Лаборатория обеспечивает проведение высокотехнологичных и высокопроизводительных анализов для решения задач Института.
Сейчас в составе лаборатории работают несколько групп, каждая из которых поддерживает одну из областей технологий: высокопроизводительное секвенирование, масс-спектрометрия, автоматизированный химический синтез.
Лаборатория выполняет высокотехнологичные анализы сложносоставных биологических образцов различного происхождения методами высокопроизводительного секвенирования на приборах 2-го (MGI, Illumina) и 3-го поколения (Oxford Nanopore Technologies), секвенирования по Сэнгеру, а также методами ВЭЖХ-МС с помощью масс-спектрометров высокого разрешения на основе орбитальной ионной ловушки и высокочувствительных масс-спектрометров типа "тройной квадруполь". Кроме того, в лаборатории осуществляется синтез пептидов жидкофазным и автоматизированным твердофазным методами, в том числе, меченных стабильными изотопами пептидных стандартов для протеомики. Также в лаборатории запущен технологический цикл высокопараллельного синтеза олигонуклеотидов для использования в качестве праймеров и в сборке генов методом ПЦР.
Задачи, решаемые лабораторией, ставятся пользователями в ходе работ по нескольким видам проектов:
государственные задания, распоряжения и приказы руководства Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителе и благополучия человека (Роспотребнадзора);
инициативные проекты, проводимые на базе НИИ СБМ сотрудниками Института;
проекты, проводимые в рамках договоров, заключенных с иными организациями, находящимися в ведомстве Роспотребнадзора;
проекты, проводимые в рамках договоров, заключенных с организациями иных ведомств и министерств.
Также сотрудники лаборатории ведут собственные научные исследования и разработки. Среди основных направлений:
Анализ и оценка рисков биологических угроз.
Изучение новых потенциально патогенных для человека вирусов из млекопитающих.
Эволюция и филогеография коронавирусов.
Разработка методов протеогеномного профилирования биологических организмов.
Создание прогностических и диагностических методов на основе протеомного анализа плазмы крови.
Мутагенез ферментов с целью повышения термической и конформационной стабильности, а также с целью увеличения специфичности и активности.
Разработка новых подходов к автоматизации пептидного синтеза с использованием в качестве носителя пептидной цепи липофильных "якорей".
Группа высокопроизводительного секвенирования
Выполняемые работы
Выделение нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) из биологического материала (в том числе использованием автоматических станций для выделения).
Постановка реакции ПЦР (в том числе в режиме реального времени).
Детекция продуктов амплификации методом гель-электрофореза и капиллярного гель-электрофореза.
Подготовка библиотек для секвенирования с помощью реагентов и по протоколам ведущих производителей реагентов, а также с помощью протоколов, адаптированных для работы с реагентами российского производства и реагентами, производимыми в НИИ СБМ.
Секвенирование по Сэнгеру с применением генетического анализатора Honor 1616.
Разработка новых протоколов для подготовки библиотек к секвенированию и создание методических рекомендаций по секвенированию геномов патогенов человека и животных.
Полногеномное секвенирование геномов вируса SARS-CoV-2 с целью отслеживания его изменчивости и распространения.
Генетический анализатор Honor 1616 для секвенирования и фрагментного анализа.
Роботизированная станция для подготовки библиотек для высокопроизводительного секвенирования (NGS) Tecan Freedom EVO, Tecan (Швейцария).
Роботизированные станции для выделения нуклеиновых кислот KingFisher Apex Benchtop Sample Prep, ThermoFisher Scientific (США).
Электрофорез:
Система автоматизированного электрофореза 4200 TapeStation, Agilent Technologies (США);
Гель- и хемидокументирующая система iBright, ThermoFisher Scientific (США);
Системы капиллярного электрофореза Qsep для проведения фрагментного анализа ДНК и РНК.
Научные интересы
Разработка новых методов определения последовательностей геномов патогенов человека, животных и растений.
Молекулярная эпидемиология и геномика SARS-CoV-2. Проводим секвенирование полных геномов SARS-CoV-2, в связи с чем собираем коллекцию биологических образцов от пациентов с подозрением или с диагнозом COVID-19. В настоящее время в коллекции более 10 тысяч образцов, собранных в период с января 2022 по сентябрь 2023. Коллекция продолжает увеличиваться.
Исследование ко-инфекций и суперинфекций SARS-CoV-2. Явление, при котором в организме пациента присутствуют одновременно два или более вариантов одного вируса или нескольких разных вирусов-возбудителей, называют двойной инфекцией. Часто двойные инфекции либо протекающие последовательно переносятся более тяжело, выше риск осложнений. Поэтому важно уметь проводить оценку частоты двойных инфекций в популяции в период подъёма заболеваемости.
