Андрей ПЕРЕПЕЛОВ: «Ученый должен жить работой»

Андрей ПЕРЕПЕЛОВ – старший научный сотрудник Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН. Андрей и его коллеги получили грант РНФ по теме: «Разработка объединенной схемы типирования кишечной палочки и шигелл и улучшение средств диагностики и вакцинопрофилактики дизентерии на основе комплексного исследования О-антигенов». Научно-фундаментальная задача данного проекта заключалась в том, что в его рамках должна была быть создана принципиально новая объединенная классификационная схема всех штаммов важных в медицинском отношении клональных видов кишечных бактерий Escherichia coli и Shigella flexneri (Escherichia coli Flexneri – возбудителя бациллярной дизентерии), основанная на строении их О-антигенных полисахаридов. В практическом плане в ходе реализации проекта будет дополнен набор диагностических антисывороток для определения шигелл Флекснера и серодиагностики дизентерии и будет уточнена формула вакцины против дизентерии Флекснера.


Кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории химии углеводов ИОХ РАН Андрей Перепелов занимается изучением грамм-отрицательных энтеробактерий, а именно установлением строения и биосинтеза их О-антигенов – высокомолекулярных углеводных полимеров, входящих в состав липополисахаридов внешней мембраны. Именно строение углеводных цепей липополисахаридов определяет специфичность иммунного ответа макроорганизма на инфекцию микроорганизмами. Таким образом, исследования Андрея Перепелова лежат на стыке органической химии и биологии. Если же добавить, что в рамках тесного сотрудничества с учеными-генетиками из Нанкайского университета для каждого бактериального штамма проводится еще и функциональный анализ генов биосинтеза О-антигенов, то в результате получается сложнейшее междисциплинарное комплексное исследование, значительно превышающее мировой уровень.

Со слов ученого, гранты РНФ действительно принципиально облегчили проведение исследований, поскольку позволили полностью решить проблемы текущего обеспечения реактивами и расходными материалами в малых научных группах. Более того, это позволяет приобретать дорогостоящее лабораторное оборудование для длительного и общелабораторного использования.

— Конечно, это очень существенная материальная поддержка. РНФ позволяет закупать современное оборудование для наших и общелабораторных исследовательских целей. Мы существенно обновили приборный парк лаборатории, например, приобрели поляриметр, лиофильную сушку, ротационный вакуумный концентратор и т.д.

Андрей окончил биофак МГУ и далее аспирантуру в ИОХ РАН:
— Я изначально выбрал биологию. Сейчас я занимаюсь химией углеводов, поступил в аспирантуру ИОХ РАН, защитил кандидатскую диссертацию по специальности «биоорганическая химия». У нас, конечно, химическая работа, но очень тесно связанная с микробиологией и биохимией.

У каждого ученого-химика свое понимание, что такое химия. Для Андрея химия это деструкция — расщепление целого на более мелкие фрагменты, их выделение в индивидуальном виде и изучение их строения. Именно так решается задача установления структур высокомолекулярных биополимеров.

— Химия для меня – в основном две вроде бы элементарные реакции, окисление и сольволиз, а также гидролиз как частный случай сольволиза. Это определяется спецификой исследуемых соединений, представляющих собой высокомолекулярные полисахаридные цепи, построенные из повторяющихся звеньев, включающих моносахариды различной структуры, а также неуглеводные компоненты. В идеальном варианте строение таких полимеров можно установить полностью бездеструктивным методом – с помощью спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Но идеальные варианты встречаются нечасто и нам приходится «резать» полисахаридную цепь на фрагменты. А это не просто, поскольку составляющие цепь моносахариды по своей химической природе зачастую отличаются лишь пространственным расположением своих частей относительно асимметричного атома, то есть являются эпимерами с почти одинаковыми химическими свойствами.

Как признался А. Перепелов, ИОХ — его второй дом, это определенная среда, где сотрудники занимаются не просто работой:
— Я здесь дневал и ночевал, работал без выходных и праздников, особенно на этапе подготовки кандидатской диссертации. Серьезная химия была и до ИОХа, но именно здесь я почувствовал себя на своем месте. ИОХ я воспринимаю как очень существенную часть моей жизни, почти как второй дом, а коллектив лаборатории – как членов семьи.

