Лаборатория белка и нуклеиновых кислот — Институт молекулярной биологии и биохимии им. М. А. Айтхожин» КН МОН РК

Историческая справка о лаборатории

Лаборатория белка и нуклеиновых кислот (ЛБНК) основана в 1968 году. Основатель и первый заведующий лабораторией – академик АН КазССР Мурат Абенович Айтхожин. В период с 1988 по 2022 гг. лабораторию возглавлял доктор биологических наук, профессор Булат Кудайбергенович Искаков. С января 2023 года заведующим ЛБНК назначен кандидат биологических наук Жигайлов Андрей Викторович

Жигайлов Андрей Викторович

кандидат биологических наук

Заведующий лабораторией белка и нуклеиновых кислот

Телефон: +7 (727) 239-05-07

E-mail: andrzhig@gmail.com

Выпускник биологического факультета КазНУ им. аль-Фараби (2002 г.). Магистратура по специальности – биотехнология (2004 г.). Аспирантура при Институте молекулярной биологии и биохимии им. М.А. Айтхожина, КН МОН РК (2004-2006 гг.). Проходил стажировку в «Институте химической биологии и фундаментальной медицины» СО РАН, Новосибирск, Россия (2006 г.); тренинг по «Основам секвенирования и фрагментарному анализу» Варренгтон, Великобритания (2007 г.); стажировку по освоению методов работы с микроРНК в «Институт ботаники города Базель» Швейцария (2007 г.). В 2018 году прошел повышения квалификации: «Методы и техника работы с возбудителями особо опасных инфекций II-IV групп патогенности» 216 часов в Казахском научном центре карантинных и зоонозных инфекций им. М.Айкимбаева г. Алматы.

С 2001 года работает в Лаборатории белка и нуклеиновых кислот ИМББ, лаборант — младший научный сотрудник – научный сотрудник – старший научный сотрудник. В период с 2016 по 2022 гг. – ведущий научный сотрудник ЛБНК ИМББ. С января 2023 года назначен заведующим ЛБНК. С 2012 года по настоящее время является научным экспертом по рецензированию и экспертизе научных проектов и отчетов в рамках комплексной экспертизы, проводимой АО «Национальный центр государственной научно-технической экспертизы».

Принимал участие в 11 научных проектах и грантах, в трех из них являлся научным руководителем. В 2016 году награжден благодарностью «Алғыс» Министерства образовании и науки РК.

Индекс Хирша: 3, Researcher ID (Web of Science): N-6073-2015, Scopus ID: 6508121286. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9646-033X.

Направления научно-исследовательской деятельности

- исследование молекулярных механизмов и регуляции биосинтеза белка у растений;

- изучение механизмов регуляции активности белковых факторов трансляции; дискретной фрагментации 18S рРНК;

- изучение структурных элементов мРНК, определяющих эффективность их трансляции;

- изучение структуры и экспрессии геномов вирусов растений, РНК-интерференция;

- получение трансгенных растений, устойчивых к фитопатогенным вирусам (PVY, PVM, PVS), неблагоприятным факторам среды (засуха, засоление, экстремальные температуры);

получение трансгенных растений, продуцирующих рекомбинантные вакцины, белки медицинского назначения.

Научные проекты

2022-2024 гг.

AP14869357 «Разработка научных основ биотехнологии повышения продуктивности растений посредством модификации генов рибосомного белка S6», научный руководитель – к.б.н. Жигайлов А.В.

2020-2022 гг.

AP08855746 «Разработка биотехнологии повышения продуктивности растений посредством активации процесса биогенеза рибосом» – руководитель – к.б.н., Жигайлов А.В.

2018-2020 гг.

AP05130800 «Идентификация и исследование усилителей трансляции, универсальных для растительной и бактериальной систем экспрессии генов», руководитель – к.б.н., Жигайлов А.В.

АР05131133 «Выявление белков S вируса картофеля, подавляющих процесс РНК-интерференции клеток хозяина, с целью исследования молекулярных механизмов взаимодействия вируса и растения и оздоровления вирусного материала», руководитель – к.б.н., Карпова О.В.

