Карта сайта


Русскоязычная часть:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук»

Лаборатория проблем распределения стабильных изотопов в живых системах (г. Краснодар)


Телефон: +79054083612
Адрес: г. Краснодар, ул. Ставропольская 149, кабинет 302а.
Эл. почта:

Барышев Михаил Геннадьевич

профессор, д.б.н., профессор РАН, заведующий лабораторией
+79054083612; (861) 219-95-19
nts@kubsu.ru

Битарова Мария Анатольевна

младший научный сотрудник

Джимак Степан Сергеевич

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник
8(905)408-36-2
jimack@mail.ru

Елкина Анна Анатольевна

младший научный сотрудник
8(918)068-83-81
013194@mail.ru

Козин Станислав Владимирович

младший научный сотрудник
8(929)850-25-65
stas.fizika@list.ru

Кравцов Александр Анатольевич

кандидат биологических наук, научный сотрудник
8 (903) 449-4485
aakravtsov@mail.ru

Малышко Вадим Владимирович

кандидат медицинских наук, научный сотрудник
8(952)818-78-72
Intro-2@rambler.ru

Петриев Илья Сергеевич

кандидат технических наук, научный сотрудник
8(961)585-04-00
petriev_iliya@mail.ru

Редько Андрей Александрович

инженер-исследователь
+7 (960) 472-48-47
redko_a@mail.ru

Свидлов Александр Анатольевич

кандидат физико-математических наук, научный сотрудник
8(903)451-0350
svidlov@mail.ru

Фролов Владимир Юрьевич

доцент, кандидат химических наук, старший научный сотрудник
+7(961)518-8775
frolovv73@mail.ru


Лаборатория создана 9 января 2019 г. в рамках реализации Стратегии научно-технологического развития РФ и Указа Президента РФ от 07.05.2018 г.  № 204 "О национальных целях и задачах развития Российской Федерации на период до 2024 г."

Цели, задачи, направления исследований

Фундаментальное понимание механизмов, обеспечивающих возникновение и реализацию в живых системах эффектов, наблюдающихся при накоплении отдельных фракций тяжелых или легких изотопов, возникает при рассмотрении их в контексте физического обоснования основных путей биологического фракционирования нерадиоактивных изотопов, что требует комплексного подхода, так как не только при снижении содержания отдельных тяжелых изотопов по сравнению с естественным фоном окружающей среды, но также и при их повышении в одинаковом диапазоне по интенсивности наблюдается стимулирование или угнетение  метаболических процессов в организме. Таким образом, целью работы лаборатории является исследование особенностей распределения и обоснование механизмов влияния различных концентраций нерадиоактивных изотопов биогенных элементов на функциональное состояние живых систем.

Стоящие перед лабораторией задачи могут быть сформулированы следующим образом:

  • Изучение особенностей распределения изотопов водорода и кислорода (2H, 18O) в живых системах в естественных условиях для различных климатических и географических регионов, а также при искусственном изменении соотношений 1H/2H, 16O/18O в организме.
  • Исследование процесса разделения изотопов с помощью диффузионных металлических мембранных фильтров, в том числе для получения водорода высокой степени чистоты.
  • Физико-математическое обоснование физиологических эффектов изотопов водорода и кислорода (2H, 18O) в живых системах при модификации их соотношений в окружающей среде, питьевом и пищевом рационах. В том числе, исследование влияния различных концентраций изотопов биогенных элементов в среде на возникновение открытых состояний в молекуле ДНК.
  • Изучение особенностей распределения изотопа углерода 13C в живых системах, в том числе при модификации изотопного состава окружающей среды/пищевого рациона.
  • Изучение особенностей распределения изотопа углерода 15N в живых системах, в том числе при модификации изотопного состава окружающей среды/пищевого рациона.
  • Физико-математическое обоснование механизмов взаимного влияния различных изотопов биогенных элементов с оценкой значимости каждой из составляющих, в том числе взаимодействия магнитных моментов валентных электронов с магнитными моментами ядер атомов, магнитных моментов ядер атомов, влияния размеров ядра на энергию валентного электрона в реализацию изотопного резонанса в биосистемах.

Основные выполняемые проекты (наименование тем (рук и ответ исполнители)

Тема: «Изучение особенностей распределения и обоснование механизмов влияния различных концентраций нерадиоактивных изотопов биогенных элементов на функциональное состояние живых систем» АААА-А19-119040390083-6. Руководитель: М.Г. Барышев, основные исполнители: А.А. Кравцов, С.С. Джимак.


Основные публикации, РИД

1.    Basov A.A., Elkina A.A., Samkov A.A., Volchenko N.N., Moiseev A.V., Fedulova L.V., Baryshev M.G., Dzhimak S.S. Influence of deuterium depleted water on the isotope D/H composition of liver tissue and morphological development of rats at different periods of ontogenesis // Iranian Biomedical Journal. 2019. Vol. 23 (2). P. 129–141. DOI: 10.29252/.23.2.129.

