БИОФИЗИКА, 2023, том 68, № 2, с. 275-291

МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА

УДК 57.088.52

ВОЗМОЖНОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

НА УСТАНОВКЕ ИМПУЛЬСНОГО РЕАКТОРА

С.А. Куракин*^, ***, Т.Н. Муругова*, А.И. Иваньков*, В.В. Ской*, А.В. Рогачев*,

Д.П. Вертелецкий****, А.Х. Исламов*, Н. Кучерка*^, *****, В.И. Горделий*, А.И. Куклин*^{, #}

*Объединенный институт ядерных исследований, ул. Жолио-Кюри, 6, Дубна Московской области, 141980, Россия

**Российский биотехнологический университет (РОСБИОТЕХ), Волоколамское шоссе, 11, Москва, 125080, Россия

***Институт физики Казанского федерального университета, Кремлёвская ул., 16а, Казань, 420111, Россия

****Mainchemproject South, LLC, Ереван 0051, Армения

*****Department of Physical Chemistry of Drugs, Comenius University in Bratislava,

Mlynská dolina, 832 32, Bratislava, Slovakia

^#E-mail: kuklin@nf.jinr.ru

Поступила в редакцию 07.12.2022 г.

После доработки 20.12.2022 г.

Принята к публикации 21.12.2022 г.

Малоугловое рассеяние позволяет решать задачи структурной биологии без проведения специаль-

ной пробоподготовки, характерной для таких методов, как рентгеновская дифракция на белковых

кристаллах или криоэлектронная микроскопия белков. В обзоре приведены примеры использова-

ния малоуглового рассеяния для решения биологических задач. Предложено внедрение в практику

использования малоуглового рассеяния как способа контроля качества сборки белков и белковых

комплексов, а также тестирования идентичности структурной организации биологических объек-

тов в нативном состоянии в подготовленных пробах перед измерениями методами рентгеновской

дифракции или криоэлектронной микроскопии. Показаны возможности спектрометра малоугло-

вого нейтронного рассеяния ЮМО на импульсном реакторе ИБР-2 (Лаборатория нейтронной фи-

зики Объединенного института ядерных исследований, Дубна, Россия) для решения широкого

спектра задач, в том числе в биофизике, структурной биологии и биотехнологии. Рассмотрены ос-

новные результаты исследований разнообразных биологических систем с использованием малоуг-

лового рассеяния нейтронов на установке ЮМО. Показаны возможности развития методов струк-

турной биологии с помощью малоуглового рассеяния, в том числе белковой кристаллизации.

Ключевые слова: малоугловое рассеяние, биофизика, структурная биология, мембранные белки.

DOI: 10.31857/S0006302923020096, EDN: CAVHTJ

получать кривые рассеяния в широком диапазоне

Несмотря на длинную, более чем полувековую

значений модулей векторов длин рассеяния. Есть

историю исследований нанообъектов, метод ма-

и некоторый исторический экскурс. Приведено

лоуглового рассеяния (МУР) считается некото-

сравнение методов рассеяния, используемых при

рой экзотикой для целого ряда специалистов,

изучении структурных параметров, включая мик-

сконцентрированных на решении биологических

роскопию. Актуальным также остается и обзор

задач. Частично информацию об исследовании

[2].

разных биологических образцов на малоугловом

спектрометре в Дубне можно найти в работе [1].

Существует фактор, усложняющий расшиф-

ровку надмолекулярной структуры методом

Там же есть более подробное изложение неко-

МУР, - это полидисперсность. С одной стороны,

торых особенностей спектрометра, позволивших

полидисперсным является почти все, что произ-

Сокращения: МУР - малоугловое рассеяние, МУРН - ма-

водится в нанометровом диапазоне, и как только

лоугловое рассеяние нейтронов, МУРР - малоугловое

станут получаться монодисперсные объекты,

рентгеновское рассеяние, ДМФХ - 1,2-димиристоил-sn- можно будет говорить о новом промышленном

глицеро-3-фосфохолин, ДПФХ - 1,2-дипальмитоилфос-

скачке, а с другой стороны, в нативном виде био-

фатидилхолин, ПОФХ - 1-пальмитоил-2-олеоил-sn-гли-

церо-3-фосфохолин, ДОФХ - 1,2-диолеоил-sn-глицеро-3-

логические объекты (белки, комплексы) характе-

фосфохолин.

ризуются монодисперсностью, но даже в слабо-

275

276

ВЛАСОВ и др.

Рис. 1. Принципиальная схема спектрометра ЮМО: 1 - два рефлектора, 2 - зона реактора с замедлителем,

3 - прерыватель, 4 - первый коллиматор, 5 - вакуумная труба, 6 - второй коллиматор, 7 - термостат, 8 -

стол образцов, 9 - гониометр, 10 и 11 - ванадиевые стандарты, 12 и 13 - детекторы, 14 - детектор прямого

пучка.

концентрированном виде образуются димеры и

Данный обзор посвящен исследованию био-

олигомеры белков. Это ограничивает возможно-

логических объектов методом малоуглового рас-

сти получать структуры с низким разрешением.

сеяния нейтронов на примере установки им-

Применяя технику сгона на нулевую концентра-

пульсного реактора ИБР-2 (рис. 1) в Объединен-

ном институте ядерных исследований (Дубна

цию, частично можно избежать влияния этого

Московской области). Отличительными чертами

фактора [3].

