Лаборатория биокатализа

Лаборатория биокатализа

Отдел пептидно-белковых технологий

Руководитель: Габибов Александр Габибович, академик
gabibov@mx.ibch.ru+7(495)727-38-60, +7(495)995-55-57#3860

биокатализ, каталитические антитела, аутоиммунные заболевания, протеасома, рекомбинантные белки, цитокины, интерфероны, гормон роста, протеолиз, пептидные ингибиторы

Лаборатория биокатализа была основана в ИБХ в 1997 г. В лаборатории развивается два основных проекта, которые идейно вышли из пионерских работ заведующего лабораторией профессора Габибова.

Первая группа под руководством Ивана Смирнова продолжает заниматься классической «абзимологией» (абзимы - антитела, обладающие свойствами ферментов), но уже на качественно новом уровне. Здесь ищется баланс между комбинаторными методами и рациональным дизайном с целью создания белков с заранее заданными свойствами de novo. В последнее время группа активно осваивает микрофлюидные технологии для осуществления многопараметрического скрининга клонов биокатализаторов и вообще клеток.

Вторая группа под руководством Алексея Белогурова изучает молекулярные основы аутоиммунных процессов с уклоном в аутоиммунную нейродегенерацию. В основном, на повестке дня стоит хроническое демиелинизирующее заболевание центральной нервной системы — рассеянный склероз, и в последнее время и нейродегенерация периферической нервной системы — синдром Гийена-Барре. В лаборатории разрабатываются скрининговые технологии, например дрожжевой, фаговый и лентивирусный дисплеи (в этих работах участвует группа Татьяны Бобик).

Ранее в лаборатории были достигнуты значительные успехи в области биотехнологии – экспрессии белков, например, факторов крови, антител в прокариотических системах и в клеточной линии СНО. Огромный вклад в эти исследования внесла профессор Наталья Пономаренко.

Лаборатория имеет широкий круг партнеров, как в Институте, так и за его пределами. Совместно с Лабораторией протеомики изучается рассеянный склероз и синдром Гийена-Барре, ведется работа над созданием иммунотоксинов с Лабораторией инженерии белка и Лабораторией молекулярной иммунологии, ведется изучение ионных каналов в аутореактивных лимфоцитах вместе с Группой молекулярных инструментов для нейробиологии.

Кроме того, Лаборатория сотрудничает с Европейской молекулярно-биологической лабораторией в Гамбурге, с НИИ физико-химической медицины, Центром нанотехнологий РАН, Институтом химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, НТЦ «БиоКлиникум» и НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ. Лаборатория дружит и с несколькими выдающимися личностями: нобелевскими лауреатами Аароном Чехановером и Сиднеем Альтманом, бывшим президентом Института Скриппса и отцом современной абзимологии Ричардом Лернером и многими другими.

