ChemNet
 
Химический факультет МГУ

Книги сотрудников факультета

Иммобилизованные клетки: биокатализаторы и процессы : монография /
Под ред. д-ра биол. наук, профессора Е.Н. Ефременко. — М. : РИОР, 2018. —
499 + 24 с. цв. вклейка. — DOI: https: //doi.org/10.12737/2004-3
ISBN 978-5-369-02004-3,

Иммобилизованные клетки:
биокатализаторы и процессы

Монография

Под редакцией доктора биологических наук, профессора Е.Н. Ефременко
М. : РИОР, 2018. - 499 + 24 с. цв. вклейка
ISBN 978-5-369-02004-3

Монография состоит из обзоров специалистов, имеющих публикации и научнопрактический опыт в исследованиях иммобилизованных клеток микроорганизмов, растений и животных, которые проводились ими в последние 10 лет. Основу обзоров составляют научные результаты самих авторов, а также актуальные данные по обсуждаемым вопросам, представленным в современной мировой литературе. В книге отражена информация о характеристиках иммобилизованных клеток, способах их регуляции, возможности длительного функционирования и хранения таких клеток, перспективах использования их в биомедицине, системах биодетекции, процессах синтеза биологически активных веществ и в решении экологических задач.

Издание предназначено для специалистов в области биотехнологии, гетерогенного катализа, зеленой химии, биохимии, биофизики, экологии, цитологии, биомедицины, для преподавателей, студентов и аспирантов естественнонаучных и технических факультетов высших учебных заведений, для всех, кто интересуется новыми результатами исследования свойств разных клеток и прикладными аспектами их возможного использования.


 
АВТОРСКИЙ КОЛЛЕКТИВ

  • Андрюшина Валентина Александровна — канд. хим. наук, Институт биоинженерии, Федеральный исследовательский центр
    «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН (Москва, Россия)
  • Балабанова Татьяна Викторовна — ФГБУН «Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова» РАН (Москва, Россия)
  • Беклемишев Анатолий Борисович — доктор биол. наук, Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, НИИ биохимии СО РАН (Новосибирск, Россия)
  • Варфоломеев Сергей Дмитриевич — чл.-корр. РАН, Московский государственный университет им.М.В.Ломоносова, Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН (Москва, Россия)
  • Водякова Марина Андреевна — ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева» (Москва, Россия)
  • Демаков Виталий Алексеевич — чл.-корр. РАН, Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН — филиал «Пермского федерального исследовательского центра
    УрО РАН», Пермский государственный национальный исследовательский университет (Пермь, Россия)
  • Дитченко Татьяна Ивановна — канд. биол. наук, Белорусский государственный университет (Минск, Беларусь)
  • Джавахия Вахтанг Витальевич — канд. биол. наук, Институт биоинженерии, Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии»
    РАН (Москва, Россия)
  • Дроздова Мария Георгиевна — ФГБУН «Институт биоорганической химии им. академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН» (Москва, Россия)
  • Ефременко Елена Николаевна — доктор биол. наук, Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН (Москва, Россия)
  • Завьялова Наталья Васильевна — доктор биол. наук, 27 Научный центр Министерства обороны Российской Федерации (Москва, Россия)
  • Ившина Ирина Борисовна — академик РАН, Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН — филиал Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН, Пермский государственный национальный исследовательский университет (Пермь, Россия)
  • Исмаилов Анвар Джураевич — доктор биол. наук, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (Москва, Россия)
  • Карпова Наталья Викторовна — канд. биол. наук, Институт биоинженерии, Федеральный Исследовательский Центр Фундаментальные основы биотехнологии РАН (Москва, Россия)
  • Коваленко Галина Артемьевна — доктор хим. наук, Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Новосибирский государственный университет (Новосибирск, Россия)
  • Криворучко Анастасия Владимировна — канд. биол. наук, Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН — филиал Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН, Пермский государственный национальный исследовательский университет (Пермь, Россия)
  • Куюкина Мария Станиславовна — доктор биол. наук, Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН — филиал Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН, Пермский государственный национальный исследовательский университет (Пермь, Россия)
  • Лозинский Владимир Иосифович — доктор хим. наук, Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН (Москва, Россия)
  • Лягин Илья Владимирович — канд. хим. наук, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (Москва, Россия)
  • Максимова Юлия Геннадьевна — доктор биол. наук, Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН — филиал Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН, Пермский государственный национальный исследовательский университет (Пермь, Россия)
  • Мамедова Фахрия Тахир кызы — канд. хим. наук, Азербайджано-Французский Университет (UFAZ) (Баку, Азербайджан)
  • Марквичева Елена Арнольдовна — доктор хим. наук, ФГБУН «Институт биоорганической химии им. академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН» (Москва, Россия)
  • Маслова Ольга Васильевна — канд. хим. наук, Московский государственный университет им.М.В. Ломоносова (Москва, Россия)
  • Махлис Татьяна Абрамовна — Московский государственный университет им.М.В.Ломоносова (Москва, Россия)
  • Молчан Ольга Викторовна — канд. биол. наук, Белорусский государственный университет (Минск, Беларусь)
  • Перминова Лариса Валентиновна — канд. хим. наук, Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН (Новосибирск, Россия)
  • Плеханова Юлия Викторовна — канд. биол. наук, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН (Пущино, Россия)
  • Решетилов Анатолий Николаевич — доктор хим. наук, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН
    (Пущино, Россия)
  • Сенько Ольга Витальевна — канд. хим. наук, Московский государственный университет им.М.В.Ломоносова, Институт биохимической физики им. Н.М.ЭмануэляРАН
    (Москва, Россия)
  • Степанов Николай Алексеевич — канд. техн. наук, Московский государственный университет им.М.В.Ломоносова, Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН (Москва, Россия)
  • Стыценко Татьяна Семёновна — канд. хим. наук, Институт биоинженерии, Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН (Москва, Россия)
  • Филиппова Светлана Николаевна — канд. биол. наук, Белорусский государственный университет (Минск, Беларусь)
  • Холстов Александр Викторович — канд. биол. наук, ФГУП Московский эндокринный завод (Москва, Россия)
  • Юрин Владимир Михайлович — доктор биол. наук, Белорусский государственный университет (Минск, Беларусь)
  • Ядерец Вера Владимировна — канд. биол. наук, Институт биоинженерии, Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН (Москва, Россия)