четвертого канала реактора ИБР-2, на котором

Особенностью нейтронов в МУР является

расположен спектрометр ЮМО, является отсут-

определенная «мягкость», что для биологии ис-

ствие нейтроновода и достаточно большой (око-

ключительно важно. На синхротронных источ-

ло 5 м, включая расстояние под шибером) участок

никах потоки столь велики, что приходится их

пролета нейтронов в воздухе (в кольцевом кори-

доре). При этом угол между перпендикулярным

ослаблять с помощью фильтров, чтобы не поте-

направлением к замедлителю и осью канала со-

рять образец. И хотя мы говорим о высоких пото-

ставляет примерно 18 градусов. Общая длина

ках импульсного реактора [4] - потоки на поряд-

спектрометра составляет более 40 м.

ки ниже, чем на синхротронах и даже на рентге-

новских установках

[5,

6]. Но импульсный

Основой установки являются детекторы с

характер работы реактора дает поток с пиковым

центральным отверстием и ванадиевым стан-

значением, в 2000 раз превышающим среднее,

дартом перед каждым детектором и детектор

что позволяет измерять даже слабо рассеивающие

прямого пучка. Пучок тепловых нейтронов фор-

белки с концентрацией до процента в тяжеловод-

мируется коллиматорной системой (рис. 1, 4,6),

ном растворе. Существенное различие длин рас-

так что попадающие на образец нейтроны име-

сеяния нейтронов на водороде и дейтерии позво-

ют максимальное сечение 22 мм (обычно 14 мм)

ляет проводить вариацию контраста и определять

и интенсивность потока на образце до 3·10⁷ нейт-

плотности отдельных частей макромолекулы.

ронов/с [7].

БИОФИЗИКА том 68

№ 2

2023

ВОЗМОЖНОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

277

Компьютерно контролируемый первый кол-

вых структур высокого разрешения комплемен-

лиматор (рис. 1, 4) совместно с юстируемым кол-

тарно с методами рентгеновской кристаллогра-

лиматором (рис. 1, 6) составляют основу системы

фии или криоэлектронной микроскопии и функ-

формирования пучка нейтронов. На столе образ-

циональными тестами.

цов размещается платформа с горизонтально пе-

Также в нашем обзоре мы рассматриваем ис-

ремещаемым перпендикулярно пучку термоста-

следования биомембран, которые являются клю-

тируемым боксом. Стол имеет возможность пере-

чевыми объектами в биологии и имеют большое

мещаться в горизонтальном и вертикальном

значение для медицины. Тонкие (несколько на-

направлениях. Образцы, как правило, помеща-

нометров) квазидвумерные жидкокристалличе-

ются в алюминиевый бокс (внутри которого

ские мембраны с жесткостью на изгиб в несколь-

расположены каналы для протока жидкости), по-

ко кТ демонстрируют необычные свойства, а

догреваемый и охлаждаемый с помощью ком-

их исследования проходят на стыке теоретиче-

пьютерно-управляемого термостата с рабочим

ской и экспериментальной физики. Например,

диапазоном температур от -10°С до 180°С. Одно-

плавление цепей липидных мембран (фазовый

временно в бокс может помещаться до 25 кювет.

переход первого рода) наблюдается как квазикри-

Стол образцов находится на воздухе, что позволя-

тическое поведение физико-химических свойств

ет легко монтировать различные оснастки, на-

мембран и может быть исследовано с помощью

пример: источник света, камеру высокого давле-

метода МУР.

ния и сам температурный бокс.

Фокусом и основой установки является двух-

ПРИМЕНЕНИЕ МАЛОУГЛОВОГО

детекторная система [8, 9]. В свою очередь, клю-

РАССЕЯНИЯ НЕЙТРОНОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ

чевым звеном здесь были разработанные еще в

ЗАДАЧ СТРУКТУРНОЙ БИОЛОГИИ

конце семидесятых годов и модернизированные

кольцевые детекторы тепловых нейтронов [10, 11]

Современные задачи структурной биологии

и вновь запускаемый позиционно-чувствитель-

имеют высокие требования как к инструментам,

ный детектор специфической конструкции.

необходимым для получения белковых структур

высокого разрешения, так и к пробоподготовке

Принцип действия многодетекторной систе-

образцов для измерений. Так, например, при

мы состоит в следующем. Часть рассеянных на

проведении современной белковой кристалло-

образце нейтронов регистрируется ближайшим к

графии с использованием лазеров на свободных

образцу детектором, другая часть проходит через

электронах (XFEL - X-ray Free Electron Laser)

центральное отверстие этого детектора и реги-

требуется наличие большого количества белко-

стрируется следующим детектором. Прошедшая

вых кристаллов (N ~ 10³-10⁴) размером ~10 мкм

через центральное отверстие второго детектора и

каждый. Все эти кристаллы должны находиться в

незарегистрированная часть нейтронов попадает

одной кристаллизационной пробе, состоящей из

на третий детектор, и так далее. Перекрытие

мембранно-имитирующей среды, образующей

спектров от двух детекторов обеспечивается вре-

липидные мезофазы. При использовании крио-

мя-пролетной методикой. На момент написания

электронной микроскопии требуется тщательная

статьи установка работает с двумя детекторами

подготовка сеток, подбор условий нанесения бел-

для регистрации рассеянных нейтронов и одним

ков на сетки и т. д.

детектором прямого пучка.

