Завідувач відділом – Варбанець Людмила Дмитрівна, д.б.н., проф.

Завідувач відділом Варбанець Людмила Дмитрівна

Після першої світової війни і до 30-х років 20 ст. роботи по біохімії мікроорганізмів в Україні практично не проводились. Вони почались після створення в 1928 році Інституту мікробіології ВУАН, коли поряд з декількома іншими відділами в 1932 р. був заснований відділ біохімії, керівником якого був проф. С. Фомін. До 1951 р. керівниками відділу були Б.І. Каган (загинув в 1942 р.), Б. М. Колдаєв (з 1945 по 1946 рр.), П.Є. Візир (з 1947 по 1948 рр.), Е. Т. Сорені (з 1949 по 1950 рр.). В цей період у відділі працювали 5 співробітників. В 1951 р. для керівництва відділом біохімії мікроорганізмів була запрошена Олена Яківна Рашба - доктор медичних наук, професор, яка відтворила відділ біохімії мікроорганізмів і керувала ним протягом 1951-1973 рр. Олена Яківна заклала основи наукових напрямків відділу біохімії мікроорганізмів, які охоплюють такі проблеми як дослідження глікополімерів, а також ферментів - як з метою практичного застосування, так і визначення їх ролі в процесах обміну. З 1975 по 1996 рр. відділом керувала заслужений діяч науки, доктор біологічних наук,  професор Ірина Яківна Захарова. З 1997 р. відділом керує доктор біологічних наук, професор Л.Д. Варбанець. Дослідження у відділі проводяться за двома напрямками, перший - це дослідження ліпополісахаридів (ЛПС) фітопатогенних бактерій, а також нових видів Enterobacteriaceae, другий напрямок досліджень - це ферменти-глікопротеїни (амілази, протеази), а також такі, що трансформують вуглеводвмістні субстрати (α-галактозидаза, a-L-рамнозидаза, α –N-ацетилгалактозамінідаза). Встановлено і вперше в світовій літературі описано структури О-специфічних полісахаридів ЛПС Ralstonia solanacearum, Pseudomonas syringae, Rahnella aquatilis. Вони мають регулярну структуру і складаються з моно-, три,- тетра- та гексасахаридних лінійних або розгалужених ланцюгів, що повторюються. Всі структури є унікальними. О-специфічні полісахариди деяких штамів виявились гетерогенними і містили декілька типів олігосахаридів, які відрізняються за структурою і представлені гетеро- або гомополісахаридами. На основі О-антигенності ЛПС показана імунохімічна гетерогенність досліджуваних видів  грамнегативних бактерій. Одержані результати складають молекулярну основу для побудови внутрішньовидових серологічних класифікаційних схем  грамнегативних бактерій. Вперше встановлено структуру олігосахарида кору P. syringae pv. phaseolicola  GSPB 711, яка в певній мірі подібна до структур двох  інших представників роду Pseudomonas - P. aeuruginosa і P.fluorescens. Їх спільною характеристикою є  присутність двох залишків кето-дезоксиоктонової кислоти (КДО) та двох фосфорильованих залишків гептози, один із яких О-ацильований в положенні 7 карбамоїльною групою, яка є хемотаксономічним маркером бактерій роду Pseudomonas. Унікальною особливістю кору P. syringae є існування двох глікоформ, в одній із яких, як термінальний моносахарид  зовнішньої області, виступає залишок L-рамнози, а в  другій - залишок КДО. Одним з напрямків досліджень є хімічна модифікація  ЛПС з метою встановлення хімічних детермінант їх біологічної активності. Показано, що ацильні, фосфатні і вільні гідроксильні групи ліпіду А відповідають за токсичність і пірогенність ЛПС R. aquatilis і R.  solanacearum. В дослідах на експериментальних тваринах показано, що такі модифіковані форми можуть блокувати токсичні ефекти ЛПС, знижуючи продукцію цитокінів - медіаторів септичного шоку.  Таким чином, результати структурно-функціональних досліджень ЛПС можуть стати основою для: 1)  створення внутрішньовидових класифікаційних схем грамнегативних бактерій, 2) розробки нових підходів в систематиці і таксономії бактерій, 3) створення на  основі нетоксичних і непірогенних ЛПС потенційних терапевтичних заходів при ендотоксичному шоці,  який був викликаний грамнегативними бактеріями, і здатних блокувати токсичні ефекти ЛПС. 

