Структурное подразделение: Медицинский институт.
Лаборатория структурной биологии создана в 2024 году с целями изучения молекулярных основ регуляции экспрессии генов, разработки терапевтических молекул и распространения методов структурной биологии в отечественных фундаментальных и прикладных исследованиях биологических макромолекул.
Методы структурной биологии, в частности криоэлектронной микроскопии и рентгеновской кристаллографии, позволяют исследовать пространственную организацию биологических макромолекул и их комплексов с субстратами и терапевтическими молекулами. Анализ полученных структур способствует пониманию функционального устройства биологических макромолекул, механизмов их взаимодействия с субстратами, функциональной регуляции, функционального ингибирования, а также использования данной информации для прикладных задач: создания терапевтических молекул и биотехнологических продуктов. Комбинация экспериментальных методов биохимии, структурной биологии и компьютерного моделирования позволяет определить молекулярные основы протекания сложных биологических реакций и выявить ранее неизвестные процессы и взаимодействия, использование которых создает возможность разработки принципиально новых подходов к терапии заболеваний.
Современные методы структурной биологии позволяют решать структуры биологических макромолекул с высокой точностью, обеспечивая возможность направленной разработки терапевтических молекул, в том числе для целей персонализированной медицинской терапии заболеваний.
Основные научные направления деятельности
Исследование молекулярных основ механизмов регуляции экспрессии генов у бактерий
Одно из направлений данного проекта ставит целью исследование процесса фактор-зависимой и фактор-независимой терминации транскрипции в контексте сопряжения транскрипционно-трансляционного аппаратов у бактерии E.coli. Понимание механики процесса терминации синтеза РНК способно ключевым образом повлиять на оптимизацию дизайна терапевтических и биотехнологических систем, связанных с экспрессией рекомбинантных генов в клетках.
Исследование молекулярных основ ошибочной транскрипции
Точность транскрипции ДНК (10-5) на порядок ниже точности репликации ДНК (10-6). Способность фермента РНК полимеразы к транскрипционному мутагенезу определяется рядом факторов, среди которых последовательность транскрибируемого гена, возраст и функциональное состояние клетки, присутствие экзогенных факторов, влияющих на точность транскрипции, и пр.Трансляция мутантных мРНК и трансляция мРНК рибосомами, включающими мутантные рРНК способны оказывать значительное влияние на клеточный протеостаз. Изучение механики процесса ошибочной транскрипции методами структурной биологии способно дать толчок к развитию новых терапевтических подходов, нацеленных на лечение заболеваний, имеющих в своей основе нарушения клеточного протеостаза (нейродегенеративные заболевания и старение).
Исследование молекулярных основ «иммунитета» у бактерий
В ходе эволюции бактерии выработали многочисленные и очень разнообразные молекулярные системы защиты от вирусных инфекций, способные выявлять и реагировать на присутствие в клетки чужеродных нуклеиновых кислот и белков. Исследование данных защитных систем бактерий способно оказать существенное влияние на развитие новых методов терапии заболеваний и разработку биотехнологических подходов (см. CRISPR/Cas). Понимание молекулярных механизмов активации антивирусных защитных систем бактерий способно дать начало персонализированным методам терапии, таким как фаготерапия.
Разработка антибиотиков
Антибиотики являются ключевым звеном современной медицины, однако возникновение и широкое распространение устойчивых форм бактерий в ходе клинического использования антибиотиков, требует разработки антибиотиков нового поколения каждые несколько десятилетий. Использование методов структурной биологии позволяет создавать платформы для поиска и направленного рационального дизайна новых антибиотиков для терапии инфекционных заболеваний, вызванных патогенными бактериями. Данное направление деятельности лаборатории посвящено структурному анализу перспективных белков-мишеней и рациональному дизайну терапевтических молекул-ингибиторов.