Многопараметрический подбор оптимальных

Таким образом, основными специфическими

условий для подобного рода подготовки образцов

характеристиками спектрометра являются: двух-

как правило занимает от нескольких месяцев до

детекторная система сбора экспериментальных

нескольких лет и является «бутылочным горлыш-

данных, прямая видимость замедлителя с пози-

ком» для многих задач структурной биологии по

ции образца, ванадиевые стандарты для получе-

получению белковых структур высокого разреше-

ния кривых малоуглового рассеяния в абсолют-

ния. Поэтому для некоторых биологических за-

ных значениях сечений, измерение пропускания,

дач крайне эффективным является использова-

и, соответственно, полного нейтронного сечения

ние метода малоуглового рассеяния рентгенов-

образца [12, 13].

ских лучей или нейтронов.

Разумеется, это далеко не полный список про-

Метод малоуглового рассеяния используется

веденных измерений, однако мы даем довольно

для получения структурных данных белковых мо-

широкий спектр исследований, проведенный на

лекул, липидных и липидно-белковых систем,

спектрометре. В этой работе мы приводим при-

и т. д. Метод также позволяет охарактеризовать

меры исследований в области структурной био-

липидные мезофазы, классифицировать их тип

логии, белков и белковых комплексов, липидных

симметрии и найти параметры решетки. Хотя ис-

систем, а также предлагаем внедрение в практику

пользование метода МУР не предполагает полу-

применение метода МУР при получении белко-

чение структур высокого разрешения, он часто

БИОФИЗИКА том 68

№ 2

2023

278

ВЛАСОВ и др.

Рис. 2. Процесс разработки лекарственных препаратов методом «от структуры» (structure-based drug design).

Курсивом отмечены элементы, которые предлагается использовать в процессе разработки лекарственных

препаратов: исследования методом МУР и анализ данных, сравнение структурной организации белка в

растворе со структурой высокого разрешения, а также анализ олигомерного состояния белка.

используется комплементарно с другими метода-

состоятельным в случаях, когда конформация

ми структурной биологии, поскольку служит до-

белка или белкового комплекса слишком чув-

казательством идентичности структурной орга-

ствительна к внешним условиям. В таком случае

низации исследуемого биологического объекта в

функциональные тесты могут подтвердить функ-

нативных условиях и в условиях пробоподготов-

циональность белка, однако, его структурная ор-

ки для методов рентгеновской кристаллографии

ганизация будет отличаться от полученной мето-

(кристалл белка) или криоэлектронной микро-

дами рентгеновской кристаллографии или крио-

скопии (белок, нанесенный на сетку). Очевидно,

что условия, когда белок находится в кристалли-

электронной микроскопии.

ческой решетке или нанесен на сетку для иссле-

Таким образом, сильным доказательством

дований методом криоэлектронной микроско-

идентичности структур биологических объектов

пии, существенно отличаются от нативных и мо-

может служить метод МУР, который позволяет

гут сильно влиять на структуру белка или

белкового комплекса.

получить структурные данные исследуемых об-

разцов (например, белков в растворе) и не требует

Данная проблема соответствия не решена до

создания специфических условий при пробопод-

сих пор и является ограничением методов струк-

готовке (рис. 2). В нашем обзоре мы демонстри-

турной биологии. При получении белковых

руем широкий спектр биологических задач, ре-

структур высокого разрешения для подтвержде-

шаемых с помощью МУР как самостоятельно, так

ния соответствия полученной структуры и иссле-

дуемого объекта используются функциональные

и комплементарно с другими методами структур-

тесты. Однако такой подход может оказаться не-

ной биологии.

БИОФИЗИКА том 68

№ 2

2023

ВОЗМОЖНОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

279

КОНТРОЛЬ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ

ритина, самопроизвольно сворачивающегося в

БЕЛКОВ И БЕЛКОВЫХ КОМПЛЕКСОВ

правильную конформацию и образующего

В БИОТЕХНОЛОГИИ

24-мерный комплекс в широком диапазоне зна-

чений внешних условий [25], многие целевые

Метод МУР пока недооценен как метод рутин-

белки склонны к мисфолдингу и агрегации. Важ-

ного анализа и контроля качества структурной

ной биотехнологической задачей при создании

организации при биотехнологических производ-

штамма-продуцента является подбор реципиента

ствах ферментов и белковых комплексов. Не-

с подходящим набором шаперонно-протеазного

смотря на уникальность и высокую стоимость

комплекса, для экспрессии целевого белка в на-

установки для проведения исследований методов

тивной форме в гетерологичных условиях [26-

МУР, в России есть возможность ее применения

28]. МУР может применяться не только для про-

в режиме потоковых исследований большого ко-

верки качества сборки белков и белковых ком-

личества образцов. Помимо нейтронного рассея-

плексов в присутствии различных шаперонов в

ния метод МУР может быть реализован с источ-

клетке-продуценте, но и в комбинации с другими

никами рентгеновского излучения, такие уста-

биотехнологическими, прежде всего биосенсор-

новки имеют меньшие габариты и стоимость, что

ными, методами [29, 30] для изучения молекуляр-

позволит в перспективе развивать данный метод

ных механизмов работы самих шаперонов [31].

