Кафедра биофизики

  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

История кафедры. 1966-2005 гг.

Email Печать PDF

    Кафедра биофизики МБФ была создана в 1966 г. академиком РАМН Юрием Андреевичем Владимировым. С момента образования кафедры Ю.А. Владимиров, используя свой научный опыт, предложил сотрудникам кафедры в качестве основной научной проблемы изучение биологических мембран в норме и при патологии с использованием методов фото- и хемилюминесценции. Первыми научными направлениями кафедры были: 1) изучение процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) в биологических системах, используя метод железо-индуцированной хемилюминесценции; 2) выяснение механизма реакций ПОЛ; 3) исследование физико-химических свойств биологических мембран и изменение этих свойств при развитии ПОЛ в патологических состояниях; 4) изучение фотохимических механизмов УФ-индуцированного ПОЛ и его роль в функционировании биологических мембран.
Кафедра биофизики. 70-е годы     Все эти исследования шли под непосредственным и постоянным руководством заведующего кафедрой биофизики, профессора Ю.А. Владимирова. В дальнейшем, количество направлений увеличилось и каждое научное направление возглавили многочисленные ученики Ю.А. Владимирова, которые и составляют его научную школу. Несмотря на то, что биофизика мембран в начале 70-х годов была еще только зарождающейся областью знания, медико-биологический факультет (декан П.В. Сергеев) с участием кафедры биофизики провел в 1972 г. в городе Пущино первый Всесоюзный симпозиум «Биологические мембраны в норме и патологии».
his02     Первые работы кафедры по биофизике мембран были посвящены вопросам их структуры: разборки и сборки мембран (А. Ф. Поглазов, Г. И. Клебанов), конформационным перестройкам при их функционировании (В.И. Сороковой) и процессам перекисного окисления липидов мембран (В.И. Оленев, Т.Б. Суслова, 3.П. Черемисина).
his03     На кафедре к 1980 г. был окончательно разработан и применен метод флуоресцентных зондов – наиболее чувствительный метод для изучения небольших структурных перестроек в макромолекулах и надмолекулярных комплексах при физиологических условиях (Г.Е. Добрецов, В.А. Петров, Г.И. Клебанов, А.И. Деев). Развивая метод безызлучательного переноса энергии между флуоресцентными зондами, сотрудникам Ю.А. Владимирова (Г.Е. Добрецов и др.) удалось получить уникальную информацию о пространственной структуре мембран и липопротеинов не только в изолированном состоянии, но и непосредственно в живых клетках. Кроме того, были разработаны уникальные методы измерения трансмембранных полей на плазматической и митохондриальной мембранах живых клеток.
his04     Ю.А. Владимиров и Д.И. Рощупкин в 1972 г. показали, что ультрафиолетовое облучение также вызывает образование свободных радикалов в биологических системах и накопление перекисей в суспензии митохондрий и в строме эритроцитов. В результате исследований, проведенных Ю.А. Владимировым, Т.А. Сусловой, В.И. Оленевым и 3.П. Черемисиной, было показано, что не только «in vitro», но и «in vivo» перекисное окисление липидов может идти лишь в присутствии ионов двухвалентного железа. Доказательство образования свободных радикалов в реакциях ПОЛ с участием ионов железа было получено, также, и методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) в опытах с использованием спиновых ловушек (А.Н. Осипов, О.А. Азизова).
Юрий Михайлович Петренко со студентами в лаборатории     В 80-х годах Ю.А. Владимиров и Ю.М. Петренко при изучении механизма осмотического гемолиза эритроцитов показали, что механические свойства мембран эритроцитов играют важнейшую роль в их осмотической устойчивости. Тогда же было выяснено, что именно примембранный гемоглобин эритроцитов во многом определяет механические свойства цитоплазматических мембран. Кроме этого, было теоретически обосновано и экспериментально доказано влияние факторов окружающей среды на механические свойства эритроцитарной мембраны.