Деякі мікробні глікополімери здатні трансформувати інші вуглеводвмістні субстрати, проявляючи активність ферменту. Із ряду мікроміцетів – Penicillium canescens, Aspergillus niger, P. commune ізольовані α-галактозидаза, α-Ν-ацетилгалактозамінідаза і a-L-рамнозидаза, відповідно. Ферменти очищені до гомогенного стану, показана їх глікопротеїнова природа, вивчено фізико-хімічні властивості і субстратну специфічність. Це дозволило встановити, що α-галактозидаза, яка здатна гідролізувати -1,4-та -1,6-зв'язки, може бути використана для гідролізу важко засвоюваних вуглеводів соєвого молока, покращуючи якість соєвих продуктів, а також для збільшення виходу цукру із бурякової меляси. Встановлення специфічності α-галактозидази і α- N-ацетилгалактозамі-нідази до α-1,3-зв'язаній галактозі і α-N-ацетилгалактозаміну, відповідно, створює можливість використання цих ферментів для трансформації еритроцитів II і III груп крові в універсальні донорські еритроцити. Дослідження α-L-рамнозидаз P. commune свідчить, що препарат 1 характеризується широкою субстратною специфічністю і здатний відщеплюватиα-D-глюкозу, α-D-ксилозу, α-D-манозу, α-D-галак-тозу, N - ацетил-α-D-глюкозамін від відповідних п-нітрофенільних субстратів, в той час як препарат 2 може гідролізувати тільки α-L-рамнозиди, тобто проявляє вузьку субстратну специфічність. Здатність α-L-рамнозидаз P. commune відщеплювати термінальну α-L-рамнозу від флавоноїдних глікозидів, зокрема, таких як неогесперидин і нарингін може бути використана для поліпшення якості соків із цитрусових, в кондитерській промисловості, у виробництві вин - для збереження букету ароматів.

Серед представників різних таксономічних груп бактерій (мікроміцети, дріжджі, бацили і стрептоміцети) виявлено два ефективних продуцента колагенази і кератинази - Streptomyces sp. 1349 і Streptomyces sp.1382, відповідно. Із культуральних рідин продуцентів виділено і очищено до гомогенного стану високоактивні препарати колагенази і кератинази. Показано, що колагенолітичну дію мають принаймні три протеази, дві з яких є металопротеазами, а одна відноситься до протеаз серинового типу. Дослідження фізико-хімічних властивостей очищених ферментів свідчить, що вони відрізняються за молекулярними масами, компонентним складом, оптимальними умовами дії, чутливістю до катіонів і аніонів. Колагенази проявляють широку специфічність дії щодо білкових субстратів як фібрилярної, так і глобулярної природи (колаген, еластин, кератин, фібрин, желатин і казеїн). Кератинази, навпаки, гідролізують лише нативний кератин шерсті або пір'я, а один з ферментів проявляє також фібринолітичну активність. Імунохімічними дослідженнями показано, що колагенази Streptomyces sp. 1349 не мають серологічної спорідненності з ферментом, виділеним з Clostridium histolyticum ("Merk"). Вперше показано, що інгібітори вірусного протеолізу пригнічують активність колагенази Streptomyces sp. 1349 і кератинази Streptomyces sp. 1382. Ці результати можуть бути використані при створенні високоефективних препаратів для лікування захворювань шкіри, які спричиняються колагеназами і кератиназами мікроорганізмів, а також в інших галузях народного господарства.

Співробітниками відділу опубліковано 8 монографій, з яких 2 - в останні 5 років, одержано премію ім. Д.К. Заболотного. За останні роки змінився склад співробітників відділу, деякі не стільки за віком, скільки для того, щоб дати можливість працювати молоді, вимушені були піти на науковий відпочинок. На сьогодні середній вік співробітників відділу становить 36 років. Це свідчить, що у відділі є багатий науковий потенціал для успішних подальших досліджень.