  • Общие проблемы биокатализа, структурно-функциональные взаимоотношения, определяющие каталитическую эффективность биокатализатора, искусственные ферменты, каталитические антитела-абзимы.
  • Проблемы индукции каталитической активности молекул суперсемейства иммуноглобулинов.
  • Антиидиотипические антитела как модель, обеспечивающая передачу функциональной активности белковой молекулы.
  • Проблемы природной каталитической активности и корреляция каталитической активности антител по отношению к аутоантигенам с глубиной развития патологических процессов.
  • Молекулярные основы аутоиммунных заболеваний. Роль протеасомы в аутоимунных патологиях ЦНС. Животные модели аутоиммунных процессов. Проблемы направленного элиминирования патологических В-лимфоцитов.
  • Создание каталитических вакцин, способных разрушать низкомолекулярные токсины, фосфорорганические яды и белки оболочки вирусов, в частности ВИЧ.
  • Каталитические антитела к биополимерам.
  • Антитела-протеазы и ДНКазы. Проблемы цитотоксичности аутоантител и механизмы апоптоза (совместно с Лабораторией иммунологии рака Института биологии гена РАН).
  • Протеазы, индуцируемые при аутоиммунных процессах. Протеазы патогенов (совместно с лабораторией химии ферментов ИБХ РАН). Комбинаторные подходы (в частности фаговый дисплей) для поиска эффективных субстратов протеаз. ДНК-топоизомеразы и механизмы взаимодействия с противораковыми препаратами. Механизмы действия эстераз.
  • Биотехнологические исследования (совместно с лабораторией биотехнологии ИБХ РАН): создание лекарственных препаратов на основе рекомбинантных белков, экспрессируемых в про- и эукариотических системах. Получение пролонгированных лекарственных средств с помощью полисиалирования, получение комбинированных ДНК-белковых вакцин.
  • Высказано предположение о наличии «природной каталитической активности» антител по отношению к аутоантигенам при патологических процессах в организме человека и у модельных животных.
  • Открыты природные ДНК-абзимы. Показаны цитотоксические эффекты этих антител. Установлен молекулярный механизм их действия на уровне 3D. Показано, что каталитические антитела могут быть получены как антиидиотипические антитела к ферментам.
  • Получена искусственная протеаза и ацетилхолинэстераза (совместно с технологическим университетом —  г. Компьень, Франция). Продемонстрировано ее специфическое взаимодействие с аналогами фосфорорганических отравляющих веществ.
  • Установлен механизм действия, получены кристаллы и разрешена трехмерная структура первого каталитического антитела, взаимодействующего с аналогами фосфорорганических отравляющих веществ. Показана ДНК-гидролизующая активность этого антитела и установлен механизм его действия.
  • Найден способ получения эпитоп-специфические каталитических антител-протеаз.
  • Получены антитела, специфически разрезающие поверхностный белок оболочки ВИЧ, gp120. Обнаружена сайт-специфическая деградация основного белка миелина под действием аутоантител, выделенных из сывороток крови больных рассеянным склерозом и модельных животных, развивающих ЕАЕ (экспериментальный аутоиммунный энцефаломиелит) и продемонстрирован диагностический и прогностический потенциал этого эффекта.
  • Установлена роль убиквитин-независимого протеолиза основного белка миелина в развитии нейродегенеративных патологий ЦНС.
  • Впервые предложен метод оптической детекции ДНК-топоизомеразной реакции. Установлен кинетический механизм ДНК-топоизомераз.
  • С помощью методов предстационарной кинетики установлен механизм действия летального фактора сибирской язвы.
  • Совместно с лабораторией биотехнологии ИБХ РАН получен отечественный препарат «Растан» (рекомбинантный гормон роста человека), колониестимулирующий фактор, рекомбинантный фактор свертывания крови VII.
Ф.И.О.ДолжностьКонтакты
Габибов Александр Габибович, академикзав. лаб.gabibov@mx.ibch.ru+7(495)727-38-60, +7(495)995-55-57#3860
Захарова Мария Николаевнав.н.с.
Степанов Алексей Вячеславович, к. б. н.с.н.с.stepanov.aleksei.v@gmail.com
Бобик Татьяна Владимировна, к. х. н.н.с.bobik_tanya@mail.ru
Воробьева Надежда Евгеньевнан.с.
Глаголева Ирина Сергеевна, к. б. н.н.с.ytro-na-more89@yandex.ru
Горященко Александр Сергеевич, к. х. н.н.с.asgoryash@yandex.ru
Захарова Мария Юрьевна, к. б. н.н.с.mariya.zakharova333@gmail.com+7(903)9644239
Иванова Мария Васильевнан.с.
Каминская Алена Николаевнан.с.kaminskayaan@mail.ru
Кнорре Вера Дмитриевна, к. х. н.н.с.vera.knorre@gmail.com+7(495)7273860
Костин Никита Николаевичн.с.nkostin1@gmail.com
Кулакова Ольга Георгиевнан.с.
Курбацкая Инна Николаевнан.с.
Ломакин Яков Анатольевич, к. б. н.н.с.yasha.l@bk.ru
Симанив Тарас Олеговичн.с.
Степанова Анастасия Валерьевнан.с.avkaznacheeva@gmail.com
Баранова Маргарита Николаевнам.н.с.baranova@ibch.ru
Баулина Наталья Михайловнам.н.с.
Данилов Дмитрий Викторовичм.н.с.denycore@ibch.ru
Киселев Иван Сергеевичм.н.с.
Мамедов Азад Энверовичм.н.с.bioaz12@gmail.com
Васькина Марина Ивановнаасп.marinavaskina04@gmail.com
Пантелеев Сергей Владимировичасп.pandelion@mail.ru
Аргентова-Стивенс Анастасия-Мария тех.-лаб.
Волков Дмитрий Васильевичтех.-лаб.
Саватеева Наталья Сергеевнатех.-лаб.savatusha@gmail.com
Слуцкая Екатерина Александровнатех.-лаб.slutskay@yandex.ru
Терещук Ксения Михайловнатех.-лаб.
Филимонова Иоанна Никитовнатех.-лаб.
Хаврошечкина Екатерина Викторовнатех.-лаб.
Ишина Ирина Андреевнаинж.-иссл.iraishina94@gmail.com
Киприна Анастасия Алексеевнаинж.-иссл.
Назаров Антон Сергеевичинж.-иссл.nazarov.ngu@gmail.com
Овчинникова Лейла Александровнаинж.-иссл.leyla_ovchinnikova@yahoo.com
Попов Роман Юрьевичинж.-иссл.poprom@outlook.com
Быстров Николай Сергеевичинженерbystrov-nick@mail.ru+7(495)330-67-29
Калинин Роман Сергеевичинженерromelfork@gmail.com+7(969)3470093
Украинская Валерия Михайловнаинженерukrainskaya49@gmail.com
Цабай Полина Николаевнаинженерpolinatsabai@gmail.com