для рутинного применения на производствах в

отделах разработок и контроля качества. На сего-

Также биотехнологические разработки новых

дняшний день есть опыт применения методов

рекомбинантных вакцин на основе белка апо-

МУР для следующих объектов в биотехнологии:

ферритина и других белков-адъювантов могут со-

провождаться применением метода МУР для

- Липаза - фермент, катализирующий рас-

контроля структурной организации и сборки бел-

щепление липидов. В работе [14] методом малоуг-

ковых комплексов. В работе [32] проведены изме-

лового рассеяния нейтронов (МУРН) исследова-

рения апоферритина методом малоуглового рас-

но взаимодействие липазы с липидными мицел-

сеяния. Апоферритин использовали как модель-

лами, которые активируют фермент. Также

ный объект с известным форм-фактором. В

методом МУР проведены исследования модифи-

работе [33] апоферритин исследован комплемен-

цированной липазы [15], в этой работе было по-

тарными методами малоуглового рентгеновского

казано образование ламеллярной структуры ли-

и нейтронного рассеяния. В работе [34] показана

пазы, модифицированной стеариновой кисло-

зависимость димеризации белкового комплекса

той, в n-гексане и в водном буфере, и была

апоферритина от pH методом малоуглового рент-

доказана перспективность такой модификации

геновского рассеяния (МУРР), а в работе [35] раз-

для биотехнологии.

работан подход высокоэффективного контроля

- Фитаза - фермент, гидролизирующий фи-

самосборки химерных рекомбинантных белко-

тиновую кислоту. В работе [16] методом МУР ис-

вых комплексов, использующихся в том числе и

следовано влияние гликозилирования на меж-

для разработки вакцин против SARS-CoV-2. Ин-

белковые взаимодействя фитазы. Показано, что

тересными для биотехнологии являются исследо-

гликаны стабилизируют раствор развернутых

вания методом МУР ферригидритных частиц,

форм ферментов и предотвращают их агрегацию.

произведенных микроогранизмами [36, 37], до-

- Ксиланаза - еще один важнейший фермент

ставки лекарств в липосомах [38], структурные

в биотехнологии, расщепляющий полисахариды

исследования гликозилированных белков

[39]

ксиланы. В работе [17] МУР применяли для ис-

или капсидов вирусов [40].

следования термостабильности фермента, так как

для данного фермента термостабильность являет-

ся одним из важнейших параметров при приме-

ИССЛЕДОВАНИЕ БЕТА-АМИЛОИДОВ

нении в промышленности [18].

МЕТОДОМ МУР

- Амилаза - фермент, расщепляющий крах-

Бета-амилоиды представляют собой кластеры

мал. Методом МУР были получены структурные

из Aβ-пептидов, которые играют важную роль в

данные [19], свидетельствующие об образовании

развитии болезни Альцгеймера [41]. Исследова-

ферментом тетрамера, а также был исследован

ния методом МУР могут помочь определить

процесс его сборки.

структурную организацию кластеров, улучшить

- Лизоцим - важнейший антибактериальный

понимание процессов их образования и разрабо-

фермент, гидролизирующий пептидогиканы [20].

тать методы терапии, предотвращающие их

МУР активно применялось для исследования

появление.

множества параметров данного белка [21-23].

Так, например, в работе [42] авторы с помо-

- Шапероны - белки, обеспечивающие кор-

щью МУР показывают структурную организацию

ректный фолдинг других белков в процессе син-

Aβ-пептидов и идентифицируют ключевые ста-

теза и после поддерживающие их нативную фор-

дии формирования амилоидные бляшки, а в ра-

му за счет рефолдинга [24]. В отличие от апофер-

боте [43] показывают влияние триазавирина на

БИОФИЗИКА том 68

№ 2

2023

280

ВЛАСОВ и др.

Рис. 3. Изменение толщины модельной мембраны (а) и размеров агрегатов (б) в зависимости от сдвига

температуры относительно главного фазового перехода для ДМФХ (ромбы) и ДПФХ (кружки). На графике

чистые системы представлены полыми фигурами, со встроенным пептидом - заполненными.

диссоциацию кластеров амилоидогенных пепти-

реннюю структуру мембраны в целом и на ее тол-

дов. Метод малоуглового рассеяния нейтронов

щину в частности.

используется комплементарно с методом элек-

На рис. 3 представлены изменения толщины

тронной микроскопии.

мембраны и размера агрегата для систем сформи-

Для понимания амилоидогенеза также необ-

рованных из липидов димиристоилфосфатидил-

ходимо исследовать процессы взаимодействия

холина (ДМФХ) и дипальмитоилфосфатидилхо-

Aβ-пептидов с биологическими мембранами. В

лина (ДПФХ). Данные липиды отличаются так

работе [44] авторы исследуют такие взаимодей-

называемой температурой главного фазового пе-

ствия методом МУР и обнаруживают влияние

рехода. Данные изменения толщины мембраны и

ионов, гидратации и холестерина на структурную

размеров агрегатов представлены в зависимости

организацию модельных мембран. Также важно

от температурного сдвига температуры относи-

влияние температуры на структурную организа-

тельно температуры главного фазового перехода.

цию мембран и Aβ-пептидов [45], что показано

Эти зависимости свидетельствуют об унифици-

методом малоуглового рассеяния нейтронов для

рованном характере взаимодействия пептида с

систем ДПФХ/Aβ25-35 и ДМФХ/Aβ25-35. Меж-

мембраной.

белковое взаимодействие амилоидогенных пеп-

Указанные выше морфологические измене-

тидов и их конформационные изменения иссле-

ния были подтверждены методом просвечиваю-

дуются в работе [46], модельная система для

щей электронной микроскопии [48].

транспорта противовирусных препаратов иссле-

дована в работе [47].

ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЛКОВЫХ

Использование метода малоуглового рассея-

КОМПЛЕКСОВ МЕТОДОМ МУР

ния нейтронов позволило продемонстрировать

морфологические изменения в модельных ли-

Отличным образом методы малоуглового ней-

тронного рассеяния можно применить к струк-

пидных мембранах, вызванные встраиванием

турным исследованиям различных белковых

амилоид-бета пептида. Показано, что данные из-

комплексов от бактериальных до эукариотиче-

менения связаны непосредственно с фазовым со-

стоянием системы. Изменения, связанные с

ских.

