Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Лаборатория «Экология и эволюционная биология водных организмов»

Приглашенный ученый Малахов Владимир Васильевич Россия
Номер договора
11.G34.31.0010
Период реализации проекта
2010-2014
Заведующий лабораторией

По данным на 01.11.2022

15
Количество специалистов
283
научных публикаций
14
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Сотрудники лаборатории проводят комплексное изучение биологического разнообразия и биологических ресурсов беспозвоночных дальневосточных морей России. В задачи лаборатории входит изучение микроскопической анатомии, ультраструктуры, эмбрионального и личиночного развития беспозвоночных с использованием современных методов (электронная микроскопия, лазерная конфокальная микроскопия, методы 3D-реконструкции). Основная цель проводимых исследований - реконструкция системы и филогении животного царства, как основы для разработки современных баз данных по биологическому разнообразию и разработки современных образовательных технологий в области биологических наук.

Название проекта: Биология морских беспозвоночных

Цели и задачи

Направление исследований: Исследование биологических ресурсов Мирового океана

Цель проекта: Комплексное изучение биологического разнообразия и биологических ресурсов беспозвоночных дальневосточных морей России на всех уровнях организации живой материи – от биоценотического до молекулярного

Практическое значение исследования

Научные результаты

  1. Комплексное изучение биологического разнообразия отдельных массовых групп фито- и зообентоса открытых песчаных побережий и эстуарных зон Японского моря с целью установления пищевых связей в донных экосистемах, характеризующих роль отдельных трофических и таксономических групп гидробионтов в регуляции разложения органического вещества и потока энергии.

  2. Разработаны и внедрены методы лабораторной диагностики состояния популяций промысловых морских беспозвоночных животных с целью выявления различных патологий как для внедрения экспресс-тестов в морских хозяйствах, так и для сохранения морского биоразнообразия. Изучены механизмы активации экспрессии генов факторов роста, что поможет решить проблему увеличения низкой пролиферативной активности клеток в условиях культуры клеток морских беспозвоночных животных – продуцентов минеральных структур. Разработаны и успешно использованы методы пробоподготовки тканей нематод для иммунохимического и иммуноцитохимического анализа.

  3. Проведена оценка эффективности новых иммуностимулирующих комплексов (ТИ-комплексов на основе БАВ, полученных из морских гидробионтов) в качестве адъювантных носителей вирусных антигенов и была показана их перспективность использования при разработке нановакцин нового поколения для вакцинации от эпидемических заболеваний. Также показана высокая противоопухолевая активность созданных ТИ-комплексов. Разработана новая технология криоконсервации морских гидробионтов при сверхнизких температурах, позволяющая значительно увеличить выход жизнеспособных клеток.

  4. Организована и проведена научно-исследовательская экспедиция для исследования восстановительного потенциала прибрежных морских экосистем Камчатского полуострова после вредоносного цветения воды (ВЦВ) осенью 2020 года. Показано, что аквапочвы характеризуются песчаным гранулометрическим составом и низким содержанием органического вещества. По данным содержания кислоторастворимых форм тяжелых металлов и сравнении их с ОДК и ПДК превышений не было выявлено за исключением аквапочв из бухты Лиственничная по мышьяку, где наблюдалось увеличение на 24% ОДК. Превышений кларковых содержаний по всем элементам не обнаружено. Радиационная обстановка исследуемой территории характеризуется как благополучная. Выявлены отдельные участки локального загрязнения органическим веществом в центре бухт Лиственичная и Вилючинская, бух. Малая Лагерная, бух. Спасения, район пос. Озерновский. В соответствии с концентрациями фосфора прибрежно-морские воды п-ва Камчатка имеют мезотрофный статус. На литорали близ пос. Озерновский и на глубинах 5 м и более во всех остальных обследованных районах формируется мидийно-водорослевое сообщество со средней биомассой более 3000 г/м2 в отличии от бух. Малая Лагерная, где на глубине 3 м на скалистом рифе обнаружено скопление шаровидных морских ежей и актиний с биомассой более 1000 г/м2. Для всех остальных обследованных станциях биомасса иглокожих составляла в среднем около 3 г/м2 (0,1%). На основании данных общей численности микроорганизмов поверхностные воды, омывающие полуостров Камчатка можно отнести к 4-5 классам качества вод, характеризуя их как загрязнённые, локально грязные. По данным численности КГМ воды характеризуются как α-β-мезосапробные, обогащённые органическими соединениями. В достаточных количествах фиксируются бактерии санитарно-показательной группы, свидетельствующие о биологическом и фекальном загрязнении вод. Анализ численности микроорганизмов, растущих на средах с сырой нефтью, позволяет отнести воды большей части акватории к малозагрязнённым с локальными участками антропогенного пресса. Фенол-резистентные микроорганизмы, обнаруженные на всех исследуемых станциях в довольно высоких концентрациях, говорят об ощутимом и значительном загрязнении среды данным классом поллютантов. На побережье Камчатского п-ова обнаружено почти значимое загрязнение стойкими органическими загрязнителями (СОЗ). Несмотря на довольно обширный диапазон концентраций, опасных для окружающей среды уровней загрязнения не обнаружено. Регистрация на всех станциях хлорорганических пестицидов (ХОП) и полихлорированных бифенилов (ПХБ) указывает на влияние атмосферного переноса и существование глобального фона пестицидов планеты. Получен набор консервативных участков ДНК, характерных только для группы динофлагеллят, и дополнительно для токсичных видов динофлагеллят Дальневосточных морей России. Полученные локусы будут использованы для количественной оценки концентрации клеток динофлагеллят и токсичных видов динофлагеллят методом ПЦР в реальном времени и секвенирования следующего поколения, в том числе с использованием методов одноклеточного секвенирования.