Разработка новых методов проведения метагеномного анализа сложносоставных биологических образцов, например: определение состава продуктов питания, определение композиционного состава природных бактериальных сообществ.
Исследование коэволюции геномов патогенных вирусов и хозяина. Филогенетика и филогеография коронавирусов. Это большая работа, рассчитанная на несколько лет. Мы проводим ее в коллаборации с коллегами из других научных организаций Российской Федерации, (из Москвы, Санкт-Петербурга, Новосибирска), а также с исследователями из других стран. В настоящее время опубликовано несколько статей с промежуточными результатами исследований. Мы открыты для взаимодействия и создания новых коллабораций.
Изучение новых потенциально патогенных вирусов из рукокрылых, насекомоядных и иных теплокровных животных (совместно с биологическим факультетом МГУ им. М.В. Ломоносова, Санкт-Петербургским НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера, Институтом проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН).
Собираем банк биологических образцов от млекопитающих. В настоящее время в коллекции более 500 образцов ротоглоточных или анальных мазков от рукокрылых, пойманных на территории Российской Федерации, сопредельных и дружественных государств (Монголии, Ирана), собранных на протяжении восьми лет, с 2015 по 2023 год, в коллаборации с сотрудниками биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова. Также с 2022 коллекция пополняется образцами от насекомоятных (ежи, бурозубки, кроты), таже с помощью коллег из МГУ им. М.В. Ломоносова, Институтом проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН, а также волонтерских объединений.
Методами высокопроизводительного секвенирования тотальной РНК, а также с помощью таргетного секвенирования исследуем различные вирусы из образцов от вышеперечисленных животных. Основным предметом нашего интереса являются коронавирусы (Сoronaviridae), однако попутно мы занимаемся генетической характеристикой иных вирусов, которых идентифицируем в анализируемых образцах, например Rhabdoviridae (род Lyssavirus), Nodaviridae, Picobirnaviridae, Adenoviridae и другие. Наши исследования направлены на изучение эволюции и экологии вирусов.
Группа масс-спектрометрии
Выполняемые работы
Прицельный (таргетный) количественный ВЭЖХ-МС анализ пептидов и метаболитов.
Панорамный качественный и количественный протеомный ВЭЖХ-МС анализ.
Подготовка проб (в том числе, автоматизированная) для всех выполняемых видов анализа из препаратов плазмы крови и других биологических жидкостей или тканей человека и животных, биомассы бактериальных культур или клеточных линий.
Обработка данных и интерпретация результатов всех выполняемых видов анализа.
Разработка и валидация аналитических методик для белков и метаболитов плазмы крови человека.
Оборудование
Две ВЭЖХ-МС системы для прицельного анализа на основе масс-спектрометров типа тройной квадруполь QTrap 6500+ производства Sciex (США), сопряженных с системами УВЭЖХ семейства ExionLC AD производства Shimadzu (Япония).
Две ВЭЖХ-МС системы для панорамного анализа на основе масс-спектрометров типа орбитальной ионной ловушки Exploris 480 производства Thermo (США), сопряженных с системами нанопоточной ВЭЖХ семейства Ultimate 3000 производства Thermo (США).
Многорежимная ВЭЖХ система семейства Ultimate 3000 производства Thermo (США);
Роботизированная станция для подготовки проб для протеомного анализа Tecan Freedom EVO, Tecan (Швейцария).
Научные интересы
Разработка аналитических панелей для белков плазмы крови человека.
Разработка аналитических панелей для метаболитов в плазме крови человека.
Разработка новых методов обработки данных протеомного анализа.
Автоматизация подготовки протеомного эксперимента и обработки его результатов.
Создание автоматизированных инструментов для контроля состояния парка ВЭЖХ-МС оборудования.
Создание инструментов и алгоритмов для анализа научных публикаций.
О наших технологиях и интересах
Разработка аналитических панелей для белков плазмы крови человека
На данный момент существует более 100 рекомендованных анализов, включающих определение содержания отдельных белков в плазме или сыворотке крови. Большинство из них основано на оценке ферментативной активности целевых белков или иммунологическом анализе, при которых для интерпретации результатов привлекаются дополнительные сведения о пациентах и экспертное мнение лечащего врача. За исключением единичных случаев, не используется соотношение представленностей нескольких белков (ASAT/ALAT, sFlt‐1/PlGF), что необходимо при разработке комплексных диагностических панелей.