встраиванием амилоид-бета пептида оказывают

В работе [49] с помощью малоуглового ней-

влияние как на структуру агрегатов, так и внут- тронного рассеяния на спектрометре ЮМО (им-

БИОФИЗИКА том 68

№ 2

2023

ВОЗМОЖНОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

281

пульсный реактор ИБР-2, ОИЯИ, Дубна Мос-

рентгеновского рассеяния. В работе [55] методом

ковской области) была изучена структура сенсора

малоуглового рассеяния исследовано замедление

двухкомпонентной системы- полноразмерного

фотоцикла мембранного белка бактериородопси-

фоторецепторного комплекса сенсорного родоп-

на при добавлении 100 мМ гуанидин-гидрохло-

сина с его родственным трансдюсером из экстре-

рида. Показана фиксация промежуточного М-со-

мофильной археи N. pharaonis. Гомодимеры хемо-

стояния белка. Исследование различных состоя-

рецепторов (или комплексов «родопсин-транс-

ний фотоциклов протонных помп может быть

дюсер») в клеточной мембране образуют

полезно для различного рода приложений, на-

тримеры, составляющие функциональные еди-

пример, для ориентирования бактериородопси-

ницы. Тримеры димеров (гексамеры, образован-

нов в пурпурных мембранах и разработан прото-

ные тремя димерами) образуют структурно-

тип фотоконденсатора на основе бактериородоп-

функциональную единицу при образовании сиг-

сина [56].

нальных двумерных массивов

- компактных

Перспективным представляется использова-

мембранных суперкомплексов, отвечающих за

ние МУР для исследования взаимодействия бел-

усиление входящего сигнала. В упомянутой рабо-

ков с нуклеиновыми кислотами. В работе [57]

те [49] представлена молекулярная модель гекса-

рассматривались стратегии контрастной вариа-

мера (тримера димеров), построенная с помощью

ции в МУРР, которые позволяют целенаправлен-

комбинации методов малоуглового рассеяния и

но изучать структуры ДНК или связанных с ней

молекулярного моделирования. Таким образом,

партнеров. Описаны возможности структурных

показано, что контакт между димерами NpS-

исследований РНК-белковых комплексов мето-

RII/NpHtrII в гексамере опосредован только ци-

дами гидродинамики, МУР и вычислительными

топлазматическими частями, трансмембранные

методами [58]. Данное направление важно преж-

части димеров при этом не контактируют друг с

де всего для изучения регуляторных белков. На-

другом, то есть имеет место «tripod»-образная мо-

пример, белки LuxR-семейства являются регуля-

дель, отличная от предложенных ранее в литера-

торами транскрипции и образуют комплекс с

туре «O»- и «Y»-образных моделей.

ДНК, активируя и репрессируя различные про-

Еще один важный белковый комплекс для ис-

моторы [59], причем эффектвность образования

следований в том числе и методом малоуглового

комплексов может зависеть как от последова-

рассеяния - АТФ-синтаза [50]. В работе [51] по-

тельности ДНК, так и от взаимоействия с лиган-

лучена структура высокого разрешения (2.3 Å) с-

дами [60]. Получение структур белков этого се-

ринга АТФ-синтазы из хлоропластов Spinacia

мейства значительно затруднено в силу их низкой

oleracea, показано наличие дополнительных элек-

растворимости и нестабильности [61], а такие во-

тронных плотностей внутри с-ринга, не ассоции-

просы, как «образуется ли димер до посадки на

рованных с белком. Также найдены дополнитель-

ДНК или он формируется непосредственно в

ные плотности в структурах с-рингов из других

комплексе с ДНК», все еще не закрыты [62], а в

организмов (от архей до эукариот). Выдвинута

некоторых работах даже встречаются чрезмерно

гипотеза о возможном наличии изопреноидных

уверенные утверждения по этому поводу, не под-

хинонов внутри с-рингов различных организмов

твержденные экспериментальными данными

и найдены ее косвенные экспериментальные

[63].

подтверждения. В работе [52] продемонстрирова-

ны структуры низкого разрешения V-образных

димеров АТФ-синтазы из хлоропластов Spinacia

ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ

oleracea, полученные методом малоуглового рас-

СИСТЕМ МЕТОДОМ МУР

сеяния. Таким образом, показана возможность

образования димеров АТФ-синтазы из хлоропла-

Двухкомпонентные системы отвечают за ком-

стов, проведена реконституция АТФ-синтазы в

муникацию микроорганизмов с окружающей

нанодиски, проведены измерения с использова-

средой; они присутствуют почти во всех доменах

нием метода малоуглового рассеяния и обработка

и являются наиболее распространенными сиг-

данных.

нальными системами в живой природе [49, 64].

Также исследования методом малоуглового

Рецепторы этих систем, как правило, являются

рассеяния применяются для различных белков и

трансмембранными белками. Несмотря на широ-

белковых комплексов. Так, например, для пиг-

кий интерес научного сообщества к изучению

мент-белкового комплекса фикоцианина показа-

двухкомпонентных систем, в настоящее время

на структура тримера методом малоуглового рас-

были описаны в литературе структуры с высоким

сеяния [53]. В работе [54] получена структура низ-

разрешением только фрагментов этих белков.