Содержание

Предисловие редактора
Ефременко Е.Н   12
Глава 1. Свойства иммобилизованных клеток и их регуляция   15
      Иммобилизованные клетки в биокатализаторах и биопленках:
      свойства и общие закономерности их изменения
      Ефременко Е.Н.
  17
      Иммобилизованные нерастущие микроорганизмы и их лизаты
      для одноферментных биокаталитических процессов
      Коваленко Г.А., Перминова Л.В., Беклемишев А.Б.
  61
      Иммобилизация клеток как подход к их длительному хранению
      Махлис Т.А., Сенько О.В., Мамедова Ф.Т., Ефременко Е.Н.
  97
      Иммобилизованные клетки грибов: общие тенденции развития
      исследований и способов регуляции функциональной активности
      в процессах получения биологически активных соединений
      Ефременко Е.Н., Сенько О.В., Маслова О.В., Степанов Н.А., Лозинский В.И., Варфоломеев С.Д.
  123
Глава 2. Иммобилизованные клетки и их значение для биомедицины   161
      Иммобилизация клеток лекарственных растений —
      одно из направлений развития фармацевтической биоэкономики
      Юрин В.М., Дитченко Т.Н., Филиппова С.Н., Молчан н О.В.
  163
      Иммобилизованные животные клетки в/на биодеградируемых
      матриксах для тканевой инженерии и регенеративной медицины
      Балабанова Т.В., Дроздова М.Г., Водякова М.А., Марквичева Е.А.
  186
Глава 3. Иммобилизованные клетки в системах биодетекции   209
      Биосенсорные системы и топливные элементы на основе микробных клеток
      Решетилов А.Н., Плеханова Ю.В.
  211
      Иммобилизованные клетки бактерий, обладающих биолюминесценцией,
      в системах биодетекции и экомониторинга
      Маслова О.В., Сенько О.В., Холстов А.В., Исмаилов А.Д., Ефременко Е.Н.
  257
Глава 4. Иммобилизованные клетки в процессах синтеза биологически активных веществ   293
      Трансформация стероидов иммобилизованными клетками
      микроорганизмов как один из эффективных способов получения
      высокоактивных и промышленно значимых стероидных соединений
      Андрюшина В.А., Стыценко Т.С., Карпова Н.В., Ядерец В.В., Джавахия В.В.
  295
      Получение экзополисахаридов иммобилизованными
      клетками микроорганизмов
      Степанов Н.А., Сенько О.В., Маслова О.В., Ефременко Е.Н.
  332
      Иммобилизованные клетки микроорганизмов в процессах
      трансформации нитрилов и амидов карбоновых кислот
      Максимова Ю.Г., Демаков В.А.
  385
Глава 5. Иммобилизованные клетки в решении экологически значимых проблем   407
      Иммобилизация углеводородокисляющих родококков
      как фактор усиления нефтяной ремедиации
      Ившина И.Б., Куюкина М.С., Криворучко А.В.
  409
      Иммобилизованные биокатализаторы в системах получения
      биогаза и анаэробной очистки сточных вод
      Сенько О.В., Ефременко Е.Н.
  429
      Иммобилизованные биокатализаторы в процессах
      биодеградации токсичных соединений
      Ефременко Е.Н., Лягин И.В., Сенько О.В., Завьялова Н.В.
  460