Ученые из Лаборатории химии углеводов (№21) под руководством проф. Ю.А. Книреля с 2004 года занимаются изучением родственных видов кишечных бактерий (энтеробактерий) – эшерихий (Escherichia coli), сальмонелл (Salmonella enterica) и шигелл (Shigella dysenteriae, S. boydii, S. flexneri). За это время были полностью охарактеризованы в структурно-генетическом отношении все штаммы сальмонелл и шигелл (кроме S. flexneri), а также достигнут существенный прогресс в исследовании E. coli (изучено более 50-ти штаммов). Именно для того, чтобы полностью завершить исследование всей этой группы близкородственных и медицински значимых бактерий, Андрей и его коллеги подали заявку в фонд РНФ и выиграли конкурс 2014 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами», получив грант «Разработка объединенной схемы типирования кишечной палочки и шигелл и улучшение средств диагностики и вакцинопрофилактики дизентерии на основе комплексного исследования О-антигенов».
Дизентерия — инфекционное заболевание, характеризующееся общей интоксикацией организма, поносом и своеобразным поражением слизистой оболочки толстого кишечника. Она является одним из наиболее частых острых кишечных заболеваний в мире. Возбудителями собственно дизентерии является большая группа биологически сходных бактерий, объединенных в род Shigella. Шигеллы имеют различные по специфичности полисахаридные О — антигены: общие для семейства Enterobacteriaceae, родовые, видовые, групповые и типоспецифические, а также капсульные К-антигены; белковых Н-антигенов у них нет.

Для решения поставленных задач будет проведена всесторонняя структурная, генетическая и серологическая характеристика О-антигенов эшерихий и шигелл Флекснера. Отметим, что научная новизна результатов обусловлена объединением в рамках одного комплексного исследования беспрецедентно широкого круга (более 200) близкородственных клонов бактерий, различающихся О-антигенными формами. Это позволит охарактеризовать новые эпитопы в составе О-антигенов, связанные с О-ацетилированными и фосфорилированными моносахаридами, обнаружить новые антигенные взаимосвязи между кишечными бактериями и выявить новые генетические механизмы формирования наблюдаемого у них широкого О-антигенного разнообразия.
Во время исследования авторы сталкивались с различными сложностями:

— Сложности есть всегда. Каждая структура уникальна, кроме того постоянно обнаруживаются в составе исследуемых О-антигенных полисахаридов новые ранее неизвестные компоненты и моносахаридные производные. Есть общая отработанная нами схема установления строения сложных высокомолекулярных гетерополисахаридов, но в каждом случае в зависимости от компонентного состава приходится использовать заново оптимизировать схему исследования, выбирать последовательность экспериментов и аналитических процедур. В ряде случаев приходится разрабатывать новые методы и подходы – так, нами в 2014 году был предложен и успешно апробирован метод селективного сольволитического расщепления полисахаридов безводной трифторуксусной кислотой по остаткам 6-дезоксисахаров и N-ацетил--гексозаминов.



Важнейший результат проекта — создание принципиально новой объединенной классификационной схемы эшерихий и шигелл на основе схем типирования этих бактерий, которые будут уточнены и расширены в рамках проекта. Кроме того, на основании полученных данных будет дополнен набор диагностических антисывороток для определения шигелл Флекснера и серодиагностики дизентерии и будет уточнена формула вакцины против дизентерии Флекснера.

Как считают ученые, создание единой классификационной схемы эшерихий и шигелл на основе О-антигенов повысит эффективность и надежность идентификации штаммов, серодиагностики инфекций и эпидемиологического мониторинга, необходимого для выявления наиболее распространенных патогенных клонов кишечных бактерий, против которых целесообразно проводить вакцинопрофилактику. Понимание механизмов диверсификации генных кластеров биосинтеза О-антигенов прольет свет на эволюционную историю кишечных бактерий, в том числе на пути формирования патогенных клонов из комменсальных бактерий. Результатом комплексного структурного и серологического исследования О-антигенов шигелл Флекснера будет расширение набора средств для диагностики дизентерии путем включения в него антисыворотки к новым эпитопам, которые будет охарактеризованы в рамках проекта. В результате иммунологического исследования будет уточнена формула вакцины против дизентерии Флекснера, основанной на О-антигенах, что может способствовать ее скорейшему лицензированию.

— Какими качествами должен обладать молодой ученый? Какой совет могли бы им дать?

— Настоящий ученый должен жить работой. Если необходимо для проведения сложного и длительного эксперимента – изволь сидеть в лаборатории и в выходные. «Понедельник начинается в субботу» — вот так, да, и никак иначе. Всё определяется интересом к науке и увлеченностью своим делом. Именно это и делает ученого ученым.

