Відділ молекулярної генетики бактеріофагів

Головна » Структура » Наукові відділи та лабораторії » Відділ молекулярної генетики бактеріофагів

Керівник відділу: Товкач Федір Іванович

E-mail: fedir.i.tovkach@gmail.com
Посада: Завідувач відділу

Звання, ступінь: чл.-кор. НАНУ, ст.н.с., д.б.н.

Під керівництвом Ф.І. Товкача захищено 11 кандидатських дисертацій.

У відділі щорічно проходять практику, виконують курсові та дипломні роботи студенти вищих навчальних закладів Києва.

Напрямки досліджень

Дослідження фаг-фагових і фаго-бактеріальних взаємодій в фітопатогенних системах.
Вивчення лізогенії ентеробактерій, дефектної лізогенії та макромолекулярних бактеріоцинів типу фагових хвостових відростків P. carotovorum.
Дослідження фагів як автономних генетичних елементів, перенесення генів та детермінант патогенності, опосередкований бактеріофагами.
Вивчення фагової, плазмідної та бактеріальної геноміки.

Ключові слова: бактеріофаги, плазміди, автономні генетичні елементи, геноміка, протеоміка, молекулярна біологія бактеріофагів, взаємодія фаг-бактерія.

Історична довідка

Традиційні дослідження бактеріофагів у Інституті мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України започатковано у тридцятих роках минулого сторіччя завдяки діяльності видатного дослідника, організатора української фагової школи, професора Гната Омеляновача Ручко та плеяди його учнів. За його ініціативи у жовтні 1936 року на базі інституту відбулася Перша конференція з бактеріофагії та мінливості мікробів. Роботи групи Ручка та його колег були присвячені питанням застосування фагів у медицині, сільському господарстві, промисловому виробництві. Зокрема, значним досягненням української фагової школи є дослідження ролі бактеріофагів в мінливості мікроорганізмів.

Гнат Омеляновач Ручко (1883 – 1937)

В повоєнні роки на ниві фагових досліджень в Інституті працювали такі визначні науковці як В.Г. Дроботько, К.Г. Бельтюкова, Р.І. Гвоздяк, Я.Г. Кишко. М.І. Менджул та інші.

У 2004 році навколо нових тенденцій і ідей в бактеріофагії обєдналась група дослідників, які мали досвід роботи в областях молекулярної біології і генетики вірусів рослин, бактерій і ціанобактерій. У 2007 році колектив сформувався як відділ молекулярної генетики бактеріофагів під керівництвом Ф.І. Товкача.

Наукова робота

Основні дослідження відділу зосереджені на пошуку та вивченні помірних, а також вірулентних бактеріофагів, що інфікують представників родів Erwinia, Pectobacterium та Pantoea. Для фітопатогенної бактерії P. carotovorum показана наявність дефектно-полілізогенного стану та запропоновано механізми його формування, вивчено дефектні фаги, описано структурну організацію та властивості каротоворіцинів різних типів, досліджено молекулярно-біологічних властивостей криптичних плазмід, тощо. Крім того, встановлено особливості лізогенного шляху розвитку помірного бактеріофага ZF40 в клітинах P. carotovorum, а також досліджено організацію структурної області генома та ідентифіковано основні білки капсида і хвостового відростка даного фага.

Генетична карта фага ZF40 (A), кластери генів капсиду (B) та хвостового відростка (С)

У відділі також ведуться дослідження фаго-бактеріальних та фаг-фагових взаємодій в фітопатогенній системі, представленій бактерією Erwinia horticola (збудник чорного бактеріозу бука лісового в Україні) та її літичними та помірними бактеріофагами. Особливістю даної бактерії являється полілізогенний стан за участі помірних фагів 49 і 59, для яких було описано структурну та функціональну організацію геномів.