90-летию
химического факультета
МГУ имени М.В. Ломоносова и

45-летию
кафедры химической энзимологии
химического факультета МГУ
посвящается

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА

Традиционно любые юбилейные события дают повод для подведения определенных итогов, анализа полученных и накопленных результатов, формулировки новых текущих задач, осмысления возможности достижения новых стратегических целей. Эта книга стала своего рода предвестником грядущих в 2019 г. юбилейных событий на химическом факультете МГУ имени М.В.Ломоносова и на кафедре химической энзимологии, благодаря которым появилась возможность для многих исследователей, вовлеченных в проблемы изучения и применения иммобилизованных клеток, как мощных биокатализаторов различных процессов и составной части ряда биосенсорных систем, объединиться и, испытывая пиетет к указанным структурным подразделениям МГУ, поделиться результатами своей работы за последние 10 лет, проанализировать мировые достижения в осваиваемых научных направлениях, показать потенциал проводимых изысканий и выделить те точки, которые ожидаемо окажутся значимыми в ближайшем будущем для приложения знаний и усилий.

Именно акад. РАН Березиным И.В., являвшимся деканом Химического факультета МГУ, были инициированы первые разработки и исследования на кафедре химической энзимологии, основанной им в 1974 г., в области создания биокаталитических систем на основе иммобилизованных клеток и ферментов. Учебные и научные публикации по этим тематикам, в подготовке которых активное участие принимали сотрудники кафедры, сегодня хорошо известны, так как они внесли свой вклад в формирование общего научного базиса, которым пользовались и продолжают пользоваться многие исследователи, развивая в целом это междисциплинарное направление науки, связанное с исследованием различных иммобилизованных клеток как биокатализаторов с уникальными свойствами: «Введение в прикладную энзимологию» (под ред. И.В. Березина и К. Мартинека, 1982); «Биотехнология: Учеб. пособие для вузов» (в 8 кн., под ред. Н.С. Егорова, В.Д. Самуилова. Кн. 8: Инженерная энзимология / И.В. Березин, А.А. Клёсов, В.К. Швядас и др., 1987); «Иммобилизованные клетки» (Синицын А.П., Райнина Е.И., Лозинский В.И., Спасов С.Д., 1994); «Химическая энзимология» (Варфоломеев С.Д., 2005), «Chemical and Biochemical Physics, Kinetics and Thermodynamics: New Perspectives» (Ed. Zaikov G.E., 2008), «Biotechnology: State of the Art and Prospects for Development" (Ed. Zaikov G.E., 2008), «Biocatalysis andBiocatalytic Technologies» (Ed. Zaikov G.E., 2006), «Modern Problems in Biochemical Physics: New Horizons (Biochemistry Research Trends)» (Eds. Zaikov G.E., Burlakova E.B., Varfolomeev S.D., Popov A.A., 2012.), «Химия биомассы: биотоплива и биопластики» (под ред. Варфоломеева С.Д., 2017).

