БАТИЩЕВ Олег Вячеславович
Заведующий лабораторией
доктор физико-математических наук
Тел.:+7 (495) 954 86 73
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.;
Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Научные направления исследований лаборатории
- Биоэлектрохимия модельных липидных и клеточных мембран: мембранная электростатика, ионный транспорт, окислительно-восстановительные реакции на границе раздела мембран с окружающей средой, электрокинетические явления, электропорация мембран.
- Самоорганизация и функционирование белок-липидных структур, ответственных за различные процессы жизнедеятельности клетки. Физико-химические механизмы белок-липидных взаимодействий.
- Молекулярные механизмы вирусного инфицирования клетки.
- Моделирование процессов топологических перестроек мембран и формирования гетерогенных структур в рамках теории упругости жидких кристаллов, адаптированной к липидным мембранам.
- Фазовые переходы в биологических мембранах, формирование доменов и их роль в функционировании клетки.
Основные научные результаты исследований
- В аналитической форме была решена задача о скорости распространения нервного импульса по гладкому однородному волокну. Токи, протекающие через Na и K-каналы аппроксимировались простой знакопеременной функцией. Более строгий учёт динамики Na-проводимости подтвердил справедливость упрощённой модели, которая хорошо описывает экспериментальные данные. В рамках простой модели был рассмотрен ряд более сложных задач: миелинизированное волокно, геометрически неоднородное и ветвящееся волокно, взаимодействие импульсов, распространяющихся по соседним волокнам и т.п. Были разработаны методы описания распространения возбуждений в синцитиях и нейронных сетях.
- Разработана теория подвижных переносчиков и однорядного транспорта, которая была распространена на случай Na+ и K+-каналов электровозбудимых клеточных мембран. Были предложены методы электрической диагностики, которые позволили идентифицировать механизм переноса в случае более сложных систем, реализующих обменный и коллективный транспорт. Однорядный перенос был изучен также с помощью молекулярной динамики. Все эти результаты сформировали базис, на котором строится описание мембранного ионного транспорта в биологических системах переработки информации и энергии.
- Крупным достижением нашей лаборатории явилось то, что было разработано два оригинальных метода — один из них получил название потенциодинамического, а другой — компенсации внутримембранного поля. Оба получили широкое распространение и у нас в стране и за рубежом. В результате была получена возможность изучать адсорбцию заряженных частиц, определять заряд любого монослоя, находить граничный потенциал, порождённый поверхностными диполями. Оба метода дают также информацию об упругом модуле мембраны, т.к. её сжатие электрическим полем изменяет ёмкость, что отражается на измеряемом сигнале.
- Разработана теория воздействия электрического поля на липидные мембраны и их электропорации. Эта теория объяснила происхождение резкой зависимости времён жизни мембран от напряжения. Эксперименты с бислоями определённого состава привели к открытию т.н. обратимого пробоя, когда в мембране возникает огромное количество пор малого радиуса, но мембрана остаётся устойчивой, а поры залечиваются после снятия напряжения. Разработанная в лаборатории теория электропорации получила признание во всём мире. Изучение пробоя клеточных мембран показало, что он является обратимым. Это открыло возможности для различных медицинских и биотехнологических приложений, в частности – электротрансфекции, управляемого транспорта молекул ДНК в клетки под действием электрического поля.
- Установлен механизм слияния и деления мембран, которые сопровождают весь жизненный цикл клетки. Предложена теория сталков, согласно которой между ближайшими монослоями сливающихся мембран возникает перемычка (сталк), расширение которой и приводит к полуслиянию, если это энергетически выгодно. Энергия сталка определяется модулем изгиба монослоя и его спонтанной кривизной. Эти представления о механизме слияния получили широкое признание во всём мире. Также был установлен молекулярный механизм деления липидных мембран эндоцитозными белками семейства динаминов. Выяснены все стадии процесса, определен способ преобразования химической энергии ГТФ в упругую энергию деформаций мембраны и конформационных изменений белковой структуры. Разработана уникальная система – липидная нанотрубка, позволяющая с высокой точностью регистрировать изменение радиуса мембранного перешейка под действием динамина в реальном времени. Разработана теоретическая модель процесса деления мембран.
- Установлена структура липидных доменов в многокомпонентных мембранах и объяснен эффект линейно-активных молекул на распределение доменов по размерам. Предсказан механизм воздействия малых количеств подобных молекул на различные клеточные процессы. Показано, что приложение латерального натяжения всегда приводит к увеличению линейного натяжения. Предложен механизм формирования липидных нанодоменов в клеточных мембранах по механизм «смачивания» трансмембранных белков липидами.
- Наши исследования структуры матриксного белка М1 вируса гриппа позволили подробно охарактеризовать пространственную структуру белка и процессы его самосборки. На основании исследований по кинетике адсорбции матриксного белка М1 вируса гриппа нами был предложен молекулярный механизм рН-зависимого разрушения белкового матрикса вируса гриппа. Было показано, что ключевую роль в этом процессе играет рост заряда белковой молекулы в кислой среде.
Историческая справка
Лаборатория биоэлектрохимии была создана в 1977 году. С момента создания до 2013 года ее руководителем был член-корреспондент РАН Чизмаджев Юрий Александрович, видный специалист по биоэлектрохимии и биофизике, лауреат Государственной премии СССР в области науки и техники (1986 г.), лауреат премия имени Джулио Милаццо Международного Биоэлектрохимического Общества за выдающиеся достижения в области биоэлектрохимии, председатель Научного совета РАН «Биологические мембраны». С 2013 года по настоящее время лабораторию возглавляет кандидат физико-математических наук, доцент Батищев Олег Вячеславович. В настоящее время в лаборатории работает 13 человек, из них 2 доктора наук и 10 кандидатов наук.
Сотрудничество с высшей школой и иными образовательными учреждениями
В лаборатории биоэлектрохимии проходят стажировку, выполнят дипломные и диссертационные работы студенты МФТИ (ГУ), МГУ им. М.В. Ломоносова, НИТУ «МИСиС» и МТУ «МИРЭА».
Сотрудники лаборатории читают лекции и проводят семинары на кафедре физики живых систем и кафедре биофизики МФТИ (ГУ), а также кафедре теоретической физики и квантовых технологий НИТУ «МИСиС».
Предложения по сотрудничеству с ведущими российскими и иностранными компаниями
Лаборатория биоэлектрохимии может проводить исследования по взаимодействию различных веществ, в том числе лекарственных препаратов, с клеточными и модельными липидными мембранами в интересах фармацевтических компаний. Мы имеем значительный опыт в изучении механизмов вирусного инфицирования клетки, самоорганизации белок-липидных структур клетки в норме и патологии, фотохимических реакций на мембране в присутствии фотосенсибилизаторов, а также в изучении роли липидной компоненты клеточных мембран в различных физиологических процессах. Имеющееся в нашем распоряжении оборудование и методики позволяют проводит как классические эксперименты про клеточной электрофизиологии и флуоресцентной микроскопии, так и исследования на масштабах отдельных молекул методами атомной силовой и сканирующей зондовой микроскопии.