Одной из причин, затрудняющих применение количественных данных о представленности белков в плазме крови является ограниченная специфичность колориметрических ферментативных тестов и иммунологических анализов. Для методов протеомного анализа, основанных на масс-спектрометрии, напротив, характерна высокая специфичность при большей чувствительности, что делает анализы на основе ВЭЖХ-МС применимыми при разработке сложных диагностических панелей.
Группа автоматизированного химического синтеза
Выполняемые работы
Высокопроизводительный синтез олигонуклеотидов.
Стандартизация растворов олигонуклеотидов для дальнейшего использования в сборке геномов по Гибсону.
Синтез пептидов и пептидомиметиков произвольной сложности (кислот и амидированных).
Выделение и приготовление готовых форм пептидных стандартов.
Оперативная аналитика и контроль качества и чистоты получаемых пептидов.
Система препаративной очистки пептидов среднего давления FPLC ÄKTA pure 25 производства Cytiva (США).
Высокопроизводительный 768-канальный синтезатор ДНК и РНК олигонуклиотидов Dr. Oligo 768XLc - 2 x 384 производства Biolytic (США).
Лиофильная настольная сушка для получения готовых форм FreeZone 2.5 Liter -84C производства Labconco (США).
Научные интересы
Синтез пептидомиметиков и разработка перспективных пептидных препаратов.
Новые подходы к автоматизации и внедрению принципов зеленой химии в области пептидного синтеза.
Разработка пептидных вакцин.
Создание новых пептидных векторов доставки радиоактивных изотопов для использования в ядерной медицине.
Фторорганическая химия и фоторедокс-катализ.
О наших технологиях и интересах
Синтез изотопно-меченых пептидных стандартов для протеомики
Основной фронт работ нашей группы лежит в области твердофазного пептидного синтеза. Хорошее приборное оснащение (пептидный синтезатор PurePep® Chorus, FPLC система AKTA 25 Pure) позволяет нам осуществлять полный цикл получения панелей пептидных стандартов, в том числе меченых стабильными изотопами 13C и 15N для проведения протеомных исследований.
Синтез олигонуклеотидов и сборка генов
Кроме того, наша группа занимается синтезом олигонуклеотидов и принимает участие в процессе сборки геномов по Гибсону. В нашей группе введен в эксплуатацию 768-канальный синтезатор олигонуклеотидов Dr. Oligo 768XLc DNA RNA Synthesizer.
Синтез пептидомиметиков и разработка перспективных пептидных препаратов
Хотя общая доля пептидов на рынке фармпрепаратов не очень велика (около 5%, и половина выручки - продажи инсулина), она стабильно растет на 7.7% каждые 10 лет. На начало 2021 года 80 пептидных препаратов было представлено на рынке, 150 находились в клинике и ~400–600 проходили предклинические испытания. Наверное, не будет большим преувеличением сказать, что будущее фармацевтики связано с пептидами.
Для решения проблем стабильности пептидов in vivo, отражающихся на фармакокинетике и биодоступности пептидных препаратов, необходимо совершенствовать структуру, создавая аналоги природных пептидов (например, посредством использования D-аминокислот) – пептидомиметики.
Новые подходы к автоматизации и внедрению принципов зеленой химии в области пептидного синтеза
Классический твердофазный синтез пептидов характеризуется большими расходами реагентов, в том числе токсичных растворителей, что идет вразрез с принципами зеленой химии и все повышающимися этическими требованиями и рекомендациями регуляторов к экологичности химических процессов.
Перенос методологии SPPS в двухфазные жидкие реакционные системы через применение новых растворимых в органической фазе носителей пептидной цепи позволит уменьшить избытки реагентов и заменить растворители на те, которые меньше угрожают окружающей среде.
Разработка пептидных вакцин
Chemical structures of peptide components of Alzheimer peptide vaccines CAD106 and ACI-35. Работы по пептидным вакцинам включают в себя синтез библиотек вирусных эпитопов. Это перспективная и интенсивно развивающаяся в мире тематика, которая включает в себя разработку вакцин, применяющихся в борьбе против рака, SARS-CoV-2, болезни Альцгеймера.
Создание новых пептидных векторов доставки радиоактивных изотопов для использования в ядерной медицине
Пептидные препараты уже хорошо себя зарекомендовали в качестве специфичных и эффективных векторов доставки для целей ядерной медицины. В частности, ПЭТ/ОФЭКТ сканы стали неотъемлемой частью диагностики онкологических заболеваний и проведения терапии. Развитие направления связано с разработкой новых векторов доставки и разработкой эффективных комплексонов для технеция с использованием пептидомиметиков.
Пептидный катализ
Изучение механизмов катализа органических реакций короткими пептидами – перспективный «bottom-up» подход к созданию «искусственных ферментов» и изучению деталей механизмов функционирования природных ферментов.