, И.Г. Атабеков. Отдел занимается изучением структуры и механизмов выражения генома на моделях вирусов четырех разных групп: тобамовирусы, потеквирусы, гордеивирусы и клостеровирусы. Также изучает молекулярные механизмы транспорта (внутриклеточного, межклеточного и системного) вирусов в растениях на моделях тобамо-, потекс- и гордеивирусов, механизмы регуляции трансляции вирусных РНК. В отделе конструируют вирусные векторы на основе геномов тобамовирусов, способных продуцировать в зараженном растениии два и более целевых белка для биотехнологических целей, создают трансгенные растения, устойчивые к вирусам и вироидам, на основе новых стратегий индукции устойчивости, в частности, с использованием генов клеточных белков-рецепторов. Также ведется разработка и усовершенствование иммунохимических и молекулярно-генетических методов массовой диагностики вирусов и вироидов растений.

Основные направления научных исследований

Изучение механизмов выражения генома и молекулярных механизмов транспорта (внутриклеточного, межклеточного и системного) вирусов в растениях на моделях тобамо-, потекс- и гордеивирусов. Изучение структуры вирусов, транспортных комплексов и свойств вирусных и клеточных белков, участвующих в транспорте макромолекул в растениях. Разработка стратегий суперпродукции целевых белков или эпитопов вакцинных белков в растениях с помощью вирусов-векторов на основе геномов тобамовирусов и потексвирусов. Разработка технологий создания вакцин нового поколения, несущих эпитопы возбудителей инфекционных заболеваний человека и животных на поверхности вирусных наночастиц. Оптимизация высокочувствительных молекулярных технологий массовой диагностики вирусов и вироидов растений.

Основные научные достижения отдела

(i) Исследование структуры и механизма экспрессии вирусных геномов. Структура вирусов и свойства белков оболочки.

На основании определения первичной структуры полных геномов двух представителей потексвирусов и двух гордеивирусов, клостеровируса и тобамовируса выяснена принципиальная организация геномов вирусов этих групп [FEBS Letters, 1987; J.Mol.Biol., 1991a; J.Gen.Virol., 1991b; PNAS, 1992; FEBS Letters, 1994; Virology, 1994, 1996; Arch.Virology,1996]. Выявлены структурные элементы 5’-концевой нетранслируемой последовательности РНК ХВК (альфабета-лидера), определяющие его способность выполнять функцию трансляционного энхансера [J.Gen.Virol, 1993]. Описан новый для тобамовирусов механизм внутренней инициации трансляции для экспрессии двух вирусных генов, транспортного белка (ТБ) и белка оболочки (БО) [Virology, 1997, 1999, PNAS,2002; ДАН РАН, 2003; J.Gen.Virol. 2005, 2006]. Выявлены уникальные гены гомолога шаперонов НSP70, дивергированного дубликата БО клостеровирусов [J.Mol.Biol.,1991; PNAS, 1992; Virology, 1994] Открыта новая структура нитевидных частиц вируса желтухи свеклы, состоящая из двух БО [PNAS, 1995], исследованы функции и биохимические активности некоторых белков клостеровирусов [J.Gen.Virol., 1994, 1997, 1998, 2001, 2003]. Впервые предложена детализированная модель пространственной структуры БО потивируса [J.Virol.,2001] и БО Х-вируса картофеля (потексвирус) [J.Virol. 2001; Молекулярная биология 2004, 2007; Virology, 2008]. Изучены процессы индуцированной нагреванием или детерентами аморфной агрегации белка оболочки ВТМ и белка оболочки ХВК [ДАН РАН 2005, Intern. J. Biochem.Cell.Biol. 2006; Молекулярная биология 2007, Biophys. Chem., 2007].

(ii) Исследование молекулярных механизмов транспорта вирусной инфекции в растении.