AP05132066 «Разработка технологии экспрессии рекомбинантных антигенов вируса оспы овец в транспластомных растениях», руководитель – к.б.н., Станбекова Г.Э.

2015-2017 гг.

4538/ГФ4 «Разработка биотехнологии создания генетически модифицированных растений картофеля с повышенной устойчивостью к абиотическим стрессам на основе оптимизации экспрессии мутированных вариантов трансгена AteIF2α», руководитель – д.б.н. Искаков Б.К.

1920/ГФ4 «Исследование регуляции трансляции мРНК у растений посредством фосфорилирования альфа-субъединицы фактора инициации 2 (peIF2α)», руководитель — к.б.н., Жигайлов А.В.

Методы исследований

Методы молекулярной биологии и генетической инженерии для создания конструкций, позволяющих экспрессировать рекомбинантные гены.

Амплификация методом РОТ-ПЦР, in vitro-мутагенез, выделение и анализ электрофорезом и радиоавтографией ПАА-геля, иммуноблотинг с использованием специфических антител.

Научные достижения лаборатории

Впервые показано, что сродство фактора инициации трансляции растений peIF2 к GDP (Kd_GDP= 150 nM) лишь в 10 раз превышает его же сродство к GTP (Kd_GTP = 1500 nM), тогда как для аналогичного фактора из клеток млекопитающих (meIF2), данное превышение составляет 100 раз и более. Впервые заявлено, что обмен GDP на GTP у фактора peIF2 растений может происходить без участия дополнительного фактора eIF2В, который обязательно необходим для обмена гуаниловых нуклеотидов у животного фактора meIF2. Впервые постулировано, что в клетках растений обмен GDP на GTP у фактора peIF2 может происходить независимо от того фосфорилирован ли фактор peIF2 или нет. Публикация: Shaikhin S.M., Smailov S.K., Lee A.V., Kozhanov E.V., Iskakov B.K. (1992) Biochimie, V. 74, P. 447-454. Вдальнейшем наши результаты и выводы были полностью подтверждены в работах других групп исследователей и с тех пор цитируются во всех научных обзорах и статьях по белковому синтезу у растений. (IF 3.188; Times Cited 17)
Впервые установлено, что в клетках растений отсутствует фосфопротеин-киназа, специфически фосфорилирующая белковый фактор элонгации трансляции 2 (peEF2). Эти данные свидетельствуют, что в отличие от животных у растений отсутствует механизм регуляции активности ключевого фактора элонгации трансляции peEF2 посредством обратимого фосфорилирования. Публикация: Smailov S.K., Lee A.V., Iskakov B.K. (1993) FEBS Letters, V. 321, P. 219-223. В последующем наши результаты были признаны во всем мире и цитируются в научных обзорах и статьях по биосинтезу белка у растений. (IF 2.999; Times Cited 14)
Впервые изучен механизм действия фенольного соединения из верблюжьей колючки (Alhagi kirgisorum S.) – полипроантоцианидина (ППА) как ингибитора инициации белкового синтеза у растений и животных. Показано, что ППА в концентрациях 1-10 mM специфически связывается с фактором инициации eIF2 и ингибирует его активность, что сопровождается блокированием белкового синтеза. Таким образом, ППА является удобным инструментом при изучении механизмов инициации трансляции в эукариотических клетках. Препарат ППА был предоставлен нами для научно-исследовательских работ ученым разных стран (США, Великобритании) и получил высокую оценку. Данная работа выполнена совместно с лабораторией проф. Р.М. Кунаевой, а также с учеными из России и США. Результаты опубликованы в 2-х международных журналах: Smailov S.K., Mukhamedzhanov B.G., Lee A.V., Iskakov B.K., Denisenko O.N. (1991) FEBS Letters, V. 275, P. 99-101; (IF 2.999; Times Cited 8) Kudlicki W., Picking W., Kramer G., Hardesty B., Smailov S., Mukhamedzhanov B., Lee A., Iskakov B. (1991) European Journal of Biochemistry, V. 197, P. 623-629. (IF 4.530; Times Cited 5)
