Лаборатория белка и нуклеиновых кислот

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. С 1988 года по настоящее время руководитель лабораторией – доктор биологических наук, профессор Булат Кудайбергенович Искаков.

Искаков Булат Кудайбергенович

профессор, доктор биологических наук

Заведующий лабораторией белка и нуклеиновых кислот

Телефон: +7 (727) 239-05-07

E-mail: bulat.iskakov@mail.ru, kryldakov@mail.ru

Выпускник Казахского государственного университета им. С.М. Кирова, биологический факультет (1968-1973). В 1981 году защитил кандидатскую диссертацию по теме «Полипептидный состав различных классов информосом и РНК-связывающих белков клеток высших растений». Доктор биологических наук по специальности «молекулярная биология» (1998). В ноябре 2002 г. Искакову присвоено ученое звание профессора решением ВАК МОН РК.

Под руководством Б.К. Искакова впервые в Казахстане была налажена и продолжает совершенствоваться биотехнология получения устойчивых к засухе трансгенных растений (картофель, табак), а также растений, устойчивых к фитопатогенным вирусам, с применением подходов антисмысловой РНК и РНК-интерференции. С 1994 г. по 2004 г. Искаков Б.К. руководил научно-исследовательскими работами в рамках многих международных проектов, финансируемых грантами иностранных фондов INTAS, US AID, INCO COPERNICUS, Royal Society, SCOPUS. Эти проекты успешно выполнены совместно с учеными Швейцарии, Германии, Великобритании, России, Израиля.

Булат Кудайбергенович Искаков уделял большое внимание подготовке молодых ученых, так за период 2006-2009 гг. пять сотрудников лаборатории белка и нуклеиновых кислот прошли стажировку в ведущих зарубежных научных центрах. Кроме того, им разработана учебная программа «Генетическая инженерия», которая читалась для студентов биологического факультета КазНУ им. аль-Фараби. Искаков Б.К. является автором более 200 публикаций, в том числе одной монографии «Информосомы растений», написанной им в соавторстве с академиком М.А. Айтохожиным. Был удостоен звания Лауреата премии Ленинского комсомола в области науки и техники (1979 г.).

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

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).