Ранее здесь работали:

Донцова Ольга Анатольевна, академикв.н.с.olga.a.dontsova@gmail.com
Пономаренко Наталья Александровна, д. б. н.в.н.с.
Северин Евгений Сергеевич, чл.-корр. РАНв.н.с.e.severin@mail.ru
Тоневицкий Александр Григорьевич, чл.-корр. РАНв.н.с.tonevitsky@mail.ru
Белогуров Алексей Анатольевич, д. х. н.с.н.с.belogurov@mx.ibch.ru
Колесников Александр Владимирович, к. б. н.с.н.с.
Смирнов Иван Витальевич, д. х. н.с.н.с.smirnov@ibch.ru
Воробьев Иван Иванович, д. х. н.н.с.ptichman@gmail.com
Дронина Мария Алексеевна, к. б. н.н.с.mdronina@mail.ru
Дубилей Светлана Алексеевна, к. б. н.н.с.
Дурова Оксана Михайловнан.с.
Илюшин Денис Григорьевичн.с.IlyushinDenis@gmail.com
Козырь Арина Владимировна, к. б. н.н.с.
Кудряева Анна Анатольевна, к. х. н.н.с.anna.kudriaeva@gmail.com
Кузина Екатерина Сергеевнан.с.kat.kuzina@gmail.com
Орлова Надежда , к. б. н.н.с.nobiol@gmail.com
Терехов Станислав Сергеевич, к. х. н.н.с.sterekhoff@mail.ru
Мокрушина Юлиана Анатольевнам.н.с.yuliana256@mail.ru
Балагуров Константин Игоревичтех.-лаб.
Гайнова Кристина Михайловнатех.-лаб.
Дуброво Сергей Павловичтех.-лаб.
Соколов Александр Валерьевичтех.-лаб.
Головин Андрей Викторовичинженер
Заболотский Артур Игоревичинженер
Сокол Мария Борисовнаинженер

Все публикации (показать избранные)

Загружаются...

Габибов Александр Габибович

Помощник

Кнорре Вера Дмитриевна

Протективный для рассеянного склероза аллель HLA-DRB1*01:01 различает кинетически миелиновые и чужеродные антигенные пептиды

В результате генетического анализа тысячи больных рассеянным склерозом (РС) и здоровых доноров русской принадлежности было выявлено, что носительство групп аллелей HLA-DRB1*15 и HLA-DRB1*03 связано с риском РС, в то время как носительство групп аллелей HLA-DRB1*01 и HLA-DRB1*11 является протективным. Рекомбинантный HLA-DRB1*01:01 способен с довольно высокой аффинностью распознавать фрагменты основного белка миелина (MBP), одного из аутоантигенов при РС, однако при сравнении кинетических параметров загрузки пептидов MBP и вирусного HA на HLA-DRB1*01:01, катализируемой HLA-DM, была показана значительно более низкая скорость обмена CLIP на пептиды MBP. Мы предполагаем, что наблюдаемые протективные свойства группы аллелей HLA-DRB1*01 могут быть непосредственно связаны со способностью HLA-DRB1*01:01 кинетически различать пептиды экзогенной и эндогенной природы.