Впервые в клетках зародышей пшеницы нами обнаружены и затем изучены 45S рибонуклеопротеидные (РНП) комплексы. Установлено, что 45S РНП представляют собой пре-инициаторные трансляционные комплексы, содержащие малую (40S) рибосомную субчастицу, белковые факторы инициации трансляции, а также мРНК в РНП-форме. В составе 45S РНП комплексов нами впервые обнаружена новая малая РНК (5,3S РНК) длиной 134 нуклеотида. Эта работа опубликована в международном журнале: Iskakov B.K., Madin K.I. (1994) Plant Science, V. 96, P. 99-108. (IF 3.712; Times Cited 4)
Впервые для растительных объектов установлен новый кэп-независимый механизм связывания мРНК с 40S рибосомной субчастицей в ходе инициации трансляции. Этот механизм заключается в комплементарном взаимодействии 5’-нетранслируемой последовательности (5’-НТП) мРНК с центральным доменом 18S рРНК. Экспериментально доказано, что повышение уровня комплементарности в 5’-НТП к этому участку 18S рРНК приводит к многократному усилению эффективности трансляции мРНК. Результаты имеют не только фундаментальное, но и прикладное значение, поскольку позволяют искусственно конструировать мРНК с очень высокой трансляционной активностью. Такие высокоактивные мРНК необходимы в бесклеточной технологии синтеза белков, а также в генной инженерии для получения трансгенных растений продуцентов ценных белков. Опубликовано в 2-х международных рецензируемых изданиях: Akbergenov R.Z., Zhanybekova S.S., Polimbetova N.S., Madin K.I., Hohn T., Iskakov B.K. (2003) Complementary interaction between the central domain of 18S rRNA and the 5’ untranslated region of mRNA enhances translation efficiency in plants. In: “Cell-Free Protein Expression”, James R. Swartz (Ed.), ISBN 3-540-05041-8, Springer Verlag Berlin Heidelberg New York, pp. 199-208. Akbergenov R.Z., Zhanybekova S.S., Kryldakov R.V., Zhigailov A., Polimbetova N.S., Hohn T., Iskakov B.K. (2004) ARC-1, a sequence element complementary to an internal 18S rRNA segment, enhances translation efficiency in plants when present in the leader or intercistronic region of mRNAs. Nucleic Acids Research, Vol. 32, No. 1, p. 239-247. (IF 11.237, Times Cited 63)
Впервые в составе 40S рибосомных субчастиц зародышей пшеницы обнаружена новая малая 5,3S РНКи изучены её свойства. Количество 5,3S РНК увеличивается в 5 раз в условиях температурного стресса. Установлено, что 5,3S РНК является специфическим 5’-концевым фрагментом 18S рРНК, который образуется в результате действия эндогенных нуклеаз. Опубликовано в Российских и отечественных журналах: Zhanybekova S., Polimbetova N., Nakisbekov N., Iskakov B. (1996) Biochemistry (Moscow), V. 61, P. 621-627; (IF 1.724, Times Cited 3), Полимбетова Н.С., Жаныбекова С.Ш., Ли А.В., Искаков Б.К. (1996) Физиология растений, Т. 43, С. 887-893; (IF 0.816)
Налажена биотехнология получения трансгенных растений, устойчивых к фитопатогенным вирусам, к засухе, холоду. Получены трансгенные растения табака и картофеля, экспрессирующие антисмысловые РНК, комплементарные к различным участкам геномной РНК Y-вируса картофеля. Несколько линий трансгенного картофеля переданы на испытание в Институт картофельного и овощного хозяйства (НИИКОХ) МСХ РК. Многие линии трансгенного картофеля проявили значительную устойчивость к Y-вирусу картофеля и признаны весьма перспективными для дальнейшего селекционного процесса. С помощью индукции РНК-интерференции получены линии ГМ-картофеля с множественной устойчивостью к вирусам PVY, PVM, PVS.
Налажены технологии получения трансгенных бактерий и растений, а также транспластомных растений, которые продуцируют рекомбинантные вакцинные белки против вируса оспы овец (SPPV), а также значимые для медицины белки (hAFP).