кого разрешения модульных нанотранспортеров

Трудности изучения структуры полноразмерных

(рекомбинантных химерных белков, используе-

рецепторов двухкомпонентных систем связаны с

мых для доставки противораковых препаратов

большим размером и высокой динамичностью их

напрямую в опухоли) методом малоуглового

водорастворимой части.

БИОФИЗИКА том 68

№ 2

2023

282

ВЛАСОВ и др.

Рис. 4. (а) - Схема сигнального каскада в случае двухкомпонентной системы отрицательного фототаксиса

Natronomonas pharaonis; (б) - схема доменной архитектуры димера хеморецепторов (Tar и Tsr в комплексе

с киназами) из E. coli (слева) и димера фотосенсорного комплекса сенсорного родопсина II с его

родственным трансдюсером NpHtrII из N. pharaonis (справа) [49].

С помощью малоуглового нейтронного рассе-

намические изменения в цитоплазматических

яния на спектрометре ЮМО была получена

доменах (рис. 4). Как хеморецепторы, так и тран-

структура сенсора двухкомпонентной системы -

сдюсеры сенсорных родопсинов демонстрируют

полноразмерного фоторецепторного комплекса

различную динамику в соседних модулях, что

сенсорного родопсина с его родственным транс-

коррелирует с передачей сигнала вдоль цитоплаз-

дюсером из экстремофильной археи Natronomonas

матического «стержня». Гомодимеры хеморецеп-

pharaonis. Активированный при воздействии све-

торов (или комплексов «родопсин-трансдюсер»)

та сенсорный родопсин II (NpSRII) индуцирует

в клеточной мембране образуют тримеры, состав-

структурные и/или динамические изменения в

ляющие функциональные единицы. Тримеры ди-

трансдюсере (NpHtrII), которые преобразуются

меров образуют структурно-функциональную

двумя HAMP-доменами и передаются вдоль ци-

единицу при образовании сигнальных двумерных

топлазматического киназного модуля длиной 200

массивов - компактных мембранных супер-ком-

Å до крайней области цитоплазматической части

плексов, отвечающих за усиление входящего сиг-

NpHtrII. Активированная трансдюсером гисти-

нала.

динкиназа CheA (связанная с адаптерным белком

Представлена молекулярная модель гексамера

CheW) подвергается автофосфорилированию и

(тримера димеров) построенная с помощью ком-

дополнительно переносит фосфатную группу в

бинации методов малоуглового рассеяния и мо-

регуляторы ответа CheY или CheB. CheY влияет на

лекулярного моделирования (рис. 5). Таким об-

смещение вращения жгутика, в то время как ме-

разом, показано, что контакт между димерами

тилэстераза CheB наряду с метилтрансферазой

NpSRII/NpHtrII в гексамере опосредован только

CheR контролирует механизм адаптации.

цитоплазматическими частями, трансмембран-

Общая схема молекулярного механизма пере-

ные части димеров при этом не контактируют

дачи сигнала предполагает последовательные ди- друг с другом, то есть имеет место «tripod»-образ-

БИОФИЗИКА том 68

№ 2

2023

ВОЗМОЖНОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

283

Рис. 5. Изображения трансмембранных доменов комплекса NpSRII/NpHtrII: (а) - фрагмент гексагональ-

ной упаковки «O»-образных тримеров димеров; (б) - изображение «tripod»-образного тримера димеров [49].

ная модель, отличная от предложенных ранее в

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИПИДНЫХ СИСТЕМ

литературе «O»- и «Y»-образных моделей.

ПРИ ВЫСОКОМ ДАВЛЕНИИ

МЕТОДОМ МУР

Эти результаты в полном объеме изложены в

Фазовое состояние липидных систем зависит

работах [49, 64]. В работе [64] на примере ком-

не только от температуры, но и от приложенного

плекса NpSRII/NpHtrII были проанализированы

к системе гидростатического давления, особенно

неоднозначности в интерпретации данных мало-

в области высоких давлений (более 1 кбар), при

углового рассеяния от мембранных белков. Среди

этом фазовые переходы при таких условиях могут

существенных факторов, требующих внимания

быть успешно охарактеризованы методом МУРН

при обработке данных малоуглового рассеяния от

[69, 70].

мембранных белков выделены такие аспекты, как

Для установки ЮМО в Лаборатории нейтрон-

вклад мембрано-имитирующей среды в профиль

ной физики ОИЯИ была разработана и создана

камера для измерений при высоком давлении

малоугловой кривой и полидисперсности по оли-

биологических объектов в растворе методом

гомерному состоянию. В работе рассмотрены

МУРН [71]. При структурных исследованиях

способы для их преодоления этих неоднозначно-

биологических объектов при высоком давлении

стей. В работах [49, 64-66] проведены экспери-

метод МУРН имеет существенное преимущество

менты по созданию генно-инженерных кон-

перед аналогичным методом МУРР, поскольку

струкций, экспрессии и очистке белкового ком-

широкий ряд материалов - титан, титан-цирко-

плекса NpSRII/NpHtrII, проведены измерения с

ниевые сплавы, алюминий, кварц, сапфир - об-

использованием методов малоуглового рентге-

ладают сравнительно низким сечением поглоще-

ния и рассеяния тепловых нейтронов, что предо-

новского и нейтронного рассеяния, обработка и

ставляет возможность создания прочных и

интерпретация данных. В работе [67] также про-

прозрачных для тепловых нейтронов систем

ведены структурные исследования двухкомпо-

окружения образца.