2.    Dzhimak S.S., Fedulova L.V., Moiseev A.V., Basov А.А. Change of 2H/1H ratio and adaptive potential in living systems under formation of isotope gradient // Journal of Pharmacy and Nutrition Sciences. 2019. Vol. 9. P. 8–13.

3.    Fedulova L.V., Basov A.A., Vasilevskaya E.R., Dzhimak S.S. Gender difference response of male and female immunodeficiency rats treated with tissue-specific biomolecules // Current Pharmaceutical Biotechnology. 2019. Vol. 20. №3. P. 245–253. DOI:10.2174/1389201020666190222184814

4.    Козин С.В., Кравцов А.А., Елкина А.А., Злищева Э.И., Барышева Е.В., Шурыгина Л.В., Моисеев А.В., Барышев М.Г. Изменение резистентности головного мозга крыс к гипоксии при замещении дейтерия на протий в жидких средах // Биофизика. 2019. Том 64. Вып. 2. C. 362–370.

5.    Джимак С.С., Дроботенко М.И., Басов А.А., Свидлов А.А., Федулова Л.В., Лясота О.М., Барышев М.Г. Математическое моделирование возникновения открытых состояний в молекуле ДНК в зависимости от концентрации дейтерия в окружающей жидкой среде при разных значениях энергии разрыва водородной связи // Доклады Академии наук. 2018. Том 483. № 5. С. 564–566.

6.    Kravtsov A.A., Kozin S.V., Vasilevskaya E.R., Elkina A.A., Fedulova L.V., Popov K.A., Malyshko V.V., Moiseev A.V., Shashkov D.I., Baryshev M.G. Effect of Drinking Ration with Reduced Deuterium Content on Brain Tissue Prooxidant-Antioxidant Balance in Rats with Acute Hypoxia Model // Journal of Pharmacy and Nutrition Sciences, 2018, Vol. 8, No. 2. P. 42-51.

7.    Dzhimak S.S., Basov А.А., Elkina А.А., Fedulova L.V., Kotenkova Е.А., Vasilevskaya Е.R., Lyasota О.М., Baryshev M.G. Influence of deuterium-depleted water on hepatorenal toxicity // Jundishapur Journal of Natural Pharmaceutical Products. 2018. Vol.13. №2 P. e69557. doi: 10.5812/jjnpp.69557.

8.    Dzhimak S.S., Shikhliarova A.I., Zhukova G.V., Basov A.A., Kit O.I, Fedulova L.V., Kurkina T.A., Shirnina E.A., Protasova T.P., Baryshev M.G., Timakov A.A. Some systemic effects of deuterium depleted water on presenile female rats // Jundishapur Journal of Natural Pharmaceutical Products. 2018. V. 13. №3. P. e83494. doi: 10.5812/jjnpp.83494.

9.    Джимак С.С., Свидлов А.А., Басов А.А., Барышев М.Г., Дроботенко М.И. Влияние единичных замен протия на дейтерий в молекуле ДНК на возникновение открытых состояний // Биофизика. 2018. Том 63, Вып. 4, С. 643–647.

10.  Джимак С.С., Басов А.А., Волченко Н.Н., Самков А.А., Федулова Л.В., Барышев М.Г. Изменение функциональной активности митохондрий, выделенных из клеток печени крыс, прошедших предадаптацию к сверхнизким концентрациям дейтерия // Доклады академии наук. 2017. Т. 476, № 5. С. 584–587

11.  Джимак С.С., Басов А.А., Бузько В.Ю., Копытов Г.Ф., Кашаев Д.В., Шашков Д.И., Шлапаков М.С., Барышев М.Г. Определение изотопного соотношения 13С/12С в спиртах различного происхождения с помощью ЯМР-спектроскопии ядер 1Н // Известия вузов Физика. 2016. Том. 59. №10. С. 167-171. 

12.  Gubareva E.A., Sjöqvist S., Gilevich I.V., Sotnichenko A.S., Kuevda E.V., Lim M.L., Feliu N., Lemon G., Danilenko K.A., Nakokhov R.Z., Gumenyuk I.S., Grigoriev T.E., Krasheninnikov S.V., Pokhotko A.G., Basov A.A., Dzhimak S.S., Gustafsson Y., Bautista G., Beltrán Rodríguez A., Pokrovsky V.M., Jungebluth P., Chvalun S.N., Holterman M.J., Taylor D.A., Macchiarini P. Orthotopic transplantation of a tissue engineered diaphragm in rats // Biomaterials. 2016. January. Vol. 77. P. 320-335. doi:10.1016/j.biomaterials.2015.11.020.

13.  Фролов В.Ю., Барышев М.Г., Джимак С.С., Ломакина Л.В. Способ получения обедненной дейтерием воды. Заявка: 2013149198/05, 05.11.2013. Патент РФ № 2548442. Опубликовано: 20.04.2015.