  5. Разработан программный пайплайн EXONtools для анализа данных экзонного секвенирования, главным образом нацеленный на исследования геномов немодельных морских организмов. EXONtools представляет собой набор из 25 программных модулей, выполняющих различные задачи для трёх очерёдных этапов экзонного секвенирования: 1) создание псевдореференса на основе de novo ассемблинга транскриптомов и его аннотации; 2) проектирование экзонных матриц для синтеза гибридизационных зондов с афинной биотиновой меткой; 3) сборка, аннотация и выравнивание экзонов для дальнейшего популяционного анализа нуклеотидных полиморфизмов и разнообразных геномных артефактов. По каждому отдельному модулю предложены оптимальные алгоритмы, реализованные на программном языке Python. Например, были разработаны алгоритмы для проектирования референсных участков генома на основе комбинации аннотированных транскриптомов («псевдореференс»), поиска экзонов и быстрого создания гибридизационных зондов для десятков тысяч локусов. По мере выполнения проекта пайплайн был также адаптирован для работы с UCE-данными и данными RAD-секвенирования, а также для выполнения простой референсной сборки в одном из своих модулей. Для апробации разработанного метода были синтезированы гибридизационные зонды для рыб отрядов Gobiiformes и Salmoniformes, которые в дальнейшем использовались для получения популяционных геномных данных на больших выборках особей. Также был проведен сравнительный in silico анализ эффективности пайплайна EXONtools на имеющихся аннотированных геномах модельных видов.

Внедрение результатов исследования

  • Разработаны и внедрены методы лабораторной диагностики состояния популяций промысловых морских беспозвоночных животных с целью выявления различных патологий как для внедрения экспресс-тестов в морских хозяйствах, так и для сохранения морского биоразнообразия. Изучены механизмы активации экспрессии генов факторов роста, что поможет решить проблему увеличения низкой пролиферативной активности клеток в условиях культуры клеток морских беспозвоночных животных – продуцентов минеральных структур. Разработаны и успешно использованы методы пробоподготовки тканей нематод для иммунохимического и иммуноцитохимического анализа.

  • Проведена оценка эффективности новых иммуностимулирующих комплексов (ТИ-комплексов на основе БАВ, полученных из морских гидробионтов) в качестве адъювантных носителей вирусных антигенов и была показана их перспективность использования при разработке нановакцин нового поколения для вакцинации от эпидемических заболеваний. Также показана высокая противоопухолевая активность созданных ТИ-комплексов. Разработана новая технология криоконсервации морских гидробионтов при сверхнизких температурах, позволяющая значительно увеличить выход жизнеспособных клеток.

  • Созданный пайплайн по анализу данных экзонного секвенирования может быть теперь использован в геномных центрах, оказывающих услуги по поиску и аннотированию нуклеотидных полиморфизмов на платформах секвенирования нового поколения. Экспериментальный дизайн метода экзонного секвенирования подразумевает использование гибридизационных зондов (биотинилированных олигонуклеотидов) для получения кодирующих участков генома любого немодельного организма. Создание матриц гибридизационных зондов для любого немодельного организма и подбор оптимальных экспериментальных параметров для их гибридизации является одним из ключевых этапов работы программного пайплайна EXONtools.

Образование и переподготовка кадров:

  • Защиты: 1 докторская диссертация, 15 кандидатских диссертаций.

  • С 2010 по 2018 на базе лаборатории было реализовано 10 новых образовательных курсов по основному направлению научного исследования: «Региональные экологические проблемы», «Введение в биологию нейрона», «Морская экология», «Летняя учебно-полевая практика по оценке качества природных вод», «Проточная цитометрия как инструмент анализа клеточных популяций», «Сравнительная анатомия беспозвоночных», «Введение в морскую экологию», «Теория и методология научного исследования», «Введение в молекулярную экологию микроорганизмов», «Методы цитологических исследований». С 2020 года коллектив лаборатории подготовил и реализовал новые образовательные дисциплины, включая лекционные и практические занятия по дисциплинам «Популяционная биология», «Филогенетика», «Количественная генетика», «Молекулярная биология», «Транскриптомика» и «Сравнительная геномика».

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Оборудование Лаборатории экологии и эволюционной биологии водных организмов входит в Центр коллективного пользования ДВФУ. В лаборатории представлен широкий спектр высокотехнологического оборудования для проведения исследований в области биологии: генетические, иммунологические, микроскопические, биохимические и пр. 