Повногеномне вирівнювання помірних фагів 49 і 59 E. horticola

Крім того, в даній фітопатогенній системі виявлено новий феномен, що отримав назву фаг-фагової індукції. Інтерпретуючи дані літератури та результати власних досліджень, було запропоновано гіпотетичну модель цього явища. Його суть полягає в провокуванні виходу ендогенних фагів з бактеріальної псевдолізогенної клітини під дією екзогенних неспоріднених бактеріофагів. Механізм фаг-фагової індукції запускається за сигналінговим механізмом після завершення адсорбції екзогенного індукуючого бактеріофага та його подальшої реадсорбції.

З використанням E. horticola як бактерії-хазяїна було виділено полівалентний бактеріофаг FE44, що інфікує фітопатогени роду Erwinia, Pantoea і Dickeyа та водночас здійснює продуктивний розвиток в клітинах лабораторних штамів Escherichia coli. Для цього фага серед іншого було встановлено спектр, детермінанти і механізми, що забезпечують прояв полівалентності.

Подібність послідовності ДНК FE44 до геномів Т7-подібних фагів.

У відділ також ведуться дослідження біології та геноміки низки літичних фагів фітопатогенних та епіфітних бактерій P. agglomerans, E. amylovora, Serratia sp. та ін.

Мікрофотографія та схема будови віріонів фага ТТ10-27 E. horticola. Масштабна лінія 100 нм

Електронна мікрофотографія концентрованого та очищеного препарату фага Key (A). Морфологія бляшок фага Key при культивуванні на газонах E. horticola 43II (Б), P. agglomerans G157 (В) та E. horticola 60-3m (Г) після 4 днів інкубації

Кільцева карта геному фага Кеу. Стрілки позначають напрямок транскрипції генів. Їх забарвлення відображає функціональну приналежність: рожевий ‒ ДНК реплікація, рекомбінація, репарація та пакування, синій ‒ морфогенез віріону, бузковий ‒ нуклеотидний метаболізм, жовтий ‒ лізис, взаємодія фаг‒хазяїн, зелений ‒ інші функції, сірий ‒ гени з невідомими функціями. Чорні риски позначають гени тРНК.

Конференції

2024

Viruses of Microbes 2024; Jul 15-19, 2024. Cairns, Australia

Viruses of Microbes-UK 2024; Jan 25-26, 2024. Newcastle, UK

V Scientific Conference of Young Researchers “Youth and Modern Problems of Microbiology and Virology”; Nov 19-20, 2024. Kyiv, Ukraine

2023

Viruses of Microbes 2023; Jul 3-7. Tbilisi, Georgia

13th International Conference “Phages 2023. Bacteriophage in Medicine, Food and Biotechnology”; Sep 4-5. 2023. Oxford, UK.

X International Conference „Bioresources and Viruses”; Sep 11-13, 2023. Kyiv, Ukraine

The NIVB Meeting; Oct 2-5, 2023. Kutná Hora, Czech Republic

International Scientific and Practical Conference “Modern aspects of microbiology, virology, and biotechnology in wartime and post-war period”; Nov 15-16, 2023. Kyiv, Ukraine

2022

IV young scientists conference “Youth and modern problems of Microbiology and Virology”; Nov 15-17, 2022. Kyiv, Ukraine

The IUBMB–FEBS–PABMB Young Scientists’ Forum 2022; Jul 6-9, 2022. Vimeiro,

Portugal

The Biochemistry Global Summit 2022; Jul 9-14, 2022. Lisbon, Portugal.

Viruses of Microbes; Jul 18-22, 2022. Guimaraes, Portugal

2021

III Scientific and Practical Conference of Young Researchers “Youth and Modern Problems of Microbiology and Virology“; Nov 9-11, 2021. Kyiv, Ukraine

2020

II Scientific and Practical Conference of Young Researchers “Youth and Modern Problems of Microbiology and Virology“; Nov 23-26, 2020. Kyiv, Ukraine

Делегація відділу молекулярної генетики бактеріофагів на конференції Viruses of Microbes 2022 (Гімарайш, Португалія, 2022)

Делегація відділу молекулярної генетики бактеріофагів на конференції Viruses of Microbes 2024 (Кернс, Австралія, 2024)