Впервые сформулирована идея активного вирус-кодируемого транспорта вирусной инфекции в растениях [Virology 1983 a,b,c; Adv. Virus Res., 1984]. Впервые выделены и охарактеризованы вирус-специфические информосомо-подобные рибонуклеопротеиды (вРНП) [Virology, 1983, 1984a], которые, как предполагается, являются транспортной формой вируса табачной мозаики (ВТМ) [Virology, 1984b]. Показано, что транспортный белок (ТБ) ВТМ обладает способностью ингибировать трансляцию вирусной РНК in vitro и in vivo [Virology, 1997; 1999]. Доказано участие участка внутренней посадки рибосом для ТБ в транспорте и репродукции ВТМ [J.Gen.Virol., 2004]. Впервые изучены комплексы между ТБ ВТМ и РНК ВТМ in vitro c помощью атомной силовой микроскопии [J.Gen.Virol.,2001]. Выявлены и изучены функции клеточных пектинметилэстеразы и протеинкиназ в межклеточном транспорте ВТМ [FEBS Lett.,1999; J.Gen.Virol.,2003; ДАН РАН, 2004; FEBS Letters, 2007a,b]. Открыт новый консервативный модуль генов (тройной блок транспортных генов), ответственный за транспорт вирусных геномов в зараженных растениях [FEBS Lett., 1987, J.Mol.Evol., 1989; Virology, 1996]. Изучена субдоменная организация белка, кодируемого первым геном ТБГ, охарактеризована его РНК-связывающая, АТФазная и хеликазная активности [Virology, 1999; J.Gen.Virol.,2001; Virology, 2002; Plant J., 2005; J.Gen.Virology, 2006. 2009; Биохимия, 2010]. Открыто явление котранспорта мембранно-связанных ТБ ТБГ [Virology, 2000; J.Gen.Virol.,2003]. Изучен внутри- и межклеточный транспорт белка ТБГ1, направляемый белками ТБГ2/ТБГ3, и выявлена роль ассоциации белка ТБГ1 с микротрубочками в этих процессах [MPMI,2004; Open Virology J., 2011]. Показана роль трансмембранных сегментов белков ТБГ2 и ТБГ3 и высокомолекулярных комплексов белка ТБГ3 во внутриклеточном транспорте [J.Gen.Virol.,2005; Plant J., 2006; J.Virol.,2008; Biochemie, 2011]. Выявлены общие закономерности и особенности транспорта вирусов растений с тройным блоком транспортных генов [J.Gen.Virol., 2003; Mol. Plant Microbe Interact., 2010].

Открыты механизмы трансляционной активации вирионов ХВК:

  1. с участием белка ТБГ1, основанные на линейной передаче конформационных изменений вдоль спиральной структуры, которые приводят к дестабилизации полярной спирали нуклеокапсида [Virology, 2000; J.Mol.Biol., 2003; J.Mol.Biol., 2003; Молекулярная биология, 2006];
  2. путем фосфорилирования N-концевого района БО в составе вириона [Virology, 2001; Молекулярная биология, 2006].

Локализованы участки взаимодействия между белком ТБГ1 и БО ХВК [Mol. Plant Physiol. 2008] и охарактеризована структурная перестройка молекул БО в составе вириона при этих взаимодействиях [FEBS J., 2009]. Показано, трансляционная активация вирионов ТБ представляет общий механизм, характерный для потексвирусов [Доклады РАН, 2009; The Open Virology J., 2011]. Впервые охарактеризованы возможные транспортные формы ХВК и вируса розетчатости арахиса [J.Virol., 2003; J.Gen.Virol., 2006, Mol. Plant Pathol., 2007; J.Mol.Biol., 2008]. Выявлена и исследована роль цистеин-богатого белка гамма-b в супрессии посттрансляционного умолкания генов [J.Virol., 2002; J.Gen.Virol., 2005]. Выявлен новый класс малых цистеин-богатых белков, являющихся детерминантами вирусной патогенности [J.Gen.Virol., 2005; Мол. биология, 2005; J.Gen.Virol., 2009]. Впервые охарактеризованы клеточные белки (А4/1 и фибрилларин), участвующие в транспорте вирусов в растениях, установлена функция фибрилларина и охарактеризованы структурные и РНК-связывающие свойства этих клеточных белков [Mol. Plant Microbe Interact., 2006; ДАН РАН, 2006; EMBO, 2007; PNAS, 2007; ДАН РАН, 2009; Biochemie, 2011; NAR, 2011].