his06     С момента прихода на кафедру Г.Е. Добрецова в 1966 г. он изучал структуру гистоновых белков. Вместе с Ю.А. Владимировым, анализируя данные по изменению флуоресценции аминокислотных остатков тирозина в гистонах при различных рН, они показали, что между всеми остатками тирозина происходит перенос энергии, что означает, что все остатки тирозина в молекуле гистона взаимодействуют и расположены близко друг от друга. На основании этих исследований, а также данных вискозиметрии и ЯМР-спектроскопии Г.Е. Добрецовым совместно с В.А. Петровым и Т.А. Борщевской в 1970 – 73 гг. впервые была предложена модель глобулярного гистона. Впоследствии с 1976 г. такая модель гистона стала общепризнанной.
    В 1972 г. при Центральной научно-исследовательской лаборатории (ЦНИЛ, директор Э.М. Коган) 2-го МОЛГМИ был создан отдел биофизики (зав. Ю.А. Владимиров), перед сотрудниками которого была поставлена задача – выяснить роль нарушений функции биологических мембран в развитии основных патологических процессов (Л.Г. Коркина, Г.Е. Добрецов, В.И. Оленев, Т.Б. Суслова, В.И. Сороковой, О.А. Азизова). his07 Одним из первых такую проблему сформулировал в то время ректор 2-го МОЛГМИ Ю.М. Лопухин – каков механизм поражения клеток и ткани при гипоксии, одной из наиболее частых причин патологии? Л.Г. Коркиной, Ю.А. Владимировым и Э.М. Коганом с помощью метода флуоресцентных зондов удалось обнаружить, что в отсутствие кислорода трансмембранный потенциал, удерживающий ионы кальция внутри митохондрий, падает. Кальций начинает вытекать в цитоплазму, активируя фосфолипазу наружной мембраны митохондрий, которая разрушает липид. В результате происходит нарушение барьерной функции митохондрий, что и является одной из главных причин гибели клеток при гипоксии. Как выяснилось позднее, второй процесс, приводящий к нарушению барьерной функции мембран, это - перекисное окисление липидов. В работах Ю.А. Владимирова, В.Ф. Антонова, Е.А. Корепановой и Л.Г. Коркиной было показано, что ПОЛ увеличивает ионную проницаемость бислойных липидных мембран (БЛМ). Позже в работе Ю. А. Владимирова и Г.И. Клебанова было показано, что при интенсификации ПОЛ происходит усиление выхода ионов кальция из липосом. Тогда же был сделан вывод о том, что ПОЛ увеличивает проницаемость фосфолипидного слоя для ионов кальция.
his08     Обобщая данные, полученные на кафедре биофизики к 1973 г. Ю.А. Владимиров сформулировал гипотезу, согласно которой существует всего четыре основных фундаментальных механизма нарушения барьерных функций мембран в патологии: 1) перекисное окисление липидов; 2) активация мембранных фосфолипаз; 3) механическое (осмотическое) растяжение мембран; 4) адсорбция на поверхности мембран поликатионов, в частности, чужеродных белков. Эти четыре механизма в дальнейшем были подтверждены большим количеством экспериментальных исследований как на кафедре биофизики, так и в других лабораториях, не только в России, но и за рубежом.
his09     В ходе исследований БЛМ А.В. Путвинскому удалось обнаружить еще один важный механизм повреждения мембран при ПОЛ: снижение электрической прочности мембран, которое приводило к их пробою электрическим полем. В дальнейшем, в работах Т.В. Пучковой, О.В. Парнева и А.В. Путвинского было показано, что потенциал электрического пробоя, который может служить мерой прочности мембран, снижался при перекисном окислении липидов. Также было показано, что электрический пробой мембран может происходить под воздействием не только внешнего электрического поля, но и под действием трансмембранного потенциала, т. е. в результате самопробоя под действием электрического поля. И в 1975 г. была высказана гипотеза, что самопробой мембраны электрическим полем - это одна из главных причин повреждения мембран в патологии.
his10     Одновременно с этими результатами было показано, что кроме ПОЛ и другие механизмы повреждения мембран, а именно - действие фосфолипаз, механического растяжения мембраны или адсорбция на поверхности мембраны поликатионных белков (протаминов, гистонов) - приводят к снижению электрической прочности мембран и создают возможность ее самопробоя собственным электрическим полем. Изучение механизма повреждения мембран адсорбирующимися на их поверхности пептидами (Ю.А Владимиров, Е.