Другие результаты:

Сотрудники лаборатории, совместно с ДВО РАН, приняли участие в крупных морских экспедициях: в Охотское (Курильская котловина) и Берингово (вулкан Пийпа) моря (SokhoBio, SoJaBio) в рамках международной научной программы CeDAMar (Census of the Diversity of Abyssal Marine Life); в район Курило-Камчатского желоба Северо-Западной Пацифике (KuramBio I и II). Во время экспедиций показана эффективность применения телеуправляемых подводных аппаратов (ТПА) в гидробиологических исследованиях и при оценке состояния морских биоресурсов. В результате исследования показано высокое биологическое разнообразие глубоководных районов Тихого океана, описано значительное количество новых для науки видов.

Сотрудничество:

Осуществляется комплекс научно-исследовательских работ в рамках Совместного Росийско-Вьетнамского Тропического научно-исследовательского и технологического центра (г. Нячанг, Вьетнам) по теме «Разнообразие морских бентосных беспозвоночных гидробионтов в сообществах морских трав вдоль широтного градиента на примере отдельных таксонов макро- и мейофауны».

Проведено несколько онлайн мастер-классов для участников образовательного центра «Сириус». В настоящий момент реализуется магистерская и аспирантская программы по направлению «Вычислительная биология и биоинформатика» для обучающихся в АНО Научно-технологический университет «Сириус». Были подготовлены и проведены образовательные модули по дисциплинам «Молекулярная биология», «Транскриптомика» и «Сравнительная геномика» в рамках реализации программ дополнительного профессионального образования «Основы биоинформатики и математической биологии», «Практическая Биоинформатика», «Современная Биоинформатика» в АНО ВО «Университет «Сириус» и в ВШЭ.

Скрыть Показать полностью
Atopkin, D.M., Semenchenko, A.A., Solodovnik, D.A., Ivashko, Y.I. and Vinnikov, K.A.
First next-generation sequencing data for Haploporidae (Digenea: Haploporata): characterization of complete mitochondrial genome and ribosomal operon for Parasaccocoelium mugili Zhukov, 1971. Parasitology Research 120(6): 2037-2046 (2021).
Ezhova O.V., Ershova N.A., Malakhov V.V.
Microscopic anatomy of the axial complex and associated structures in the sea cucumber Chiridota laevis Fabricius, 1780 (Echinodermata, Holothuroidea). Zoomorphology 136(2): 205–217 (2017).
Odintsova N.A., Boroda A.V., Maiorova M.A., Yakovlev K.V.
The death pathways of mussel larval cells after a freeze-thaw cycle. Cryobiology 77: 41–49 (2017).
Oleinik, A.G., Skurikhina, L.A., Kukhlevsky, A.D. and Semenchenko, A.A.
The first complete mitochondrial genomes of two species of charr, Salvelinus boganidae and Salvelinus elgyticus, from Lake El’gygytgyn (Chukotka). Polar Biology 44(6): 1209-1217 (2021).
Orlova, T.Y., Aleksanin, A.I., Lepskaya, E.V., Efimova, K.V., Selina, M.S., Morozova, T.V., Stonik, I.V., Kachur, V.A., Karpenko, A.A., Vinnikov, K.A. and Adrianov, A.V.
A massive bloom of Karenia species (Dinophyceae) off the Kamchatka coast, Russia, in the fall of 2020. Harmful Algae 120: 102337 (2022).
Shibneva, S.Y., Skriptsova, A.V. and Semenchenko, A.A.
Molecularly assisted taxonomic studies of marine red algae from the north-western Pacific: establishing the ordinal and family positions of the genus Lukinia and the monospecific status of the genus Sparlingia (Rhodymeniales). Phycologia 61(1) 37-44 (2022).
Vinnikov, K.A., Thomson, R.C. and Munroe, T.A.
Revised classification of the righteye flounders (Teleostei: Pleuronectidae) based on multilocus phylogeny with complete taxon sampling. Molecular phylogenetics and evolution 125: 147-162 (2018).
Zograf J.K., Pavlyuk O.N., Trebukhova Yu.A., Nguyen Dinh Tu.
Revision of the genus Parasphaerolaimus (Nematoda: Sphaerolaimidae) with description of new species. Zootaxa 4232(1): 58 (2017).
Фотоальбомы
Четверг , 12.01.2023
Понедельник , 02.12.2019
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория эволиционной трофологии

Институт проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН - (ИПЭЭ РАН)

Биология

Москва

Жизберт Энрик Касас

Испания

2022-2024

Лаборатория статистической мультиомики и биоинформатики

Уфимский федеральный исследовательский центр РАН - (УФИЦ РАН)

Биология

Уфа

Прокопенко Инга Анатольевна

Великобритания

2021-2023

Научно-исследовательская лаборатория «Регуляторная геномика»

Казанский (Приволжский) федеральный университет - (КФУ)

Биология

Казань

Хаяшизаки Йошихиде

Япония

2021-2023