(iii) Нанобиотехнологии; средства диагностики

На основе геномов ВТМ и ХВК и нового штамма вируса мозаики альтернантеры сконструированы рекомбинантные векторы, обеспечивающие эффективную экспрессию целевых (модельных) белков и белка оболочки [Биохимия, 2006; Virus Genes, 2011: Acta Naturae, 2011]. Осуществлена суперэкспрессия с вирусных векторов в растениях туберкулезных антигенов [Tuberculosis Edinb., 2007] и миелоцитокинов человека [Биохимия, 2009]. Разработана оригинальная технология создания вирусов–«наноконтейнеров», состоящих из белков оболочки вирусов растений и вакцинных полипептидов (антигенов вируса гриппа) и/или биологически активных веществ [патенты № 2009145176, № 200914863, № 2009148631] и новые способы получения биологически активных нанокомплексов [Биоорганическая химия, 2011]. Изучены структура и свойства искусственных вирусоподобных частиц [Коллоидный журнал, 2011; Acta naturae, 2011]. Разработана принципиально новая технология получения сферических наночастиц при термической обработке вирионов и белка оболочки ВТМ и способ нековалентной иммобилизации белка на этих частицах [J.Gen.Virol., 2011; ВМС, 2011].

Разработаны диагностические средства для ИФА вирусов картофеля и плодовых культур на основе оригинальной аналитической системы «Пиротест» с использованием в качества фермента-маркера неорганической пирофосфатазы E.coli [Защита и карантин растений, 2000; Аграрная Россия, 2003; Качество семенного картофеля. Учебно-методическое пособие, 2003; Сельскохозяйственная биотехнология, 2007] и высокочувствительная система серийной экспресс-диагностики вироида картофеля, сочетающая молекулярную гибридизацию с применением кДНК зондов на основе диен-платины с иммуноферментным анализом [Картофель и овощи, 2000; Качество семенного картофеля. Учебно-методическое пособие, 2003].

Разработан высокочувствительный иммунохроматографический экспресс-метод для определения нескольких вирусов растений [Прикладная биохимия и микробиология, 2009; Биохимия, 2009,2010].

Разработана эффективная система для продукции гранулоцитарного и гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующих факторов человека (hG-CSF и hGM-CSF соответственно) в растениях Nicotiana benthamiana. Впервые сконструированы векторы для временной экспрессии hG-CSF и hGM-CSF в растениях на основе тобамовируса, геномная РНК которого транскрибируется под контролем эукариотического промотора. Полученные векторы обеспечивали эффективную экспрессию целевого белка в листьях растений Nicotiana benthamiana. Разработаны диагностические средства для тестирования вирусов картофеля и плодовых культур на основе оригинальной аналитической системы «Пиротест» с использованием в качества фермента-маркера неорганической пирофосфатазы E.coli. Основными преимуществами данной системы являются высокая чувствительность и специфичность определения, высокая стабильность конъюгатов, отсутствие канцерогенных и токсических свойств субстрата, высокая достоверность визуальной оценки результатов реакции [Защита и карантин растений, 2000]. Разработана новая высокочувствительная система серийной экспресс-диагностики вироида картофеля, сочетающая молекулярную гибридизацию с применением кДНК зондов на основе диен-платины с иммуноферментным анализом [Картофель и овощи, 2000] Разработана технология создания вирусов–«наноконтейнеров», состоящих из белков оболочки вирусов растений и вакцинных полипептидов (антигенов вируса гриппа). Технология получения двух- и трехкомпонентных наноконтейнеров является полностью оригинальной и не имеет аналогов в мире.

