Регистрация / Вход
Прислать материал

Биосенсоры для экологического мониторинга на основе фотосинтетических пигмент-белковых комплексов.

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Выполнение этапа проекта
Проект
02.434.11.3013
Организация
НИИ ФХБ МГУ
Продолжительность работ
2005 - 2006, 15 мес.
Бюджетные средства
6 млн
Внебюджетные средства
0 млн

Создание биосенсорных систем для детекции токсичных загрязнителей окружающей среды, основанных на процессах переноса зарядов в фотосинтетических пигмент-белковых комплексах.

Соисполнители

Организация
ФИЦ ХФ РАН

Этапы проекта

1
08.07.2005 - 09.12.2005
Получены следующие основные результаты.
1. Выяснены особенности молекулярного механизма ингибирования переноса зарядов на акцепторных участках бактериальных фотосинтетических реакционных центров и фотосистемы 2 высших растений ионами тяжелых металлов и гербицидами.
2. Изучено влияние различных факторов на нефотохимическое тушение флуоресценции хлорофилла в листьях растений, мхах и лишайниках.
3. Изучено влияние экологических факторов (загрязнение атмосферы выхлопными газами и действие тяжелых металлов) на функциональное состояние фотосинтетического аппарата листьев высших растений.
4. Модернизирована экспериментальная установка для регистрации процессов переноса электронов с высоким временным разрешением в широком спектральном диапазоне.
Подробный иллюстрированный отчет на 24 страницах текста прилагается.
Развернуть
2
01.01.2006 - 31.05.2006
Второй этап НИР выполнялся в соответствии с Государственным контрактом № 02.434.11.3013 от 6 июля 2005 г. в период с января по май 2006 г. В результате выполнения второго этапа НИР продемонстрирована возможность использования флуориметрического экспресс-метода с применением биосенсора в виде выделенных тилакоидов высших растений для определения наличия солей тяжелых металлов в растворах. С помощью методов ЭПР-спектроскопии, медленной индукции флуоресценции и термолюминесценции в присутствии солей тяжелых металлов обнаружены специфические изменения в фотосинтетическом аппарате. Построена математическая модель переноса зарядов при фотосинтезе, адекватно описывающая сложную кинетику транспорта электронов в различных условиях функционирования фотосинтезирующих объектов. На комплексах фотосистемы I цианобактерий обнаружен эффект осцилляций в кривых затухания поглощения после возбуждения фемтосекундным импульсом. Исследование динамики осцилляций дает возможность исследовать тонкие эффекты динамики передачи энергии и переноса заряда в фотосинтетическом аппарате. Разработан макет биосенсорного флуориметра для регистрации изменений выхода флуоресценции в зависимости от наличия загрязнителей в окружающей среде. Составлен промежуточный отчет.
Развернуть
3
01.06.2006 - 31.10.2006
1. Проведен цикл исследований по созданию прототипа биосенсора (датчика), содержащего в качестве рецепторного элемента фотосинтетические пигмент-белковые комплексы, чувствительные к присутствию загрязнителей (гербициды, ионы тяжелых металлов) в окружающей среде. В качестве биосенсора были выбраны хлоропласты высших растений, иммобилизованные на твердой подложке с помощью полиэлектролитов или инкапсулированные в составе геля. Показано, что иммобилизованные таким образом хлоропласты не теряют фотосинтетической активности при хранении при температуре 4оС.
2.Путем измерения квантового выхода фотосинтеза с помощью мини ПАМ-флуориметра показано, что листья растений являются хорошим индикатором для регистрации загрязнения почвы солями тяжелых металлов.
3.Исследовано влияние ионов тяжелых металлов на образование мембранного потенциала в протеолипосомах, содержащих комплексы ФС 2. Показано, что ионы Cd2+ и Zn2+ ингибируют электрогенный перенос электрона между первичным хинонным акцептором QA и атомом негемового железа Fe3+.
4Исследована фемтосекундная динамика переноса энергии и первичного разделения зарядов в ФС 1 при её возбуждении импульсами света с длинами волн 680 нм, 700 нм и 720 нм с различной фазовой модуляцией фемтосекундного импульса возбуждения (чирпирование импульса). Показано, что изменение фазовой модуляции наиболее значительно влияет на кинетику первичной стадии переноса электрона в РЦ и, возможно, на перенос энергии возбуждения в примыкающих к РЦ молекулах хлорофилла антенны.
5.Изготовлен макет флуориметра для регистрации изменений выхода флуоресценции фотосинтетических объектов.
6.Подана заявка на изобретение способа получения тонкопленочного материала, содержащего функциональные компоненты и молекулы полиэлектролитов. Предложенный тонкопленочный материал сформирован на поверхности подложки и включает предварительно сформированные поли-ионные комплексы молекул поликатионов, полианионов и функциональных компонентов (например, фотосинтетических пигмент-белковых комплексов). Данное изобретение обеспечивает эффективное сохранение нативности и активности фотосинтетических пигмент-белковых комплексов и может быть использовано в качестве стабильного биосенсора, необходимого для экологического экспресс-мониторинга.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 годы

Программное мероприятие

1.2 Проблемно-ориентированные поисковые исследования фундаментального характера
Продолжительность работ
2005, 5 мес.
Бюджетные средства
4,8 млн
Организация
ИЭФБ РАН
профинансировано
Тема
Биосенсоры для экологического мониторинга на основе фотосинтетических пигмент-белковых комплексов.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
6 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка фотобиокаталитических технологий на основе пигмент–белковых комплексов, полупроводниковых наноразмерных частиц и ферментов
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
8 млн
Количество заявок
2
Тема
Электрохимические системы для специфической детекции микробных клеток и токсичных соединений
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
5 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка регенерируемых нанопроводных биосенсоров для детекции маркеров заболеваний в сыворотке крови
Продолжительность работ
2014 - 2016, 28 мес.
Бюджетные средства
30 млн
Количество заявок
6
Тема
Разработка фотобиокатализаторов и биосенсоров на основе ферментов и хлорофилл-белковых комплексов, иммобилизованных в мезопористых полупроводниковых носителях.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 17 мес.
Бюджетные средства
7,8 млн
Количество заявок
1