Персонифицированная терапия Т-клеточных лимфом и лейкозов

Для создания персонифицированной адоптивной иммунотерапии у пациентов с диагнозами лейкемия и лимфома были изолированы опухолевые Т-клетки. После определения нуклеотидных последовательностей, кодирующих гены CDR3 вариабельных доменов TCR, методом фагового дисплея были идентифицированы одноцепочечные антитела специфичные к CDR3 участкам TCR злокачественных Т-клеток. На основе идентифицированных опухоль-специфических scFv-CDR3 были получены химерные антигенные рецепторы. Т клетки, модифицированные данными персонифицированными CAR, эффективно элиминировали раковые Т-клетки in vitro, ex vivo и in vivo.

Публикации

  1. Huang J, Stepanov A, Li J, Jones T, Grande G, Douthit L, Xie J, Chen D, Wu X, Michael M, Xiao C, Zhao J, Xie X, Xie J, Chen X, Fu G, Gabibov A, Tzeng CM (2019). Unique CDR3 epitope targeting by CAR-T cells is a viable approach for treating T-cell malignancies. Leukemia 33 (9), 2315–2319

Персонифицированная терапия В-клеточных лимфом

С помощью методов комбинаторной химии и биологии создана система скрининга В-клеточных рецепторов пациентов с онкозаболеваниями. Создана технология получения персонифицированных химерных антигенных рецепторов для борьбы с лимфомами

Публикации

  1. Stepanov AV, Markov OV, Chernikov IV, Gladkikh DV, Zhang H, Jones T, Senkova AV, Chernolovskaya EL, Zenkova MA, Kalinin RS, Rubtsova MP, Meleshko AN, Genkin DD, Belogurov AA, Xie J, Gabibov AG, Lerner RA (2018). Autocrine-based selection of ligands for personalized CAR-T therapy of lymphoma. Sci Adv 4 (11), eaau4580

Микробиота ротовой полости сибирского медведя как источник новых антибиотиков

Предложен путь поиска новых антибиотиков с помощью микрофлюидных скрининговых технологий, Установлен путь биосинтеза нового антибиотика амикумацина. Найдены ферменты, специфическая киназа и фосфатаза, ответственные за инактивацию и активацию данного антибиотика

Публикации

  1. Terekhov SS, Smirnov IV, Malakhova MV, Samoilov AE, Manolo AI, Nazarov AS, Danilov DV, Dubiley SA, Osterman IA, Rubtsova MP, Kostryukova ES, Ziganshin RH, Kornienko MA, Vanyushkina AA, Bukato ON, Ilina EN, Vlasov VV, Severinov KV, Gabibov AG, Altmani S (2018). Ultrahigh-throughput functional profiling of microbiota communities. Proc Natl Acad Sci U S A 115 (38), 9551–9556

Создана платформа для ультравысокопроизводительного скрининга биокаталитической активности в каплях двойной микрофлюидной эмульсии.

Совместно с: Группа комбинаторных методов конструирования биокатализаторов

Создана платформа для ультравысокопроизводительного скрининга биокаталитической активности в каплях двойной микрофлюидной эмульсии. Высокая селективность и чувствительность платформы позволили детектировать различные типы активности, а также дискриминировать уровни одинаковой активности. Универсальность и работоспособность предложенного подхода была с успехом продемонстрирована на примере естественной библиотеки микроорганизмов способных ингибировать рост известной бактерии-патогена Staphylococcus aureus (Terekhov et al., PNAS, 2017).

Публикации

  1. Terekhov SS, Smirnov IV, Stepanova AV, Bobik TV, Mokrushina YA, Ponomarenko NA, Belogurov AA, Rubtsova MP, Kartseva OV, Gomzikova MO, Moskovtsev AA, Bukatin AS, Dubina MV, Kostryukova ES, Babenko VV, Vakhitova MT, Manolov AI, Malakhova MV, Kornienko MA, Tyakht AV, Vanyushkina AA, Ilina EN, Masson P, Gabibov AG, Altman S (2017). Microfluidic droplet platform for ultrahigh-throughput single-cell screening of biodiversity. Proc Natl Acad Sci U S A 114 (10), 2550–2555

Гипотеза молекулярной мимикрии как одного из вариантов развития рассеянного склероза

Совместно с: Лаборатория протеомики

Экспериментально подтверждена гипотеза молекулярной мимикрии как одного из вариантов развития рассеянного склероза. Доказана возможность индукции миелин-реактивных антител путем введения вирусного антигена in vivo (Lomakin et al., Front. Immunol., 2017).