Участие в научно-исследовательских проектах и грантовая поддержка

Гранты

Федеральные программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения", "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002-2006 годы", проект "Молекулярно-биологические основы диагностики и профилактики особо опасных болезней сельскохозяйственных животных и растений"; программа "Развитие новых направлений биотехнологии и биобезопасности", проект "Создание трансгенных растений - суперпродуцентов гетерологичных белков (в том числе медицинского назначения)"; программа "Фитобиотехнология", проект "Изучение роли протеинкиназ в межклеточном транпорте и путей их использования в создании вирусоустойчивых растений", "Интеграция", "Международные проекты" Минпромнауки РФ, "Университеты России".

Сотрудничество с российскими и зарубежными научными организациями

Совместные проекты. В России: совместно с Центром "Биоинженерия" РАН, Институтом цитологии СО РАН, ИБХ РАН, Физическим факультетом МГУ, ВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии РАСХН, ВНИИ картофельного хозяйства РАСХН, Всероссийским селекционно-технологическим институтом садоводства и питомниководства РАСХН. За рубежом: с Институтом Фридриха Мишера г. Базель, Швейцария; Университетом Стони Брук г. Нью-Йорк, США; Биотехнологическим центром Университета г. Хельсинки и Университетом г. Турку, Финляндия; Институтом биохимии, вирусов растений и биозащиты г. Брауншвейг и Федеральным центром биологических исследований г. Доссельхейм, Германия; Шотландским институтом растениеводства, Великобритания.

Научные премии

Достижения отдела отмечены Государственной премией (1994 г. - И.Г. Атабеков, Ю.Л. Дорохов, М.Э. Тальянский, С.И. Малышенко; 2009 г. - И.Г. Атабеков), премией им. Д.А. Сабинина биологического факультета МГУ (И.Г. Атабеков, А.А. Аграновский; ), премиями Европейской академии наук для молодых ученых (А.Г. Соловьев, Е.Н. Савенков), Государственной премией РФ для молодых ученых (А.Г. Соловьев, О.Н. Федоркин, Е.Н. Савенков). Ломоносовской премией МГУ (И.Г. Атабеков), дипломами 1ой степени 3ей Международной выставки "Инновации-2000. Технологии живых систем", сотрудники отдела награждены медалями ВВЦ. И.Г. Атабеков - лауреат премии им. М.В. Ломоносова 1-ой степени (МГУ, 1998г.), премии им. R. Francki (Международное общество вирусологов, 2000г.). Работы по диагностике вирусов и вироидов отмечены 4-мя золотыми и 1-ой серебряной медалями ВВЦ.

Педагогическая деятельность

Отдел активно принимает участие в учебном процессе кафедры вирусологии биологического факультета. Свои лекционные курсы читают профессора: Атабеков Иосиф Григорьевич (Экспрессия плюс-РНК содержащих вирусных геномов), Морозов Сергей Юрьевич (Частная вирусология. ДНК-содержащие вирусы), Соловьев Андрей Геннадьевич (Частная вирусология. Бактериофаги; Структура вирусных частиц). Раздел «Иммунохимия» большого практикума по вирусологии ведет профессор Калинина Наталья Олеговна.

Подразделения отдела

  • Лаборатория нуклеиново-белковых взаимодействий Заведующий: доктор химических наук, , Дрыгин Юрий Федорович

    В лаборатории ведется поиск клеточных ковалентных соединений РНК-белок, структурно подобных вирусным в химическом связывании друг с другом. Ведется также разработка методов молекулярной диагностики вирусных инфекций и получение антител к вирусным РНК.