нентных сигнальных систем с помощью нейтрон-

В последнее время проведены успешные ис-

ного рассеяния. В работе [68] проведена обработ-

следования фазовых переходов модельных ли-

ка и интерпретация данных малоуглового

пидных систем с помощью P-V-T- и МУРН-мето-

рассеяния, полученных для сенсорной гистидин-

дов. Так, например, липид ДПФХ в легкой и тя-

киназы NarQ, выполняющей функцию нитрит-

желой воде был исследован при помощи МУРН

нитратного сенсора E. coli.

при высоких давлениях (от 10 до 400 бар). Показа-

БИОФИЗИКА том 68

№ 2

2023

284

ВЛАСОВ и др.

Рис. 6. Фазовые диаграммы ДПФХ: (а) - в диапазоне давлений от 1 до 800 бар и диапазоне температур от

30 до 80°С [73], (б) - в диапазоне давлений 0-2000 атм. и диапазоне температур от 30 до 80°С [74].

но увеличение площади, приходящейся на одну

возможность кристаллизации мембранных бел-

ков в новых синтезированных матрикс-образую-

липидную головку, на 6 Å² при фазовом переходе

щих липидах [79], а также в бицеллах [80] и в на-

из «риппл-фазы» в жидкокристаллическую фазу

[72]. Также многослойные везикулы, образован-

нодисках [81]. Липидные кубические фазы были

охарактеризованы методом малоуглового рассея-

ные липидом ДПФХ, исследовали в более широ-

ния, проведена кристаллизация бактериородоп-

ком диапазоне давлений (от 1 до 800 бар) и

сина в липидных кубических фазах из новых мат-

температур (20-40°С) в работе [73]. Показано ха-

рикс-образующих липидов и получен новый тип

рактерное смещение дифракционного пика, со-

кристаллической упаковки бактериородопсина.

ответствующего периоду повторяемости (толщи-

не липидного бислоя и водной прослойки между

В ряде работ показана возможность высокоэф-

бислоями), полученного методом МУРР при 20 и

фективной характеризации липидных кубиче-

40°С, а также построена фазовая диаграмма в об-

ских фаз методом малоуглового рассеяния ней-

ласти от 0 до 700 бар и от 23 до 38°С (рис. 6а). По

тронов, проведены эксперименты в различных

результатам аналогичных исследований в работе

условиях, которые позволяют исследовать про-

[74] показана фазовая диаграмма в диапазоне 0-

блему увеличения диаметров водных каналов в

2000 атм. от 30 до 80°С для четырех фазовых со-

липидных кубических фазах - основную пробле-

стояния ДПФХ в водном растворе (рис. 6б).

му при кристаллизации больших мембранных

белковых комплексов методом in meso [82-84].

Подробно исследования липидных систем 1,2-

дипальмитоилфосфатидилхолин/1-пальмитоил-

Комплементарно методу МУР может быть ис-

2-олеоил-sn-глицеро-3-фосфохолин

(ДПФХ/

пользована рамановская спектроскопия белко-

ПОФХ) при различных температурах и давлениях

вых кристаллов [85], которая имеет множество

описано в работе [75]. Дополнительным инстру-

применений, начиная от изучения биологиче-

ментом при исследовании биологических объек-

ских систем и заканчивая медицинскими прило-

тов методом МУР является метод денсиметрии

жениями. Работа [85] основана на публикации

[76]. Изменение параметров липидных везикул

[86] по детектированию субмикронных кристал-

вблизи температуры фазового перехода рассмот-

лов мембранных белков методом когерентного

рено в работе [77].

анти-стоксового рамановского рассеяния.

Одним из расширений возможностей белко-

вой кристаллизации является подход, описанный

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ БЕЛКОВ

в работе [81], где показана возможность кристал-

лизации мембранных белков, встроенных в нано-

Метод МУР может быть эффективно исполь-

диски, в липидных мезофазах. Еще одним вари-

зован для характеризации липидных мезофаз, ис-

антом является кристаллизация мембранных бел-

пользуемых при кристаллизации мембранных

ков из амфипольного окружения [87].

белков. Так, например, показано успешное при-

менение МУР при исследовании кристаллизации

Таким образом, метод МУР активно использу-

бактериородопсина, определен тип симметрии

ется для улучшения методов кристаллизации

Pn3m липидной кубической фазы в течение всего

мембранных белков в липидных мезофазах; для

времени кристаллообразования [78]. Показана

характеризации липидных кубических фаз и

БИОФИЗИКА том 68

№ 2

2023

ВОЗМОЖНОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

285

определения параметров решеток различных

матрикс-образующих липидов в различных усло-

виях; для исследования мембранных белков,

встроенных в нанодиски или амфиполи для дока-

зательства идентичности структурной организа-

ции биологических объектов в растворе и в кри-

сталлической решетке.

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕМБРАННЫХ СИСТЕМ

МЕТОДОМ МАЛОУГЛОВОГО РАССЕЯНИЯ

Исследования мембранных систем методом

МУР позволяют решать широкий спектр задач.

Успешно исследуются липидные и липид-белко-

вые системы. Интересны исследования фоточув-

ствительных мембранных белков родописнов,

которые представляют огромный интерес как с

Рис. 7. Влияние n-декана на толщину мембраны,

точки зрения фундаментальной биологии и при-

сформированной из ДОФХ [98].

кладных медицинских применений (например,

начиная с оптогенетики [88-93] и заканчивая

рола или мелатонина [103, 104], фруктанов (поли-

биоэнергетикой [94]).

