Лаборатория «Моделирование экосистем и биоинформатики»

Научно-образовательный центр «Физика живых систем», преемницей которого является лаборатория «Моделирование экосистем и биоинформатики», был создан в Физико-математическом институте Астраханского государственного университета в 2017 году. Руководителем Центра был назначен доктор физико-математических наук И.Б. Коваленко.

Мониторинг и инвентаризация видового состава экосистем особо охраняемых природных территорий (ООПТ);

Исследования процесса быстрого видообразования в условия долины Нижней Волги;

Инвентаризация флоры юга Российской Федерации;

Описание новых таксонов высших растений;

Построение филогении отдельных избранных родов и видов, представителей флоры Прикаспийского региона, методами молекулярной филогенетики;

Эколого-флористическая классификация растительных сообществ методом Ж. Браун-Бланке;

Реконструкция процессов флорогенеза и ландшафтогенеза методами аналитической флористики и биогеографии;

Математическое моделирование первичных процессов фотосинтеза;

Разработка метода компьютерного моделирования взаимодействия белков (многочастичная броуновская динамика);

Биофизика сложных систем;

Самоорганизация и формирование структур в делении клетки;

Взаимодействие антимикробных препаратов с бактериями и вирусами;

Разработка технологий создания лесных культур хвойных и лиственных пород с ЗКС в различных лесорастительных условиях лесостепной, степной зоны и зоны полупустынь Европейской части Российской Федерации, Северо-Кавказского и Крымского горных районов;

1. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова;

2. АСБК – Ассоциация сохранения биоразнообразия Казахстана;

3. Ростовский государственный природный биосферный заповедник;

4. Западно-Казахстанский университет им. М. Утемисова;

5. Естественно-научный музей университета Флориды (США);

6. Всероссийский научно-исследовательский институт лесной генетики, селекции и биотехнологий;

7. Государственный природный заповедник «Богдинско-Баскунчакский»;

8. Астраханский государственный технический университет;

9. Устюртский государственный природный заповедник;

 

В рамках проекта Central Asian Desert Initiative MSF/203/17, который поддерживается Фондом Михаэля Зуккова (Грайсфальд, ФРГ) по охране окружающей среды, и под руководством Казахстанской ассоциацией сохранения биоразнообразия (https://www.acbk.kz/article/default/view?id=112) подготовлено два естественно-научных обоснования (ЕНО) о необходимости создания заповедника на Казахстанской части Южного Устюрта и природного регионального парка «Северный Устюрт» в Атырауской области (https://cadi.uni-greifswald.de/ru/pro-cadi/ ).

По результатам исследования флористического биоразнообразия Прикаспийского региона и процесса быстрого видообразования в долине Нижней Волги (грант РФФИ №12-04-01680а), были описаны новые, в большинстве своем эндемичные, виды растений: Alopecurus tzvelevii V.A. Agaf., Laktionov, Yu.E. Alexeev & Mavrodiev, Astragalus astrachanicus Sytin & Laktionov, Astragalus baeri Sytin & Laktionov, Astragalus sytinii Belous & Laktionov, Elytrigia fursaevii Laktionov, Tzvelev & Mavrodiev, Poacynum kazakevichii Mavrodiev, Laktionov & Yu.E. Alexeev, Poacynum sareptanum Mavrodiev, Laktionov & Yu.E. Alexeev, Puccinellia vitalii Yu.E. Alexeev, Laktionov & Tzvelev, Rorippa wolgensis Fursajev ex Laktionov & Mavrodiev, Schoenoplectus halophilus Papch. & Laktionov и т.д. Описание последнего вида Alopecurus tzvelevii V.A. Agaf., Laktionov, Yu.E. Alexeev & Mavrodiev опубликовано в высокорейтинговом Австрийском журнале Feddes Repertorium (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/fedr.201900021 ).

Полный список новых таксонов описанных А.П. Лактионовым с соавторами приводится в Международной базе данных International Plant Names Index (https://www.ipni.org/a/20013164-1/).

