Исследователи Казанского федерального университета стали победителями конкурса 2021 года на получение грантов Российского научного фонда по поддержке исследований на базе инфраструктуры «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

В число победителей вошли три представителя КФУ:

Иван Стойков – и.о. директора Химического института им. А.М.Бутлерова КФУ, профессор кафедры органической химии («Гибридные супрамолекулярные рецепторы как универсальная платформа медицинской диагностики: синтез и применение для самосборки бионаноматериалов для электрохимических биосенсоров»);

Айрат Димиев – ведущий научный сотрудник НИЛ Перспективные углеродные наноматериалы Химического института им. А.М.Бутлерова  («Новые подходы к расшифровке строения и химических свойств оксида графена»);

Константин Усачев – ведущий научный сотрудник НИЛ Структурная биология Института фундаментальной медицины и биологии КФУ («Молекулярные аспекты регуляции трансляции бактерии Staphylococcus aureus белковыми стресс-факторами EttA, Era и YsxC»).

Исследования, проводимые на кафедре органической химии и аналитической химии Химического института им. А.М,Бутлерова в области создания новых «умных» материалов на принципах супрамолекулярной химии и их использования в составе химических сенсоров, найдут свое развитие в проекте «Гибридные супрамолекулярные рецепторы как универсальная платформа медицинской диагностики: синтез и применение для самосборки бионаноматериалов для электрохимических биосенсоров».

«Наш проект направлен на создание рецепторных структур, которые сочетают преимущества природных соединений, таких как нуклеиновые кислоты, и синтетических структур на основе макроциклов и разветвленных полимеров, – рассказывает Иван Стойков. – Такие соединения можно получать путем тонкой "настройки" функциональных групп, обеспечивающих связывания природной и искусственной "частей" будущего материала в единое целое. Предполагается, что такие материалы смогут продемонстрировать способность к "узнаванию" важных биологических молекул, необходимую для их чувствительного определения. Это позволит решать многие задачи, возникающие в медицинской диагностике в связи с ранним обнаружением биомаркеров заболеваний, в контроле индивидуальной дозы фармацевтических препаратов и выявлении факторов, способствующих развитию онкологических заболеваний».

Работа по проекту предполагает установление закономерностей сборки таких гибридных структур с точки зрения эффективности их сборки и участия в распознавании биологических мишеней. В поле зрения исследователей – широкий спектр структур, включая полимерные наночастицы, везикулы, слоистые покрытия электродов, получаемые путем самосборки ДНК и макроциклических компонентов.

«После установления закономерностей сборки на следующем этапе исследований будут определены условия связывания биологических мишеней на границе фаз электрод – анализируемый раствор. Формирование чувствительного слоя биосенсоров будет контролироваться современными методами контроля поверхности, включая электронную микроскопию и исследование поверхностного плазмонного резонанса. Заключительный этап проекта предполагает широкую апробацию полученных сенсоров и биосенсоров в анализе лекарственных форм, биологических жидкостей, продуктов питания и объектов окружающей среды», – рассказал директор Химического института.

Проект сотрудников НИЛ Структурная биология «Молекулярные аспекты регуляции трансляции бактерии Staphylococcus aureus белковыми стресс-факторами EttA, Era и YsxC», поддержанный грантом РНФ, направлен на изучение строения и функционирования стресс-индуцированных белковых факторов, обеспечивающих выживание клеток золотистого стафилококка в условиях стресса.

«Нами будет использован арсенал самых современных методов генетики, молекулярной биологии, рентгеноструктурного анализа и криоэлектронной микроскопии. В результате на основе установленных трехмерных структур комплексов данных белков стресса с рибосомой золотистого стафилококка будут выявлены детали взаимодействия на атомарном уровне, что в перспективе открывает возможность для разработки высокоселективных антистафилококковых препаратов методом структурного дизайна лекарственных средств (Structure-based drug design – SBDD)», – рассказал руководитель проекта Константин Усачев.

Ученый отметил, что в связи с широким применением антибиотиков, особенно возросшим в условиях пандемии COVID, в настоящее время наблюдается резкий всплеск появления в клинике новых штаммов патогенных бактерий с множественной устойчивостью к антибиотикам. Увеличивается смертность от осложнений, вызванных бактериальными инфекциями. В связи с этим большое значение приобретает поиск новых путей для борьбы с такими бактериями, как золотистый стафилококк.

Реализация проекта «Новые подходы к расшифровке строения и химических свойств оксида графена» позволит достичь новых результатов в синтезе и применении новых материалов. Оксид графена является одним из самых интенсивно изучаемых материалов последнего десятилетия. Он был успешно использован для решения целого ряда прикладных задач, включая альтернативную энергетику, катализ, композиционные материалы. Тем не менее до сих пор остаются непонятными тонкая химическая структура и химическое поведение этого материала. Решить эту фундаментальную задачу на примере взаимодействия оксида графена с солями металлов взялись ученые КФУ под руководством Айрата Димиева.

Отметим, что А.Димиев в своих более ранних исследованиях показал, что структура оксида графена не является статической, как это принято считать; функциональные группы легко превращаются друг в друга. Его исследования привели к разработке динамической структурной модели оксида графена. 

«Динамическая природа оксида графена предполагает разрыв углеродных связей и как нельзя лучше объясняет экспериментальные результаты, регистрируемые при взаимодействии оксида графена с катионами металлов в водных средах. Однако, несмотря на всю очевидность, это объяснение до сих пор является всего лишь моей гипотезой, пусть даже высоковероятной. Доказать наличие таких вакансий или разрывов углеродных связей возможно только при непосредственной визуализации методом просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения, что и планируется осуществить в рамках проекта. Если мы получим необходимую доказательную базу, то сможем не просто предложить новую структурную модель оксида графена, а кардинально изменить современные взгляды на структуру и химию этого удивительного материала», – делает вывод ученый.