  • Лаборатория генной инженерии вирусов Заведующий: доктор биологических наук, профессор, Морозов Сергей Юрьевич

    В лаборатории ведется изучение межклеточного и внутриклеточного транспорта вирусов растений. Основными направлениями научной работы отдела является изучение участия в транспорте вирусного генома по растению тройного блока гена гордеивирусов и потексвирусов, а также изучения роли отдельных внутриклеточных органелл и клеточных белков в процессе развития вирусной инфекции в растениях. Отдельной задачей стоит изучение функций и роли в развитии клеточной инфекции цистеин-богатых белков различных групп растительных вирусов.

Все сотрудники отдела

Штатные сотрудники

На обучении

Избранные статьи Все статьи
  1. Rakitina D.V., Taliansky M., Brown J.W.S., Kalinina N.O. (2011) Two RNA-binding sites in plant fibrillarin provide interactions with various RNA substrates. Nucleic Acids Research, 39 (20): 8869-8880.

  2. Makarova S.S., Minina E.A., Makarov V.V., Semenyuk P.I., Kopertekh L., Schiemann J., Serebryakova M.V., Erokhina T.N., Solovyev A.G., Morozov S.Y. (2011) Orthologues of a plant-specific At-4/1 gene in the genus Nicotiana and the structural properties of bacterially expressed 4/1 protein. Biochimie, 93 (10): 1770-1778.

  3. Trifonova E., Nikitin N., Karpova O., Atabekov J. (2011) In vitro assembly of compositions consisting of antigens and spherical nanoparticles generated by plant viruses. FEBS Journal, 278: 443.

  4. Atabekov J., Nikitin N., Arkhipenko M., Chirkov S., Karpova O. (2011) Thermal transition of native tobacco mosaic virus and RNA-free viral proteins into spherical nanoparticles. Journal of General Virology, 92: 453-456.

  5. Gavryushina E.S., Bryantseva S.A., Nadezhdina E.S., Zatsepin T.S., Toropygin I.Y., Pickl-herk A., Blaas D., Drygin Y.F. (2011) Immunolocalization of Picornavirus RNA in infected cells with antibodies to Tyr-pUp, the covalent linkage unit between VPg and RNA. Journal of Virological Methods, 171 (1): 206-211.

  6. Makarov V.V., Rybakova E.N., Efimov A.V., Dobrov E.N., Serebryakova M.V., Solovyev A.G., Yaminsky I.V., Taliansky M.E., Morozov S.Y., Kalinina N.O. (2009) Domain organization of the N-terminal portion of hordeivirus movement protein TGBpl. Journal of General Virology, 90: 3022-3032.

  7. Zayakina O., Arkhipenko M., Smirnov A., Rodionova N., Karpova O., Atabekov J. (2009) Restoration of potato virus X coat protein capacity for assembly with RNA after His-tag removal. Archives of Virology, 154 (2): 337-341.

  8. Atabekov J., Dobrov E., Karpova O., Rodionova N. (2007) Potato virus X: structure, disassembly and reconstitution. Molecular Plant Pathology, 8 (5): 667-675.

  9. Kim S.H., Macfarlane S., Kalinina N.O., Rakitina D.V., Ryabov E.V., Gillespie T., Haupt S., Brown J.W.S., Taliansky M. (2007) Interaction of a plant virus-encoded protein with the major nucleolar protein fibrillarin is required for systemic virus infection. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 104 (26): 11115-11120.

  10. Kim S.H., Ryabov E.V., Kalinina N.O., Rakitina D.V., Gillespie T., Macfarlane S., Haupt S., Brown J.W.S., Taliansky M. (2007) Cajal bodies and the nucleolus are required for a plant virus systemic infection. EMBO Journal, 26 (8): 2169-2179.

  11. Karpova O.V., Zayakina O.V., Arkhipenko M.V., Sheval E.V., Kiselyova O.I., Poljakov V.Y., Yaminsky I.V., Rodionova N.P., Atabekov J.G. (2006) Potato virus X RNA-mediated assembly of single-tailed ternary 'coat protein-RNA-movement protein' complexes. Journal of General Virology, 87: 2731-2740.

