Научная школа академика И. И. Гительзона «Экологическая биофизика»

И. И. ГительзонВ числе первых академических научных школ, возникших в Красноярске и получивших мировое признание, созданная трудами академиков Терскова и Гительзона школа экологической биофизики, развитая впоследствии И. И. Гительзоном в современную школу Биофизики и биотехнологии надорганизменных систем.

В настоящее время в составе школы 17 докторов наук, 39 кандидатов наук, 26 аспирантов.

За 2003-2006 гг. подготовлено 11 докторов и 20 кандидатов наук.

Основные результаты

Замкнутая система жизне-обеспечения БИОССоздана методология синтеза замкнутых экологических систем на основе развитой биотехнологии параметрического управления биосинтезом в популяциях микроорга-низмов и растений. Она позволила осуществить первую и остающуюся уникальной действующую замкнутую экосистему жизнеобеспечения человека «Биос». В настоящее время эти работы продолжаются в сотрудничестве с Европейским космическим агентством. Рассчитана на математической модели и создана экспериментальная модель нового поколения биорегенеративной системы жизнеобеспечения (БСЖО) для дальних космических полетов, основанная на новом подходе к замыканию круговорота вещества - биологическом и физико-химическом «сжигании» тупиковых растительных продуктов, что обеспечило повышение устойчивости БСЖО и степени замкнутости круговорота выше 95%.

Развитая методология перенесена на исследование природных экосистем.

Сформулированы законы устойчивости «идеальных» водных экосистем. Созданы основы теории поддержания устойчивых пространственных неоднородностей биолого-химических компонент в проточных (р.Енисей) и стратифицированных (оз. Шира, Крас-ноярское водохранилище) водных экосистемах, которые служат основой для разработки способов управления ими.

На основе лабораторных биофизических экспериментов и расчетов, выполненных на эколого-математической модели, показана возможность успешной биоманипуляции «top-down» в обход трофического каскада в природном водоеме и осуществлена первая в России биоманипуляция – целенаправленное изменение трофической структуры экосистемы водохранилища с целью ликвидации «цветения» цианобактерий и восстановления качества воды. Первая в России и СНГ биоманипуляция top-down

В полном соответствии со сценарием, разработанным на математической модели, было ликвидировано массовое размножение цианобактерии Microcystis aeruginosa в водоеме. Разработанные методы параметрического управления биосинтезом хемоавтотрофных бактерий позволили направить программу синтеза на создание преимущественно (более 70% биомассы) полиоксиалканоатов, новых биополимеров весьма перспективных для медицины и промышленности.

На основе полученных фундаментальных знаний о закономерностях синтеза полимерных макромолекул хемоаутотрофными бактериями синтезировано семейство биорезорбируемых линейных биополимеров различной химической структуры, изучены их базовые физико-химические свойства. Из полиалканоатов получено семейство полимерных изделий медицинского назначения. Проведены комплексные биомедицинские исследования, разработаны и зарегистрированы в Госстандарте РФ технические условия на три типа полимеров: для протезирования сосудов сердца, для матриксов растущих клеток и для внутриорганизменного длительного депонирования лекарственных средств.

Установка для синтеза биополимеровПо гранту МНТЦ создана первая в стране установка для синтеза этих биополимеров. Уникальное сочетание ряда условий делает Красноярск предпочтительным местом для создания здесь новой отрасли промышленного синтеза биодеградируемых полимеров на основе этих работ.

По инициативе основателя школы были начаты первые в Советском Союзе инструментальные исследования общеокеанического природного явления – биолюминесценции морских организмов, разработан комплекс зондирующих приборов и создана первая карта светимости Мирового океана, собрана в экспедициях и поддерживается крупнейшая мировая коллекция светящихся бактерий.

Развернуты работы по изучению молекулярного механизма биолюминесценции; расшифрованы гены и белковая структура излучающих ферментов – люцифераз ряда видов животных. На основе этих работ из светящихся ферментов и их генов методами генной инженерии и химическим синтезом созданы высокочувствительные биолюминесцентные метки для молекулярной диагностики (имунно-ферментный анализ, тиреоидные и гонадотропные гормоны, альфафетопротеин, вирус гепатита Б и реактивы для количественного анализа продуктов ПЦР). Совместно с Институтом молекулярной биологии РАН разрабатываются биолюминесцентные микрочипы для применения в медицинской диагностике.

В последние годы развернуты исследования биологических эффектов взрывных наноалмазов, показана их перспективность как нового средства хроматографии и медицинских применений в качестве носителя ферментов и других биологически активных молекул.

Развитая Школой биосферно-ноосферная методология послужила основой для проекта «Экологизация образования и технологий», предложенного КрасГУ и получившего многолетнию финансовую поддержку в виде совместного гранта Минобрнауки и Фонда Гражданского общества (CRDF, US). Для выполнения проекта в структуре КрасГУ был создан Научно-образовательный центр «Енисей». Консолидированный успешной шестилетней совместной работой этот коллектив предлагает теперь инициативный образовательный проект «Создание и развитие департамента физико-химической биологии и фундаментальной экологии» на конкурс мультидисциплинарных проектов СФУ.