Публікації

2024

Іноземні

Falfushynska, H., Rychter, P., Boshtova, A., Faidiuk, Y., Kasianchuk, N., & Rzymski, P. (2024). Illicit Drugs in Surface Waters: How to Get Fish off the Addictive Hook. Pharmaceuticals, 17(4), 537. https://doi.org/10.3390/ph17040537
Piven, O., Pokrytiuk, V., Kasianchuk, N., Ostash, B., Dekina, S., Panchuk, R., Boldyriev, O., Bashynska, V., Zaremba, A., Faidiuk, Y., Obolenskaya, M. Y., Polishchuk, A., & Petrenko, O. (2024). The resilience of Ukrainian scientists. Cell systems, 15(4), 298–304. https://doi.org/10.1016/j.cels.2024.03.006

Вітчизняні

Romaniuk, L., Zlatohurska, M., Gorb, T., & Tovkach, F. (2024). Study of Viable Bacteriophages During Activation of the Pseudolysogenic State of Pectobacterium carotovorum. Mikrobiolohichnyi Zhurnal, 86(1), 51-56. https://doi.org/10.15407/microbiolj86.01.051
Пархоменко, Н. Й., & Максименко, Л. О. (2024). ВПЛИВ ФОСФОРИЛЬОВАНОГО БІЛКА ОБОЛОНКИ Х-ВІРУСУ КАРТОПЛІ НА ПРОЦЕС ТРАНСЛЯЦІЇ мРНК IN VITRO. Сільськогосподарська мікробіологія, 39, 79-85. https://doi.org/10.35868/1997-3004.39.79-85

2023

Іноземні

Zlatohurska, M., Gorb, T., Romaniuk, L., Shenderovska, N., Faidiuk, Y., Zhuminska, G., Hubar, Y., Hubar, O., Kropinski, A. M., Kushkina, A., & Tovkach, F. (2023). Broad-host-range lytic Erwinia phage Key with exopolysaccharide degrading activity. Virus research, 329, 199088. https://doi.org/10.1016/j.virusres.2023.199088
Turner, D., Shkoporov, A. N., Lood, C., Millard, A. D., Dutilh, B. E., Alfenas-Zerbini, P., van Zyl, L. J., Aziz, R. K., Oksanen, H. M., Poranen, M. M., Kropinski, A. M., Barylski, J., Brister, J. R., Chanisvili, N., Edwards, R. A., Enault, F., Gillis, A., Knezevic, P., Krupovic, M., Kurtböke, I., Kushkina, A, … Adriaenssens, E. M. (2023). Abolishment of morphology-based taxa and change to binomial species names: 2022 taxonomy update of the ICTV bacterial viruses subcommittee. Archives of virology, 168(2), 74. https://doi.org/10.1007/s00705-022-05694-2

2022

Іноземні

Zlatohurska, M., Faidiuk, Y., Gorb, T., Romaniuk, L., Shenderovska, N., Kropinski, A. M., Kushkina, A., Tovkach, F. (2022). Identification of genes involved in EPS-degrading activity of Erwinia phages E105, TT10-27, and Key. FEBS Open Bio, 12, 167. https://doi.org/10.1002/2211-5463.13440

2021

Іноземні

Krupovic, M., Turner, D., Morozova, V., Dyall-Smith, M., Oksanen, H. M., Edwards, R., Dutilh, B. E., Lehman, S. M., Reyes, A., Baquero, D. P., Sullivan, M. B., Uchiyama, J., Nakavuma, J., Barylski, J., Young, M. J., Du, S., Alfenas-Zerbini, P., Kushkina, A., Kropinski, A. M., Kurtböke, I., … Adriaenssens, E. M. (2021). Bacterial Viruses Subcommittee and Archaeal Viruses Subcommittee of the ICTV: update of taxonomy changes in 2021. Archives of virology, 166(11), 3239–3244. https://doi.org/10.1007/s00705-021-05205-9
Faidiuk, Y., Skivka, L., Zelena, P., Tereshchenko, O., Buluy, O., Pergamenshchik, V. M., & Nazarenko, V. (2021). Anchoring-induced nonmonotonic velocity versus temperature dependence of motile bacteria in a lyotropic nematic liquid crystal. Physical review. E, 104(5-1), 054603. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.104.054603