Подходы к индукции толерантности инкапсулированными фрагментами аутоантигенов

Разработаны подходы к индукции толерантности инкапсулированными фрагментами аутоантигенов. Предложенный на их основе препарат Ксемис успешно прошел I и II фазы клинических испытаний с имеющимся одобренным синопсисом на фазу III. Показан молекулярный механизм его действия, включающий в себя двухфазное подавление аутоиммунной нейродегенрации, опосредованное выбросом противовоспалительных цитокинов на первом этапе и индукции регуляторных Т-клеток на втором (Ivanova et al., Front.Immunol., 2017).

Публикации

  1. Ivanova VV, Khaiboullina SF, Gomzikova MO, Martynova EV, Ferreira AM, Garanina EE, Sakhapov DI, Lomakin YA, Khaibullin TI, Granatov EV, Khabirov FA, Rizvanov AA, Gabibov A, Belogurov A (2017). Divergent immunomodulation capacity of individual myelin peptides-components of liposomal therapeutic against multiple sclerosis. Front Immunol 8 (OCT), 1335

Создание ультравысокопроизводительного метода скрининга каталитической активности. Валидация метода.

Совместно с: Группа комбинаторных методов конструирования биокатализаторов

Исследования направлены на поиск и создание каталитических биологических антидотов. Для поиска новых каталитических антидотов на основе бутирилхолинэстеразы была созданы панель библиотек активного центра БуХЭ. Одна из библиотек петли 284-288 была успешно использована для валидации метода ультравысокопроизводительного скрининга библиотек в каплях микрофлюидной эмульсии. Полученные результаты, совместно с разработанным квантово-механическим алгоритмом расчета реакции дефосфорилирования ковалентного комплекса БуХЭ-параоксон,позволили создать оптимизированную библиотеку для дрожжевого дисплея БуХЭ RKH-4, представительностью 1*10^6 вариантов.

Публикации

  1. Terekhov SS, Smirnov IV, Stepanova AV, Bobik TV, Mokrushina YA, Ponomarenko NA, Belogurov AA, Rubtsova MP, Kartseva OV, Gomzikova MO, Moskovtsev AA, Bukatin AS, Dubina MV, Kostryukova ES, Babenko VV, Vakhitova MT, Manolov AI, Malakhova MV, Kornienko MA, Tyakht AV, Vanyushkina AA, Ilina EN, Masson P, Gabibov AG, Altman S (2017). Microfluidic droplet platform for ultrahigh-throughput single-cell screening of biodiversity. Proc Natl Acad Sci U S A 114 (10), 2550–2555

Создание энантиоселективных биологических антидотов на основе антител.

Совместно с: Группа комбинаторных методов конструирования биокатализаторов

В рамках изучения каталитических антидотов на основе антител был предложен алгоритм предсказания мутантов, способных селективно взаимодействовать с (R)- и (S)-изомерами ФОТ.

Публикации

  1. Golovin AV, Smirnov IV, Stepanova AV, Zalevskiy AO, Zlobin AS, Ponomarenko NA, Belogurov AA, Knorre VD, Hurs EN, Chatziefthimiou SD, Wilmanns M, Blackburn GM, Khomutov RM, Gabibov AG (2017). Evolution of catalytic centers of antibodies by virtual screening of broad repertoire of mutants using supercomputer. Dokl Biochem Biophys 475 (1), 245–249

The QM-maturation scheme

Селекция in vitro антител из широких репертуаров с использованием комбинаторных библиотек является мощным инструментом для поиска специфических центров связывания и катализа. Впервые предложено  применить алгоритмы для виртуального отбора наиболее эффективных иммуноглобулинов, обладающих каталитической функцией. Для этого были применены QM/MM расчеты реакций деградации антигенов, после чего параметры этих реакций были использованы для выработки критериев виртуального скрининга.

проведена вторая фаза клинических испытаний препарата Xemys для лечения рассеянного склероза

•Проведена вторая фаза клинических испытаний инкапсулированных  пептидов, фрагментов основного белка миелина для лечения рассеянного склероз Введение этих пептидов инкапсулированных в монозилированные липосомы нормализовало уровень сывороточного TNF-alpha и IL-2 и хемоаттрактантов CCL2 и CCl4 у пациентов с диагнозом рассеянного склероза. Препарат по всей видимости может иметь перспективу использования в случае неудач в применении препаратов первой линии