А.П. Лактионовым совместно с коллегами проведены в мировом масштабе молекулярно-генетические исследования видов рода Ceratophyllum L. результаты которых опубликованы в журнале Британского ботанического общества Botanical Journal of the Linnean Society (https://academic.oup.com/botlinnean/article/188/2/161/5078827?login=false ).

А.П. Лактионов является одним из авторов 1 и 2 второго тома академического издания, коллективной монографии-определителя «Флора Нижнего Поволжья»: (https://www.rfbr.ru/rffi/ru/books/o_2087992). Книга представляет собой результат многолетних исследований флоры Нижнего Поволжья авторского коллектива — сотрудников Главного ботанического сада им. Н.В. Цицина РАН (ГБС РАН), Московского государственного университета (МГУ), Астраханского государственного университета (АГУ), Ботанического института РАН (БИН РАН) и др.

В рамках проекта по исследованию биоразнообразия флоры проведена полная инвентаризация флор ряда ООПТ Прикаспийского региона: Астраханского биосферного заповедника (http://www.ssc.smr.ru/media/journals/fito/2020/04_03.pdf ), Государственного заповедника «Богдинско-Баскунчакский», природного регионального парка природы «Баскунчакский» и Устюртского государственного природного заповедника (http://nature-asu.ru/?id=15&article=51 ).

В настоящее время в странах Центральной Азии ведутся ботанические исследования по проекту «Center for Large Landscape Conservation» (https://largelandscapes.org/ ) при поддержке Critical Ecosystem Partnership Fund (CEPF) (https://www.cepf.net/ ).

Так же в настоящий момент описывается ряд новых для науки видов растений из Монголии, побережья оз. Байкала, Копетдага (Туркменистан) и долины Нижней Волги.

С целью проведения долговременного экологического мониторинга экосистем Прикаспийского региона, методом эколого-флористической классификации Ж. Браун-Бланке (Braun-Blanquet) были описаны ряд новых синтаксонов растительности (http://www.ssc.smr.ru/media/journals/fito/2020/03_03.pdf ).

Совместно с сотрудниками Всероссийского научно-исследовательского института лесной генетики, селекции и биотехнологии (г. Воронеж), ведутся исследования по теме: «Разработка технологий создания лесных культур хвойных и лиственных пород с ЗКС в различных лесорастительных условиях лесостепной, степной зоны и зоны полупустынь Европейской части Российской Федерации, Северо-Кавказского и Крымского горных районов». В рамках этого проекта в 2022 году созданы опытные полигоны в Калмыкии и Ставропольском крае с целью исследования почвенно-растительного покрова, растений с ЗКС и выработки технологий и методов борьбы с опустыниванием на территории юга России

Со специалистами Флоридского музея естественной истории (Florida Museum of Natural History, Gainesville, FLMNH), проведены исследования процесса формирования флоры (флорогенеза) и ландшафта на территории долины Нижней Волги с пост хвалынского времени (12-25 тыс. лет назад) по настоящее время. Определено время формирования более чем 50 элементов ландшафта Северного Прикаспия (Бэровских бугров, ильменей, минерализованных озер и т.д.) по времени миграции на изученную территорию растений-маркеров. Статьи опубликованы в Американских журналах Ecology and Evolution (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdfdirect/10.1002/ece3.282 ) и Ecosphere (https://esajournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdfdirect/10.1890/ES14-00395.1 ).

На территории Государственного заказника федерального значения «Цимлянский» совместно с учеными Ростовского государственного заповедника проводятся исследования по изучению растительных кормовых ресурсов необходимых для реинтродукции на территории юга России зубров, тарпаноподобных лошадей и туроподобных животных.