В дальнейших планах у молодого исследователя продолжить развивать данное направление фундаментальной науки – а именно структурно-генетическое изучение важных патогенов человека (например, холеного вибриона) и фитопатогенных пектобактерий, а также защитить докторскую диссертацию.

[1] Andrei V. Perepelov, Quan Wang, Sof'ya N. Senchenkova, Ye Qian, Alexander S. Shashkov, Lei Wang, Yuriy A. Knirel. "Structural and genetic studies of the O-antigen of Escherichia coli O163". Carbohydrate Research, 2015, doi: 10.1016/j.carres.2014.11.006.
[2] Guo X., Senchenkova S. N., Shashkov A. S., Perepelov A. V., Liu B., Knirel Y. A. "Structure and gene cluster of the O antigen of Escherichia coli O96, Carbohydrate Research", 2015, doi:10.1016/j.carres.2015.11.005.
[3] Perepelov A. V., Guo X., Filatov A. V., Shashkov A. S., Liu B., Knirel Y. A. "Structure and gene cluster of the O-antigen of Escherichia coli O43", Carbohydrate Research, 2015, doi:10.1016/j.carres.2015.08.008.
[4] Perepelov A. V., Shashkov A. S., Guo X., Filatov A.V., Widmalm G., Knirel Y. A. "Structure and genetics of the O-antigen of Escherichia coli O169 related to the O-antigen of Shigella boydii type 6". Carbohydrate Research, 2015, doi: 10.1016/j.carres.2015.05.016.
[5] Perepelov A. V., Wang Q., Senchenkova S. N., Mei Z., Shashkov A. S., Wang L., Knirel Y. A. "Structure and gene cluster of the O-antigen of Escherichia coli O140". Carbohydrate Research, 2015,
doi: 10.1016/j.carres.2015.04.004.
[6] Shashkov A. S., Wang T., Perepelov A. V., Weintraub A., Liu B., Widmalm G., Knirel Y. A. "Structure elucidation and biosynthesis gene cluster organization of the O-antigen of Escherichia coli O170". Carbohydrate Research, 2015, doi: 10.1016/j.carres.2015.08.013.
[7] Y. A. Knirel, Q. Sun, S. N. Senchenkova, A. V. Perepelov, A. S. Shashkov, J. Xu "O-Antigen modifications providing antigenic diversity of Shigella flexneri and underlying genetic mechanisms" Biochemistry (Moscow) (Биохимия), 2015, doi: 10.1134/S0006297915070093.
[8] Knirel Y.A., Qian C., Senchenkova S.N., Guo X, Shashkov A.S., Chizhov A.O., Perepelov A.V., Liu B. "Structure of the β-l-fucopyranosyl phosphate-containing O-specific polysaccharide of Escherichia coli O84". International Journal of Biological Macromolecules, 2016, doi: 10.1016/j.ijbiomac.2016.04.025.
[9] Shashkov A.S., Yang B., Senchenkova S.N., Perepelov A.V., Liu B., Knirel Y.A. "Structures and genetics of biosynthesis of glycerol 1-phosphate-containing O-polysaccharides of Escherichia coli O28ab, O37, and O100". Carbohydrate Research, 2016, doi: 10.1016/j.carres.2016.03.011.
[10] Senchenkova S.N., Zhang Y., Perepelov A.V., Guo X., Shashkov A.S., Weintraub A., Liu B., Widmalm G., Knirel Y.A. "Structure and gene cluster of the O-antigen of Escherichia coli O165 containing 5-N-acetyl-7-N-[(R)-3-hydroxybutanoyl]pseudaminic acid". Glycobiology, 2016, doi: 10.1093/glycob/cwv106.

Справка ИОХ РАН:

Перепелов Андрей Вячеславович

дата рождения: 23 марта 1973 г.

Опыт работы:

Октябрь 1997 — Октябрь 2000: аспирантура Института органической химии им. Н. Д. Зелинского, лаборатория химии углеводов, Москва.
2001 год: зашита диссертации на соискание степени «кандидат химических наук» по специальности Биоорганическая химия.
2001 – 2005 гг.: научный сотрудник.
2005 г. – по наст. время: старший научный сотрудник.

Научные интересы: грам-отрицательные бактерии, углеводы, липополисахариды, O-антигены, структура, спектроскопия ЯМР, биосинтез антигенов, генный кластер