Центр геномики и масс-спектрометрии

Общая информация о задачах и составе лаборатории

Лаборатория обеспечивает проведение высокотехнологичных и высокопроизводительных анализов для решения задач Института. Лаборатория выполняет геномные, протеомные и метаболомные анализы, внедряет существующие и создаёт новые методики анализа, поддерживает соответствующее высокотехнологичное оборудование. Сейчас в составе лаборатории работают несколько групп, каждая из которых поддерживает одну из областей технологий: высокопроизводительное секвенирование, масс-спектрометрия, автоматизированный химический синтез.

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, находящимся в ведомстве Роспотребнадзора;
проекты, проводимые в рамках договоров, заключенных с организациями иных ведомств и министерств.

Лаборатория выполняет высокотехнологичные анализы сложносоставных образцов различной природы.

Лаборатория выполняет работы на собственном высокотехнологичном оборудовании Института. Сотрудники владеют навыками работы на нём, осваивают и внедряют новые методы анализа, а также полностью обеспечивают поддержку данного оборудования.

Помимо выполнения работ и анализов для пользователей сотрудники лаборатории ведут и собственные научные исследования и разработки.

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.
Подготовка библиотек по протоколам Oxford Nanopore Technologies ((Великобритания), MGI sequencing platforms (Китай), Illumina (США).
Разработка новых протоколов, а также усовершенствование уже имеющихся протоколов приготовления библиотек.
Адаптация протоколов Illumina под Oxford Nanopore Technologies.
Осуществление высокопроизводительного секвенирования на платформах Oxford Nanopore Technologies ((Великобритания), MGI sequencing platforms (Китай).
Полногеномное секвенирование геномов вируса SARS-CoV-2.

Оборудование

Высокопроизводительные секвенаторы (NGS):

Роботизированная станции 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:

Научные интересы

Разработка новых методов определения последовательностей геномов патогенов человека, животных и растений.
Молекулярная эпидемиология и геномика SARS-CoV-2.
Исследование двойных инфекций и суперинфекций SARS-CoV-2.
Разработка новых методов проведения метагеномного анализа сложносоставных биологических образцов, например: определение состава продуктов питания, определение композиционного состава природных бактериальных сообществ.
Исследование коэволюции геномов симбиотических бактерий и хозяина, патогенных вирусов и хозяина.
Анализ изменений транскрипции Mycoplasma gallisepticum S6 под воздействием разных стрессовых факторов.
Секвенирование последовательностей вариабельных участков антител с целью создания культуры моноклональных антител.
Изучение новых потенциально патогенных вирусов из летучих мышей и иных теплокровных животных (совместно с биологическим факультетом МГУ им. М.В. Ломоносова, Санкт-Петербургским НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера).

Выявление новых вирусов птиц (1) (2).png

Публикации сотрудников

Speranskaya AS, Artyushin IV, Samoilov AE, Korneenko EV, Khabudaev K, Ilina EN, Yusefovich AP, Safonova MV, Dolgova AS, Gladkikh AS, Dedkov VG, Daszak P. Identification and genetic characterization of MERS-related coronavirus isolated from Nathusius pipistrelle (Pipistrellus nathusii) near Zvenigorod (Moscow region, Russia), Int J Envioronmental Res & Public Health, 2023. 20(4), 3702. https://doi.org/10.3390/ijerph20043702
Литвинова ММ, Хафизов КФ, Сперанская АС, Мацвай АД, Асанов АЮ, Никольская КА, Винокурова ЛВ, Дубцова ЕА, Ипатова МГ, Мухина ТФ, Карнаушкина МА, Бордин ДС. Спектр вариантов генов PRSS1, SPINK1, CTRC, CFTR и CPA1 у пациентов с хроническим панкреатитом в России. Современные технологии в медицине 2023, 15 (2): 60. DOI: https://doi.org/10.17691/stm2023.15.2.06
Грицышин ВА, Лисенкова АА, Сперанская АС, Артюшин ИВ, Шефтель БИ, Лебедев ВС, Банникова АА. Мультилокусный анализ филогенетических отношений в видовом комплексе Crocidura suaveolens sensu lato: сравнение с митохондриальными данными. Доклады Российской академии наук. Науки о жизни 2023, 509 (1): 147-154. doi: 10.31857/S2686738922600820.
Корнеенко E.В., Самойлов А.E., Артюшин И.В., Юзефович А.П., Долотова С.М., Ключникова Е.О., Сбарцалья В.А., Гладких А.С., Дедков В.Г., Сперанская А.С. Альфакоронавирусы, выявленные в образцах фекалий летучих мышах, пойманных на территории Москвы и Ростова-на-Дону в 2021 году. Медицинский академический журнал том 22, № 2, 2022. DOI: https://doi.org/10.17816/MAJ108718

Участие в конференциях в 2022 году

Speranskaya A.S., Samoilov A.E., Korneenko E.V., Khabudaev K.V., Artyushin I.V., Yusefovich A.P., Dolgova A.S., Dedkov V.G. / The characterization of complete genome of MERS-related coronavirus from bat (Pipistrellus nathusii) from Moscow region, prediction and analysis their Spike glycoprotein with DPP4 receptors of the different mammalian species / BGRS/SB-2022: 13th International Multiconference “Bioinformatics of Genome Regulation and Structure/Systems Biology”, 04-08 July 2020, Novosibirsk, Russia / Section 9. Mathematics, bioinformatics and systems computational biology of COVID-19, Oral presentation, Abstract
Penkin L.N., Korneenko E.V., Samoilov A.E., Manolov A.I., Speranskaya A.S. / The potential usability of Oxford Nanopore Technology for revealing of SARS-CoV-2 dual infection and intra-host viral variability in clinical samples / BGRS/SB-2022: 13th International Multiconference “Bioinformatics of Genome Regulation and Structure/Systems Biology”, 04-08 July 2020, Novosibirsk, Russia / Section 9. Mathematics, bioinformatics and systems computational biology of COVID-19, Oral presentation, Abstract

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.
Препаративная очистка пептидов методами твердофазной экстракции, обращенно-фазовой ВЭЖХ, ионообменной и эксклюзионной хроматографии.
Синтез пептидных библиотек эпитопов для разработки пептидных вакцин.
Синтез панелей меченых стабильными изотопами пептидных стандартов для целей протеомики.

Оборудование Центра

4-канальный пептидный синтезатор PurePep® Chorus (США),.
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.