Главным научным сотрудником лаборатории И.Б. Коваленко в соавторстве разработана крупнозернистая молекулярная модель фотосенсибилизатора фталоцианина цинка ZnPcChol8+ в рамках популярного силового поля MARTINI. Было обнаружено, что процесс проникновения ZnPcChol8+ в центр внешней бактериальной мембраны энергетически благоприятен и приводит к нарушению мембраны и образованию водной поры. Результаты исследования опубликованы в журнале Американского химического общества The Journal of Physical Chemistry: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcb.7b11707

И.Б. Коваленко с соавторами исследовал микротрубочки, которые входят в состав цитоскелета клетки и играют важнейшую роль во многих клеточных процессах. Научный анализ, проведенный главным научным сотрудником лаборатории, раскрывает особенности явления динамической нестабильности микротрубочек и его значимость для разведения хромосом при делении клетки. Статья опубликована в издании PLOS Computation Biology: https://journals.plos.org/ploscompbiol/article?id=10.1371/journal.pcbi.1007327

Исследованы взаимодействия электрон-транспортных белков пластоцианина и цитохрома f высших растений, микроводорослей и двух видов цианобактерий с использованием молекулярных компьютерных моделей. Продемонстрировано увеличение сложности молекулярных механизмов взаимодействия белков при переходе от бактерий к зеленым водорослям и высшим растениям. Результаты работы опубликованы в высокорейтинговом журнале Скандинавского общества физиологов растений Physiologia Plantarum: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ppl.12940

Предложен новый метод для измерения концентрации эндотоксинов (липополисахаридов), обнаружение которых является необходимым условием разработки новых сорбентов для эффективной очистки растворов и биологических жидкостей (опубликовано в журнале Analytical Biochemistry): https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0003269719303586?via%3Dihub

И.Б. Коваленко в соавторстве использовал крупнозернистое молекулярно-динамическое моделирование для исследования взаимодействия различных типов катионных антисептиков с модельной бактериальной мембраной. Молекулярное моделирование выявило качественно различные закономерности динамических и структурных изменений мембраны, вызванные различными типами антисептиков. Открытые изменения делают мембраны более чувствительными к электрическому полю, что может представлять один из цитотоксических способов действия катионных антисептиков. Результаты исследования опубликованы в Американском журнале The Journal of Physical Chemistry: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcb.0c07212

В 2021 году И.Б. Коваленко вместе с коллегами из МГУ имени М.В. Ломоносова в составе международного коллектива ученых впервые показал, что гибкие тубулиные хвосты могут напрямую влиять на скорость сборки микротрубочек. Учеными из АГУ и МГУ были проведены молекулярно-динамические расчеты, которые позволили впервые теоретически показать, что гибкие хвосты α-тубулинов могут напрямую блокировать поверхность глобулы тубулина, необходимую для встраивания субъединицы тубулина в микротрубочку. Полученные данные проясняют механизмы изменения динамики микротрубочек, зашифрованные «тубулиновым кодом». Исследования опубликованы в высокорейтинговом журнале Developmental Cell https://doi.org/10.1016/j.devcel.2021.05.005

И.Б. Коваленко вместе с коллегами из МГУ имени М.В. Ломоносова установил механизм взаимодействия катионных фотосенсибилизаторов – веществ, вызывающих чувствительность к свету, – с шипами коронавирусов человека и нашли вещество, эффективно обезвреживающее вирус SARS-CoV-2. Им оказались молекулы октакис(холинил)фталоцианина цинка. Результаты опубликованы в научном журнале Viruses https://www.mdpi.com/1999-4915/13/8/1615

1. услуги в области идентификации биологических объектов;
2. оценка воздействия на окружающую среду действующих и проектируемых объектов;
3. разработка проектов документов для обеспечения объявления, преобразования и прекращения функционирования особо охраняемых природных территорий;
4. разработка планов управления редкими и исчезающими видами флоры и фауны
5. паспорта и охранные обязательства для передачи под охрану объектов животного мира;
6. услуги в области снижения инвазивных и паразитарных угроз, биобезопасности;
7. программы и схемы развития экотуризма, разработка маршрутов и их обустройства;
8. аэрокосмические и геоинформационные методы и технологии оценки состояния природной среды;
9. консалтинговая деятельность по подготовке международных проектов в сфере биологического разнообразия и охраны природы.