Традицией школы является тесное постоянное сотрудничество с Университетами, в первую очередь с КрасГУ и КГТУ (ныне СФУ) как основным источником притока молодых кадров в школу. Более 15-ти участников школы преподают в КрасГУ и КГТУ, руководят ас-пирантами и исследовательской работой.

Поддерживающий Школу грант СФУ будет использован в основном на выявление новых точек роста и поддержку их молодых носителей.

Научные связи школы в рамках совместных проектов

Российские:
Институт молекулярной биологии РАН.Зоологический институт РАН (Санкт-Петербург), Красноярский Государственный аграрный университет, Институт микробиологии РАН (Москва), Институт биологии внутренних вод РАН (Ярославль), ОАО «Биохиммаш» (Москва), Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН, Институт биоорганической химии и фундаментальной медицины СО РАН (Новосибирск), НИИ трансплантологии и искусственных органов МЗ РФ (Москва), Научный гематологический центр РАМН (Москва), Красноярский кардиологический центр, Красноярский научный стоматологический центр, ИМБП РАН (Москва), Институт биохимии и биофизики Казанского НЦ РАН, СИФИБР СО РАН (Иркутск), МГУ (Москва), Петербургский госуниверситет, ТГУ (Томск).

Международные:
Европейское космическое агентство (ESA), Китайский центр подготовки космонавтов, Пекинский университет астронавтики и аэронавтики, NASA, Японский Институт исследования окружающей среды и Японское космическое агентство, Канадское космическое агентство, Molecular Microbiology and Biotechnology Institute (Германия), METU BIOMAT (Department of Biological Sciences Biotechnology Research Unit Ankara, Туркция), EMPA (Materials Science and Technology Abt. Biomaterials. Gallen Швейцария), Институт экологии (Нидерланды), Университет Мадрида (Испания), Институт микробиологии (Швейцария), National Water Research Institute (Canada). Университеты Флоренции и Болоньи (Италия); Университет Бирменгема (Англия); Гарвардский университет США.

Стипендии и гранты для молодых ученых

Гранты президента РФ (13), Персональные гранты CRDF и Министерства образования и науки РФ (13), стипендии фонда содействия отечественной науке (5), персональные гранты ККФН (23), губернаторские премии (1), премии мэра г. Красноярска (3), персональные гранты Минобранауки РФ (5).

Число выполненных и выполняемых международных проектов

Выполненных – 19, выполняемых – 8.

Коллективом Школы публикуются ежегодно десятки статей в рецензируемых журналах. Опубликовано в 2003-06 годах 5 монографий, из них 3 международными издательствами. Согласно индексу цитирования, на работы членов школы регистрируются сотни ссылок в год, что свидетельствует о признании и активном отслеживании их работ научным сообществом.

Руководитель школы

И. И. ГительзонИ.И. Гительзон окончил МГУ и КГМИ, академик РАН, д.м.н., профессор биофизики, советник РАН в Институте биофизики СО РАН, профессор кафедры биофизики СФУ. Автор и соавтор 8 монографий и более 200 публикаций в отечественных и международных журналах, руководитель более 50 защищенных кандидатских диссертаций и консультант 11 докторских. Член Сибирского отделения РАН и Отделения биологических наук РАН, председатель Совета по защите докторских диссертаций в Институте биофизики СО РАН, член Ученого и Квалификационного советов КГУ, член объединенного совета по биологическим наукам СО РАН, Совета по биофизике и ряда других научных советов РАН и международных, действительный член Международной Академии Астронавтики, член редакционных советов журналов «Биофизика», «Habitation» (Human Life Support). Область научных интересов экологическая биофизика, создание замкнутых экологических систем, биолюминесценция, биотехнология, регуляция клеточного размножения в организме (эритропоэз).

Публикации 2003-2006

Монографии

  1. Gitelson I.I., Lisovsky G.M., R. MacElroy. ManMade Closed Ecological Systems. 2003. London, Toronto, New York, 402 p.

Статьи

  1. Gitelson J.I., Bartsev S.I., Mezhevikin V.V., Okhonin V.A. An alternative approach to so-lar system exploration providing safety of human mission to Mars // Adv. Space Res. 2003. V. 31, No. 1. P. 17-24.
  2. Gitelson I.I., Degermendzhy A.G., Rodicheva E.K. Self-restoration as fundamental prop-erty of CES providing their sustainability // Adv. Space Res. 2003. V. 31, No 7. P. 1641-1648.
  3. Gitelson I.I., Tikhomirov A.A., Parshina O.V., Ushakova S.A., Kalacheva G.S. Volatile metabolites of higher plants crops as a photosynthesizing life support systems component under temperature stress at different light intensities // Adv. Space Res. 2003. V. 31, Nо 7. P. 1781-1786.
  4. Протопопов А.В., Кочкина Т.А., Константинов Е.И., Ефремов С.Н., Шишацкая Е.И., Волова Т.Г., Гительзон И.И. Исследование применимости покрытия из ПГА для повышения биосовместимости сосудистых эндопротезов // Доклады АН. 2005. Т. 401, №.1. С. 129-132.
  5. Tirranen L.S., Gitelson I.I.. The role of volatile metabolites in microbial communities of the LSS higher plant link. // Advances in Space Research, 2006, 38, P. 1227-1232.

Вы можете отметить интересные фрагменты текста, которые будут доступны по уникальной ссылке в адресной строке браузера.