14.  Барышев М.Г., Кашаев Д.В., Джимак С.С., Ломакина Л.В., Соколов М.Е., Шлапаков М.С. Способ определения количественного содержания дейтерия в воде и водных растворах, заявка №2014105789 от 17.02.14. Патент РФ № 2558433. Опубликовано: 10.08.2015 Бюл. № 22


Основные результаты (2015-2019 гг.) с фотографиями.

Коллектив авторов заявки в рамках выполнения работ по различным научным проекта опубликовал серию работ, представленных в международных базах цитирования (Scopus и WoS, в том числе в Q2) и посвященных изучению влияния тяжелых нерадиоактивных изотопов на живые организмы, а также их распределению в живых системах на тканевом уровне.

Так, получены результаты модификации изотопного D/H состава крови и тканей органов крыс, при снижении содержании дейтерия в питьевом рационе, а также показано влияние реакций изотопного D/H обмена на адаптационные процессы в организме. Потребление питьевого рациона со сниженным содержанием дейтерия приводит к формированию изотопного D/H градиента через 4 недели между плазмой крови и тканями органов. Происходит снижение концентрации дейтерия у крыс стока Вистар: в крови в 6,2 раза (до -368,2 ‰) и тканях печени в 1,6 раза (до -210,1 ‰), а у беспородных крыс: в крови в 6,1 раза (до -374,7 ‰) и тканях печени в 1,5 раза (до -207,2 ‰), что свидетельствует об одинаковой интенсивности реакций изотопного D/H обмена у крыс обоих генотипов. Изучение энергетического обмена в изолированных митохондриях печени беспородных крыс, потреблявших DDW при инкубации в среде с концентрацией дейтерия –705‰ показало, что максимальный прирост продукции пероксида водорода к 110 минуте достоверно был больше на 35,3% по сравнению с изолированными митохондриями печени крыс, получавших естественный питьевой рацион, инкубировавшихся в водной среде с концентрацией дейтерия –24‰ (соответствующей естественной концентрации дейтерия).

При этом у крыс стока Вистар достоверных отличий не обнаружено как в продукции пероксида водорода изолированными митохондриями печени, так и достоверных различий в массе тела у крысят в первом поколении, что может быть связано с существенно более низким пределом реализации реакций адаптации, по сравнению с беспородными крысятами, имеющими более высокую генетическую гетерогенность.

Более высокий энергетический обмен в митохондриях сопровождается более высоким приростом массы тела у беспородных крысят в первом поколении в постнатальном периоде, достигая максимальных различий по массе тела к третьей неделе, превосходя показатели контрольной группы на 11%. Полученные результаты позволяют говорить о способности питьевого рациона со сниженным содержанием дейтерия изменять изотопный D/H состав крови и тканей и повышать, таким образом, потенциал защитных систем организма при подготовке его к последующему стрессовому воздействию.

Кроме того, показано влияние изотопного состава среды выделения иммунокомпетентных белков на выход целевых фракций. На крысах с моделью циклофосфамид-индуцированного иммунодефицита было проведено изучение особенностей гендерного влияния комплексного экстракта иммунокомпетентных органов (тимуса, селезенки и мезентеральных лимфатических узлов) Sus scrofa и его отдельной фракции с молекулярной массой менее 30 кДа, вводимого крысам самцам и самкам. Выявлены гендерные различия влияния тканеспецифичных биомолекул (fraction 30 kDa) на гематологические показатели (лейкоциты, эротроциты, тромбоциты), функциональную активность иммунной системы (IL-2, IL-4, IL-6, система комплемента, IgG, IgM), биохимические параметры функционирование гепатоцитов (активность ALP и LDG), углеводный обмен (глюкоза), липидный обмен (триглицериды).

Разработан метод измерения содержания изотопов водорода (2Н) и кислорода (17O) в жидких средах с помощью количественного ядерного магнитного резонанса. Установлено, что наиболее подходящим химическим соединением для создания эталонного образца с целью изучения изотопного состава водных растворов является сдвигающий реагент трифторметансульфонат европия (III). Исследована зависимость парамагнитного химического сдвига ядер 2Н и 17O от концентрации ионов Eu3+ в растворе.

Разработан новый экспресс-метод измерения изотопного соотношения 13С/12С косвенно на ядрах 1Н для определения оригинальности происхождения этанола в спирто-водосодержащих жидкостях и оценки фактов фальсификации различных крепких спиртных напитков. В том числе установлено, что в спектрах ЯМР на ядрах 1Н для водных спиртосодержащих систем боковые сателлиты для сигналов метильных и метиленовых протонов этанола соответствуют протонам связанным с ядрами 13С; имеется прямая взаимосвязь между интенсивностями сигналов 1Н-ЯМР метильных и метиленовых протонов этанола и их боковыми сателлитами, поэтому полученные данные могут применяться для оценки изотопного соотношения 13С/12С в водных спиртосодержащих системах; анализ интегральных интенсивностей основных и сателлитных сигналов метильных и метиленовых протонов этанола, полученных методом ЯМР на ядрах 1Н, позволяет различать этанол природного и синтетического происхождения. Кроме того, предложенный метод позволил выявить различия между образцами зернового пшеничного и кукурузного этанола.