А. Корепанова) показало возможность локального нарушения барьерной функции мембран путем образования в них динамических ион-транспортных структур из пептида и липидных компонентов мембраны. Появление «зародышей» каналов в мембране, по-видимому, также способствует самопробою мембран собственным электрическим потенциалом. Обнаруженный механизм имеет прямое отношение к антбактериальному и токсическому действию некоторых поликатионных антибактериальных пептидов. Таким образом, гипотеза Ю.А. Владимирова о четырех механизмах повреждения мембран в патологии получила дальнейшее развитие. В качестве исполнительного элемента этих четырех механизмов был предложен электрический самопробой мембран, который и рассматривался как основной способ нарушения функции биологических мембран в патологии.
his11     Кроме того, в конце 70-х гг. в научном коллективе кафедры биофизики появился интерес к изучению состояний, которые приводят к упрочнению барьерных функций мембран и могут формироваться под действием холестерина. Было показано, в частности, что холестерин, с одной стороны, тормозит процесс развития ПОЛ, по-видимому, за счет увеличения микровязкости липидного слоя, а, с другой стороны, увеличивает электрическую прочность мембран, не только интактных, но и поврежденных перекисным окислением липидов. Было сформулировано предположение о том, что биологическая роль холестерина заключается именно в увеличении электрической стабильности мембраны. До этого момента процесс накопления холестерина в организме всегда рассматривался только как негативный, связанный с процессом старения или развития сердечно-сосудистых заболеваний.
    Нашли свое клиническое применение и исследования фотоиндуцированного перекисного окисления липидов. При лечении псориаза широко используется псорален с последующим облучением кожи ультрафиолетовым светом. Однако А. Я. Потапенко с сотрудниками показали, что фотовозбужденный псорален окисляет липиды кожи, вызывая эритему. Применение же антиоксидантов резко снижает этот эффект и вдвое ускоряет курс лечения.
his12     Интересен цикл работ М.А. Бабижаева, А.И. Деева, В.E. Формазюка и Ю.А. Владимирова (1985-1991 гг.) по механизму возникновения катаракты глаз и поиска способов торможения развития катаракты. Основываясь на собственных данных, они предполжили, что при общем радиоактивном облучении организма в тканях хрусталика возникает «окислительный стресс», выражающийся в накоплении продуктов окисления липидов, белков и других биологически важных классов соединений. Эти продукты окисления образуют в хрусталике хромофоры, которые поглощают свет, проходящий через хрусталик, и генерируют при этом активные формы кислорода – супероксидный и гидроксильный радикалы и перекись водорода. Эти соединения повреждают мембраны и белки, вызывая их помутнение.
    В середине 90-х годов большой интерес ученых вызвали исследования механизмов терапевтического действия низкоинтенсивного лазерного излучения. В это же время Ю.А. Владимировым была сформулирована гипотеза о трех основных механизмах действия лазерного излучения на клетки и ткани организма: 1) фотореактивация фермента супероксиддисмутазы (этот механизм был позднее подтвержден в работах E.А. Горбатенковой и О.А. Азизовой); 2) фотодинамическое действие излучения на мембраны клеток и в первую очередь фагоцитов (работы группы Г.И. Клебанова) 3) фотолиз нитрозильных комплексов (работы группы А.Н. Осипова). his13 Ю.А. Владимиров, Г.И. Клебанов, М.В. Крейнина и другие показали, что при действии лазерного облучения на кровь человека происходит прайминг (скрытая активация) фагоцитов, тормозятся реакции перекисного окисления липидов и увеличивается антиокислительная активность плазмы, а также увеличение продукции оксида азота как клетками крови, так и перитонеальными макрофагами. Ю.А. Владимиров, А.Н. Осипов и Г.Г. Борисенко показали, что действие низкоинтенсивного лазерного излучения приводит к фотолизу нитрозильных комплексов гемопротеинов (гемоглобина и цитохрома с), с образованием свободного оксида азота, что в конечном итоге вызывает улучшение микроциркуляции в кровеносных сосудах (при фотолизе нитрозильных комплексов гемоглобина) или дыхания митохондрий (при фотолизе нитрозильных комплексов цитохрома с).