Работы по изучению свойств различных иммобилизованных клеток, отличающих их от суспензионных культур и проявляемых ими в разнообразных биокаталитических процессах, сегодня проводятся многими учеными. География этих исследований очень широкая, как и палитра самих объектов исследования и реакций с их участием. Всё это отразилось на тематиках подготовленных обзоров и на составе авторского коллектива, представленного специалистами из разных стран, городов и организаций, многие из которых относятся к академическим. Так, в данной монографии отдельное внимание уделено обсуждению процессов получения и сохранения иммобилизованными клетками чужеродных молекул ДНК, а также представлен анализ «необычной» в сравнении с суспензионными клетками реакции на стресс у иммобилизованных клеток и их кворумныи ответ на увеличение собственной концентрации. Изложены основные ожидаемые тенденции развития исследований, связанных с иммобилизованными клетками. Описаны результаты получения гетерогенных биокатализаторов на основе целых клеток для одноферментных процессов конверсии различных субстратов, показаны универсальные подходы к созданию таких биокатализаторов на основе клеток разных микроорганизмов. Представлен анализ имеющейся информации по длительному хранению клеток различных микроорганизмов в иммобилизованном виде, показаны перспективы использования иммобилизации в качестве одного из возможных, действенных и природоподобных методов консервации клеток.

Отдельно обсуждаются оригинальные подходы, стратегии получения лиальных грибов для разных целей. Представлены результаты уникального комплексного исследования физиолого-биохимических особенностей иммобилизованных клеток разных лекарственных растений, культивированием которых обеспечивается экологическая чистота производимых лекарственных субстанций, а также полная независимость от географических и климатических факторов. Рассмотрены разнообразные подходы к использованию носителей (20-подложек и ЗО-матриксов) для иммобилизации животных клеток, включая стволовые, с целью обеспечения клеточной адгезии, роста, пролиферации, дифференцировки и регенерации тканей. Обсуждаются вопросы теоретических основ и практического применения иммобилизованных клеток как компонентов микробных биосенсоров и биотопливных элементов, показана возможность их использования для экомониторинга разных токсикантов в водных объектах, почве и воздушных средах. Продемонстрирована эффективность применения иммобилизованных клеток микроорганизмов в качестве биокатализаторов реакций трансформации и биосинтеза стероидных соединений с гарантией преодоления ряда сложностей, связанных с биотрансформацией стероидных субстратов. Показана перспективность использования высококонцентрированных клеточных популяций в иммобилизованном виде для получения разных микробных полисахаридов как источников новых биодеградируемых материалов с привлекательными свойствами. Представлены методы иммобилизации клеток нитрилгидролизующих микроорганизмов и примеры их использования в процессах трансформации нитрилов и амидов карбоновых кислот для целей биокатализа и биологической очистки загрязненных сред, показано влияние иммобилизации клеток на стереоселективность гидролитических реакций.

Проанализированы и обобщены преимущества использования иммобилизованных углеводородокисляющих клеток для решения вопросов нефтяной биоремедиации, обсуждены основные подходы к выбору носителей и созданию оптимальных условий иммобилизации клеток нефтедеструкторов. Рассмотрены способы иммобилизации консорциумов клеток, входящих в состав активных илов для анаэробной очистки стоков и получения биогаза, показаны приемы интенсификации этих процессов. Проведен анализ эффективного применения иммобилизованных клеток в процессах биодеградации различных токсичных веществ, изложены основные тенденции в развитии подходов к повышению концентраций биоразлагаемых токсикантов под действием иммобилизованных биокатализаторов, отдельно представлены достижения в области детоксификации нейротоксичных фосфорорганических соединений.

Эта монография не является учебным пособием, она состоит из обзоров специалистов, которые имеют публикации и научно-практический опыт в исследованиях по тем направлениям, которые проводились ими в последние годы с использованием единого объекта исследований — иммобилизованных клеток разных живых объектов: микроорганизмов, животных, растений. Именно собственные научные результаты членов авторского коллектива составили основу представленного материала, в которых сами авторы делятся своим опытом, знаниями и обобщающими выводами. Они отмечают, что происходит постоянное накопление новой информации, сопоставление которой позволяет уточнить или даже пересмотреть определенные представления о том, на что способны иммобилизованные клетки, и главное — какие механизмы управляют этими «способностями». Эти знания становятся важным рычагом управления такими биокаталитическими системами. Хочется надеяться, что появление этой монографии будет способствовать лучшему пониманию принципов и результатов функционирования иммобилизованных клеток, а также активному и широкому их применению на практике.

Всем членам сложившегося авторского коллектива как своим единомышленникам я хочу выразить большую благодарность за проявленное уважение к идее написания этой монографии, отзывчивость, научный интерес, поддержку, желание делиться своими результатами и знаниями, а также уверенность в том, что такие исследования нужны и актуальны.

профессор Ефременко Е.Н.


Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается  копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору