scbmtБИОМЕДИЦИНАJournal Biomed2074-59822713-0428Scientific center of biomedical technologies of Federal Medical and Biological Agencyscbmt-1159Research ArticleРЕЛЕВАНТНОЕ И АЛЬТЕРНАТИВНОЕ БИОМОДЕЛИРОВАНИЕRELEVANT AND ALTERNATIVE BIOMODELLINGИзучение изотопных эффектов тяжелой воды (D2O) в биологических системах на примере клеток прокариот и эукариотStudying of isotopic effects of heavy water (D2O) in biological systems on example of prokaryotic and eukaryotic cellsМосинО. В.MosinO. V.noemail@neicon.ruИгнатовИ. .IgnatovI. .mbioph@dir.bgМосковский государственный университет пищевых производств, МоскваRussian FederationНаучно-исследовательский центр медицинской биофизики НИЦ МБ, София, БолгарияRussian Federation201218022020133150Copyright © Мосин О.В., Игнатов И..., 20202020Мосин О.В., Игнатов И...Mosin O.V., Ignatov I...Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.scbmt.ru/jour/article/view/1159

Изучены изотопные эффекты дейтерия (D) в клетках различных таксономических групп прокари- отических и эукариотических микроорганизмов, реализующих метилотрофные, хемогетеротрофные, фотоорганогетеротрофные и фотосинтетические способы ассимиляции углеродных субстратов при ро- сте на средах с тяжёлой водой (D2О). Разработан метод ступенчатой адаптации клеток к D2О, заключа- ющийся в их рассеве на чашках Петри с твёрдыми (2% агар) питательными средами при ступенчатом увеличении градиента концентрации D2О (от 0 до 98% D2O) и последующей селекции устойчивых к D2O клеток. В результате этой техники на максимально дейтерированной среде с 98% D2О получены адап- тированные к D2О клетки, биологический материал которых вместо атомов водорода содержит атомы дейтерия с уровнем дейтерированности молекул 92-97,5% D. Использование адаптированных к D2О кле- ток и выделенных из них дейтерированных природных соединений (белки, аминокислоты, нуклеозиды, пигменты, углеводы, липиды) может найти дальнейшее применение в биофизических исследованиях и биомедицинских технологиях.

Isotope effects of deuterium (D) in cells of various taxonomic groups of prokaryotic and eucaryotic microorganisms realizing methylotrophical, chemoheterotrophical, photoorganotrophical, and photosynthetic ways of assimilation of carbon substrates (methylotrophic bacteria, halobacteria, green microalgae) are investigated at growth on media with heavy water (D2О). The method of step by step adaptation technique of cells to D2О is developed, consisting in plating of ctlls on 2% agarose nutrient media containing increasing gradient of concentration of D2О (from 0 up to 98% D2О) and the subsequent selection of stable to D2О cells. Obtained from growth media with a low gradient of D2О concentration, cells were further transferred on growth media with higher gradient of D2О concentration, up to 98% D2О. In the result of that technique it were obtained adapted to maximum concentration of D2О cells, biological material of which instead of hydrogen contained deuterium with levels of enrichment 95% D. Usage of cells adapted to D2О and deuterated natural compounds (protein, amino acids, nucleosides, pigments, carboxydrates, lipids), extracted from them, can find further application in biophysical researches and biomedical technologies

дейтерийтяжелая водаизотопные эффектыадаптациябактериимикроводо- рослиdeuteriumheavy wateradaptationisotopic effectsbacteriamicroalgaeReferencesДенько Е.И. Действие тяжёлой воды (D2O) на клетки животных, растений и микроорганизмы // Усп. совр. биол. 1970. Т. 70. № 4. 41 c.Денько Е.И. Действие тяжёлой воды (D2O) на клетки животных, растений и микроорганизмы // Усп. совр. биол. 1970. Т. 70. № 4. 41 c.Ерёмин В.А., Чекулаева Л.Н. Выращивание бактерий Micrococcus lysodeikticus на дейтерированной среде // Микробиология. 1978. Т. 14. C. 125-136.Ерёмин В.А., Чекулаева Л.Н. Выращивание бактерий Micrococcus lysodeikticus на дейтерированной среде // Микробиология. 1978. Т. 14. C. 125-136.Кишенбаум И. Тяжелая вода // В кн: Физические свойства и методы анализа: Пер. с англ. - M.: Атомиздат. 1953. 8 с.Кишенбаум И. Тяжелая вода // В кн: Физические свойства и методы анализа: Пер. с англ. - M.: Атомиздат. 1953. 8 с.Лобышев В.Н, Калиниченко Л.П. Изотопные эффекты D2O в биологических системах. - М.: Наука. 1978. 215 с.Лобышев В.Н, Калиниченко Л.П. Изотопные эффекты D2O в биологических системах. - М.: Наука. 1978. 215 с.Мосин О.В., Складнев Д.А., Швец В.И. Включение дейтерированных ароматических аминокислот в молекулу бактериородопсина Halobacterium halobium // Прикл. биохим. Микробиол. 1999. Т. 35. № 1. C. 34-42.Мосин О.В., Складнев Д.А., Швец В.И. Включение дейтерированных ароматических аминокислот в молекулу бактериородопсина Halobacterium halobium // Прикл. биохим. Микробиол. 1999. Т. 35. № 1. C. 34-42.Мосин О.В., Складнев Д.А., Швец В.И. Исследование физиологической адаптации бактерий на тяжёловодородной среде // Биотехнология. 1999. № 8. C. 16-23.Мосин О.В., Складнев Д.А., Швец В.И. Исследование физиологической адаптации бактерий на тяжёловодородной среде // Биотехнология. 1999. № 8. C. 16-23.Мосин О.В., Складнев Д.А., Швец В.И. Методы получения белков и аминокислот, меченных стабильными изотопами 2Н, 13С и 15N // Биотехнология. 1996. № 3. C. 12-32.Мосин О.В., Складнев Д.А., Швец В.И. Методы получения белков и аминокислот, меченных стабильными изотопами 2Н, 13С и 15N // Биотехнология. 1996. № 3. C. 12-32.Мосин О.В. Дейтерий, тяжелая вода, эволюция и жизнь // Водоочистка, водоподготовка, водоснабжение. 2009. № 8. С. 64-70.Мосин О.В. Дейтерий, тяжелая вода, эволюция и жизнь // Водоочистка, водоподготовка, водоснабжение. 2009. № 8. С. 64-70.Мосин О.В., Игнатов И. Изотопные эффекты дейтерия в клетках бактерий и микроводорослей // Вода: химия и экология. 2012. № 3. С. 83-94.Мосин О.В., Игнатов И. Изотопные эффекты дейтерия в клетках бактерий и микроводорослей // Вода: химия и экология. 2012. № 3. С. 83-94.Мосин О.В., Казаринова Л.А., Преображенская К.А., Складнев Д.А., Чеботаев Д.В., Юркевич А.М., Швец В.И. Рост бактерии Bacillus subtilis на высокодейтерированной среде // Биотехнология. 1996. № 4. C. 19-27.Мосин О.В., Казаринова Л.А., Преображенская К.А., Складнев Д.А., Чеботаев Д.В., Юркевич А.М., Швец В.И. Рост бактерии Bacillus subtilis на высокодейтерированной среде // Биотехнология. 1996. № 4. C. 19-27.Мосин О.В., Складнев Д.А., Егорова Т.А., Швец В.И. Массспектрометрическая оценка уровня включения 2Н и 13С в молекулы аминокислот бактериальных объектов // Биоорган. химия. 1996. Т. 22. № 10-11. C. 856-869.Мосин О.В., Складнев Д.А., Егорова Т.А., Швец В.И. Массспектрометрическая оценка уровня включения 2Н и 13С в молекулы аминокислот бактериальных объектов // Биоорган. химия. 1996. Т. 22. № 10-11. C. 856-869.Мосин О.В., Складнев Д.А., Егорова Т.А., Юркевич А.М., Швец В.И. Изучение биосинтеза аминокислот штаммом Brevibacterium methylicum при росте на средах, содержащих тяжелую воду и дейтерометанол // Биотехнология. 1996. № 3. C. 3-12.Мосин О.В., Складнев Д.А., Егорова Т.А., Юркевич А.М., Швец В.И. Изучение биосинтеза аминокислот штаммом Brevibacterium methylicum при росте на средах, содержащих тяжелую воду и дейтерометанол // Биотехнология. 1996. № 3. C. 3-12.Складнев Д.А., Мосин О.В., Егорова Т.А., Еремин С.В., Швец В.И. Метилотрофные бактерии – источники изотопномеченых 2Н- и 13С-аминокислот // Биотехнология. 1996. № 5. C. 25-34.Складнев Д.А., Мосин О.В., Егорова Т.А., Еремин С.В., Швец В.И. Метилотрофные бактерии – источники изотопномеченых 2Н- и 13С-аминокислот // Биотехнология. 1996. № 5. C. 25-34.Стом Д.И., Пономарева А.Л., Вятчина О.Ф. Влияние воды с измененным количеством дейтерия на красного калифорнийского гибрида (Eusenia fetida Andrei Bouche) // Бюлл. ВСНЦ СО РАМН. 2006. Т. 6. № 52. C. 167-169.Стом Д.И., Пономарева А.Л., Вятчина О.Ф. Влияние воды с измененным количеством дейтерия на красного калифорнийского гибрида (Eusenia fetida Andrei Bouche) // Бюлл. ВСНЦ СО РАМН. 2006. Т. 6. № 52. C. 167-169.Cioni P., Strambini G.B. Effect of Heavy Water on Protein Flexibility // Biophysical J. 2002. V. 82(6). P. 3246-3253.Cioni P., Strambini G.B. Effect of Heavy Water on Protein Flexibility // Biophysical J. 2002. V. 82(6). P. 3246-3253.Cleland W.N., O'Leary M.H, Northrop D.D. Isotope Effects on Enzyme- Catalyzed Reactions. - Baltimore, London, Tokyo: University Park Press. 1976. 303 p.Cleland W.N., O'Leary M.H, Northrop D.D. Isotope Effects on Enzyme- Catalyzed Reactions. - Baltimore, London, Tokyo: University Park Press. 1976. 303 p.Crespi H.L. Fully deuterated microorganisms: tools in magneticCrespi H.L. Fully deuterated microorganisms: tools in magneticMosin O.V., Karnaukhova E.N., Pshenichnikova A.B., Reshetova O.S. Electron impact mass-spectrometry in bioanalysis of stable isotope labeled bacteriorhodopsin // In: 6th Intern. Conf. on Retinal proteins. - Leiden, the Netherlands: Springer Verlag. 1994. 115 p.Mosin O.V., Karnaukhova E.N., Pshenichnikova A.B., Reshetova O.S. Electron impact mass-spectrometry in bioanalysis of stable isotope labeled bacteriorhodopsin // In: 6th Intern. Conf. on Retinal proteins. - Leiden, the Netherlands: Springer Verlag. 1994. 115 p.Mosin O.V., Skladnev D.A., Shvets V.I. Biosynthesis of 2H-labeled phenylalanine by a new methylotrophic mutantBrevibacteriummethylicum //Bioscience,biotechnology,and biochemistry. 1998. V. 62(2). P. 225-229.Mosin O.V., Skladnev D.A., Shvets V.I. Biosynthesis of 2H-labeled phenylalanine by a new methylotrophic mutantBrevibacteriummethylicum //Bioscience,biotechnology,and biochemistry. 1998. V. 62(2). P. 225-229.Vertes A. Physiological effects of heavy water. Elements and isotopes: formation, transformation, distribution. - Dordrecht: Kluwer Acad. Publ. 2004. 112 p. resonance and neutron scattering. Synthesis and Applications of Isotopically Labeled Compounds // In: Proceedings of an International Symposium. Baillie T, Jones J.R eds. - Amsterdam: Elsevier. 1989. P. 329-332.Vertes A. Physiological effects of heavy water. Elements and isotopes: formation, transformation, distribution. - Dordrecht: Kluwer Acad. Publ. 2004. 112 p. resonance and neutron scattering. Synthesis and Applications of Isotopically Labeled Compounds // In: Proceedings of an International Symposium. Baillie T, Jones J.R eds. - Amsterdam: Elsevier. 1989. P. 329-332.Kushner D.J., Baker A., Dunstall T.G. Pharmacological uses and perspectives of heavy water and deuterated compounds // Can. J. Physiol. Pharmacol. 1999. V. 77(2). P. 79-88.Kushner D.J., Baker A., Dunstall T.G. Pharmacological uses and perspectives of heavy water and deuterated compounds // Can. J. Physiol. Pharmacol. 1999. V. 77(2). P. 79-88.LeMaster D.M. Uniform and selective deuteration in two-dimensional NMR studies of proteins // Ann. Rev. Biophys. Chem. 1990. V. 19. P. 243-266.LeMaster D.M. Uniform and selective deuteration in two-dimensional NMR studies of proteins // Ann. Rev. Biophys. Chem. 1990. V. 19. P. 243-266.Lis G., Wassenaar L.I., Hendry M.J. High-Precision Laser Spectroscopy D/H and 18O/16O Measurements of Microliter Natural Water Samples // Anal. Chem. 2008. V. 80(1). P. 287-293.Lis G., Wassenaar L.I., Hendry M.J. High-Precision Laser Spectroscopy D/H and 18O/16O Measurements of Microliter Natural Water Samples // Anal. Chem. 2008. V. 80(1). P. 287-293.MacCarthy P. Infrared spectroscopy of deuterated compounds: an undergraduateMacCarthy P. Infrared spectroscopy of deuterated compounds: an undergraduate

The authors declare that there are no conflicts of interest present.