  12. Zamyatnin A.A., Solovyev A.G., Bozhkov P.V., Valkonen J.P.T., Morozov S.Y., Savenkov E.I. (2006) Assessment of the integral membrane protein topology in living cells. Plant Journal, 46 (1): 145-154.

  13. Bayne E.H., Rakitina D.V., Morozov S.Y., Baulcombe D.C. (2005) Cell-to-cell movement of Potato Potexvirus X is dependent on suppression of RNA silencing. Plant Journal, 44 (3): 471-482.

  14. Selivanov V.A., Meshalkina L.E., Solovjeva O.N., Kuchel P.W., Ramos-montoya A., Kochetov G.A., Lee P.W.N., Cascante M. (2005) Rapid simulation and analysis of isotopomer distributions using constraints based on enzyme mechanisms: an example from HT29 cancer cells. Bioinformatics, 21 (17): 3558-3564.

  15. Rodionova N.P., Karpova O.V., Kozlovsky S. V., Zayakina O.V., Archipenko M.A., Atabekov J.G. (2003) Linear Remodeling of Helical Virus by Movement Protein Binding. J. Molec. Biol., 333 (3): 565-572. >>

  16. Kiselyova O.I., Yaminsky I.V.,Rodionova N.P., Karpova O.V., Kozlovsky S. V., Archipenko M.A., Atabekov J.G. (2003) AFM study of potato virus X disassembly induced by movement protein. J. Molec. Biol., 332 (2): 321-325. >>

  17. Morozov S.Y., Solovyev A.G. (2003) Triple gene block: modular design of a multifunctional machine for plant virus movement. Journal of General Virology, 84: 1351-1366.

  18. Taliansky M., Roberts I.M., Kalinina N., Ryabov E.V., Raj S.K., Robinson D.J., Oparka K.J. (2003) An umbraviral protein, involved in long-distance RNA movement, binds viral RNA and forms unique, protective ribonucleoprotein complexes. Journal of Virology, 77 (5): 3031-3040.

  19. Gulevich A.Y., Yusupova R.A., Drygin Y.F. (2002) VPg unlinkase, the phosphodiesterase that hydrolyzes the bond between VPg and picornavirus RNA: A minimal nucleic moiety of the substrate. Biochemistry-Moscow, 67 (6): 615-621.

  20. Kalinina N.O., Rakitina D.V., Solovyev A.G., Schiemann J., Morozov S.Y. (2002) RNA helicase activity of the plant virus movement proteins encoded by the first gene of the triple gene block. Virology, 296 (2): 321-329.

  21. Dorokhov Y.L., Skulachev M.V., Ivanov P.A., Zvereva S.D., Tjulkina L.G., Merits A., Gleba Y.Y., Hohn T., Atabekov J.G. (2002) Polypurine (A)-rich sequences promote cross-kingdom conservation of internal ribosome entry. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 99 (8): 5301-5306.

  22. Kalinina N.O., Rakitina D.A., Yelina N.E., Zamyatnin A.A., Stroganova T.A., Klinov D.V., Prokhorov V.V., Ustinova S.V., Chernov B.K., Schiemann J., Solovyev A.G., Morozov S.Y. (2001) RNA-binding properties of the 63 kDa protein encoded by the triple gene block of poa semilatent hordeivirus. Journal of General Virology, 82: 2569-2578.

  23. Atabekov J.G., Rodionova N.P., Karpova O.V., Kozlovsky S.V., Novikov V.K., Arkhipenko M.V. (2001) Translational activation of encapsidated potato virus X RNA by coat protein phosphorylation. Virology, 286 (2): 466-474.

  24. Atabekov J.G., Rodionova N.P., Karpova O.V., Kozlovsky S.V., Poljakov V.Y. (2000) The movement protein-triggered in situ conversion of potato virus X virion RNA from a nontranslatable into a translatable form. Virology, 271 (2): 259-263.