    Параллельно с научной деятельностью шел процесс обучения не только студентов медико-биологического, а в первые годы существования кафедры и студентов лечебного и педиатрического факультетов. В настоящее время на кафедре биофизики читаются лекции и проводятся практические занятия для студентов отделений медицинской биофизики, медицинской биохимии и медицинской кибернетики по следующим курсам: квантовая биофизика, молекулярная биофизика, клеточная биофизика, биофизика органов и систем и биофизика патологических состояний. Все лекционные курсы вначале разрабатывались и прочитывались Ю.А. Владимировым, после чего чтение лекционных курсов передавалось его ученикам. В результате этой деятельности Ю.А. Владимировым в соавторстве со своими учениками были написаны учебники и учебное пособие по биофизике для студентов медико-биологических и врачебных факультетов.
his14     Одновременно с чтением лекций шло создание и биофизических практикумов: Ю.А. Владимиров, Д.И. Рощупкин «Спектральные методы исследований», Г.E. Добрецов, В.А. Петров «Молекулярная биофизика», В.Ф. Антонов, Ю.М. Петренко «Биофизика клетки».
    Ю.А. Владимиров сыграл огромную роль в организации и развитии Медико-биологического факультета, в частности в создании единой научной программы факультета «Биологические мембраны в норме и патологии», во внедрении университетского принципа обучения студентов. Сотрудник нашей кафедры В.А. Петров работал заместителем декана и деканом МБФ с 1979 по 1990 гг. Ю.А. Владимиров, Д.И. Рощупкин, Г.И. Клебанов, А.Н. Осипов, В.А. Петров, А.И. Деев, Е.А. Корепанова– члены многих научных Советов и редколлегий центральных научных журналов. Многие наши преподаватели - выпускники МБФ: В.А. Петров, А.И. Деев, А.Н. Осипов, А.К. Аносов, Ю.А. Грызунов, Е.А. Корепанова, А.В. Путвинский, М.В. Крейнина, О.Б. Любицкий , А.Ю Соколов.
his15     В 2000 г. по инициативе академиков РАМН П.В.Сергеева и Ю.А.Владимирова, профессора В.А.Петрова, при поддержке декана МБФ профессора В.Ю.Балякина и ректора РГМУ академика РАМН В.Н.Ярыгина при кафедре биофизики МБФ был создан курс клинической лабораторной диагностики, который возглавил выпускник МБФ, профессор В.В.Долгов. Курс проводится на базе клинико-диагностической лаборатории городской клинической больницы им. С.П. Боткина. На курсе работают доценты А.П.Ройтман, М.Е.Почтарь, Л.А.Романова. Студенты на 5 курсе слушают курс лекций по основным направлениям клинической лабораторной диагностики. Для студентов 6 курса организовано 2 спецкурса – клиническая лабораторная диагностика и клиническая биофизика. На спецкурсах студенты осваивают диагностические технологии, работают на современных лабораторных приборах: биохимических анализаторах, проточных фотометрах, гематологических анализаторах, счетчиках крови, проточном цитофлуориметре, иммуноферментных анализаторах, системах электрофореза, лазерном нефелометре, автоматических и полуавтоматических коагулометрах, анализаторах изображения, приборах «сухой химии» и другой лабораторной технике. Они осваивают методы клинической биохимии, гематологии, иммунологии, бактериологии, коагулологии, общеклинических исследований, изучают методологию контроля качества результатов лабораторных анализов. Фактически студенты приобретают профессию врача клинической лабораторной диагностики, что немаловажно для их дальнейшей судьбы. Эта специальность официально открыта для выпускников медико-биологического факультета. Российское здравоохранение возлагает большие надежды на молодых образованных специалистов по развитию медицинской лабораторной диагностики, внедрению новых диагностических методов и технологий в диагностический процесс.
    В 2005 году в связи с переходом академика РАМН Ю.А. Владимирова на Факультет фундаментальной медицины МГУ имени М.В. Ломоносова кафедру биофизики возглавил ученик Ю.А. Владимирова профессор Анатолий Николаевич Осипов. А.Н. Осипов является выпускником медико-биологического факультета и после окончания университета постоянно работает на кафедре биофизики. А.Н. Осипов продолжает и развивает традиции кафедры биофизики, заложенные Ю.А. Владимировым, он активно ведет научные исследования, привлекая к научной и педагогической работе молодежь.


Фотографии к данному разделу были любезно предоставлены А.И. Деевым и Т.М. Клебановой.

 

Научная работа