Вітчизняні

Maksymenko, L.O., & Parkhomenko, N. (2021). In virto and in vivo Phosphorylation of a Coat Protein of Potato Virus X. Mikrobiolohichnyi Zhurnal, 83(4), 76-81. https://doi.org/10.15407/microbiolj83.05.076

2020

Іноземні

Besarab, N. V., Akhremchuk, A. E., Zlatohurska, M. A., Romaniuk, L. V., Valentovich, L. N., Tovkach, F. I., Lagonenko, A. L., & Evtushenkov, A. N. (2020). Isolation and characterization of Hena1 – a novel Erwinia amylovora bacteriophage. FEMS microbiology letters, 367(9), fnaa070. https://doi.org/10.1093/femsle/fnaa070
Adriaenssens, E. M., Sullivan, M. B., Knezevic, P., van Zyl, L. J., Sarkar, B. L., Dutilh, B. E., Alfenas-Zerbini, P., Łobocka, M., Tong, Y., Brister, J. R., Moreno Switt, A. I., Klumpp, J., Aziz, R. K., Barylski, J., Uchiyama, J., Edwards, R. A., Kropinski, A. M., Petty, N. K., Clokie, M. R. J., Kushkina, A. I., … Krupovic, M. (2020). Taxonomy of prokaryotic viruses: 2018-2019 update from the ICTV Bacterial and Archaeal Viruses Subcommittee. Archives of vi

Вітчизняні

Kushkina, A., Tovkach, F. (2020). Morphological Biodiversity of Bacteriophages from Lysed Batch Culture of Recombinant Escherichia coli BL21 (DE3). Mikrobiolohichnyi Zhurnal, 82(4) 80-93. https://doi.org/10.15407/microbiolj82.04.080
Максименко Л.О. (2020). Морфолого-структурні, кілерні та серологічні властивості макромолекулярних бактеріоцинів Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum та їх спорідненість з бактеріофагом ZF40. Мікробіологія і біотехнологія, 2(49), 44-56. https://doi.org/10.18524/2307-4663.2020.2(49).204270
Пархоменко, Н., Максименко, Л., Діденко, Л. (2024). Біологічні та фізико-хімічні властивості вірусу мозаїки цимбідіуму. Доповіді Національної академії наук України, (10), 71–76. https://doi.org/10.15407/dopovidi2020.10.071

2019

Іноземні

Zlatohurska M, et al. Complete genome sequence analysis of temperate Erwinia bacteriophages 49 and 59. J Basic Microbiol 2019;59:754–764. DOI: 10.1002/jobm.201900205
Hodorová V, et al. Genome Sequence of the Yeast Saprochaete ingens CBS 517.90. Microbiology Resource Announcements 2019;8:e01366-19. doi: 10.1128/MRA.01366-19
Lichancová H, et al. Genome Sequence of Flavor-Producing Yeast Saprochaete suaveolens NRRL Y-17571. Microbiology Resource Announcements 2019;8:e00094–19. doi: 10.1128/MRA.00094-19
Limanska N, et al. Biofilm formation and genetic diversity of Lactobacillus plantarum strains originated from France and Ukraine. J Microbiol Biotech Food Sci 2019:8:1326-1331
Zlatohurska M, et al. Erwinia horticola and its two temperate related bacteriophages 49 and 59. J Plant Pathol 2019; 101, 849–883.

2017

Zlatohurska MA, Khlibiichuk YY, Muchnyk FV, Romanyuk LV, Tovkach FI. Characteristics of abortive infection in lysogenic system of Erwinia horticola. Mikrobiol Zh 2017;79:129–36
Tovkach F, Zlatohurska M. The phenomenon of phage mediated phage induction in Erwinia horticola and the origin of bacteriophages 49 and 59. Mikrobiol Zh 2017;79:114–26

2016