меров фруктозы) [105]; также были исследованы

Например, исследование структурной органи-

пространственные структуры белков, встроенных

зации [95] и супрамолекулярной организации

в липосомы, например, димерного трансмем-

[96] зрительного пигмента родопсина в фоторе-

бранного домена рецептора фактора роста [106].

цепторной модельной мембране методом малоуг-

лового рассеяния нейтронов с вариацией контра-

Существует интересное направление исследо-

ста показало наличие во фрагментах «палочек»

ваний методом МУР фазовых переходов в липид-

слоистой структуры с размерами, соответствую-

ных системах. Так, например, показано необыч-

щими поперечному размеру «дисков». Было по-

ное поведение параметра расстояния между ли-

казано что родопсин равномерно распределен в

пидными бислоями в окрестности главного

мембране, так же, как и в случае с образцами

фазового перехода и подчеркнута важность кри-

«дисков» выделенных из фрагментов «палочек».

тических флуктуаций [107], исследовано влияние

Зрительный пигмент родопсин является типич-

ионов кальция на фазовые переходы в модельных

ным представителем огромного семейства рецеп-

липидных системах

[108]. Были исследованы

торов, сопряженных с G-белками. Эти рецепто-

структурные изменения в мембранах, составлен-

ры в мембране функционируют в димерном или

ных из цвиттер-ионных фосфолипидов различ-

олигомерном состоянии. Однако для родопсина

ной латеральной площади (ДМФХ, ДПФХ, ПО-

и всего класса А родопсин-подобных рецепторов,

ФХ, ДОФХ) при добавлении биологически зна-

сопряженных с G-белками, функциональная

чимых катионов Ca²⁺, Mg²⁺ и Co²⁺. На основе

роль димерного состояния до сих пор не установ-

полученных структурных параметров этих липид-

лена [95].

ных бислоев были предложены различные меха-

Для понимания фундаментальных процессов

низмы липид-ионных взаимодействий, которые

липид-белкового взаимодействия важны иссле-

регулируются посредством латеральной площа-

дования модельных мембран [97]. Например, ши-

ди, т.е. плотностью упаковки мембраны. В бисло-

роко применяются эксперименты методом МУР

ях с плотной упаковкой фосфолипидов (сформи-

для определения толщины мембраны и ее изме-

рованных из ДМФХ и ДПФХ) среднее межлипид-

нения при различных условиях (pH, температура,

ное расстояние достаточно мало, что приводит к

ионная сила, добавки). Толщину мембраны мож-

формированию ионных мостиков «липид-ион-

но легко измерить методом МУР. Например, вли-

липид», уплотняющих мембрану [109, 110]. С дру-

яние n-декана на толщину липидного бислоя 1,2-

гой стороны, в липидном бислое с менее плотной

диолеоил-sn-глицеро-3-фосфохолина (ДОФХ)

упаковкой (сформированных из ДОФХ) ионы

было измерено методом МУР и составило около

преимущественно связываются с липидами от-

2.4 Å [98, 99] (рис. 7), влияние N,N-диметил-N-

дельно (липид-ионные пары), что повышает

алкил амин-N-оксидов на бислои ДОФХ также

разупорядоченность липидного бислоя [110]. В

было измерено методом МУР [100].

случае ПОФХ, среднее межлипидное расстояние

в котором примерно равно длине отсечки липид-

Методом МУР было исследовано влияние на

ионных взаимодействий, соответствующей лате-

модельные липидные мембраны различных ве-

ществ: ионов [101], антибиотиков [102], холесте-

ральной площади ~ 64 Å², реализуется смешан-

БИОФИЗИКА том 68

№ 2

2023

286

ВЛАСОВ и др.

Рис. 8. Предложенные типы липид-ионных взаимодействий, реализующиеся в бислоях с различной плотно-

стью упаковки липидов.

ный тип взаимодействий, при котором влияние

вания биологических систем. Например, на осно-

ионных мостиков и липид-ионных пар на струк-

ве работы [116] с использованием спектрометра

туру мембраны взаимно компенсируется (рис. 8)

ЮМО были проведены сравнительные исследо-

[101].

вания упаковки хроматина на границе фракталь-

ного режима (в области малых размеров) в ядрах

Еще одним направлением исследований мем-

нормально пролиферирующих и опухолевых кле-

бранных систем методом МУР является исследо-

ток [118], а позднее показано, что изменение

вание клеточных мембранных органелл, таких

фрактальных параметров хроматина может яв-

как митохондрии [111]. С помощью метода МУРН

ляться одним из механизмов эпигенетической ре-

удалось обнаружить изменение структурной ор-

гуляции [119].

ганизации митохондриальных крист при осмоти-

ческом набухании органелл. Серия работ показы-

При исследовании ядер эритроцитов курицы

вает что в митохондриальных кристах при осмо-

[120] выяснилось, что кривая малоуглового рассе-

тическом набухании происходит перестройка

яния ведет себя линейно в «log-log»-представле-

внутренних мембран митохондрий от ламелляр-

нии интенсивности рассеяния (I) в широком диа-

ной к гексагональной упаковке. Данные также

пазоне значений модуля вектора рассеяния (Q).

подтверждены методом электронной микроско-

Такое поведение I(Q) может свидетельствовать о

пии [112-114]. Дополнительно исследованы суб-

фрактальном характере организации структуры

митохондриальные частицы методом МУРН, по-

ядер эритроцитов курицы. Поскольку биологиче-

лучены их основные характеристики, в частно-

ские объекты могут быть исключительно моно-

сти, установлена толщина мембраны, равная

дисперсными [6], для анализа данных необходи-

52.4 ± 0.7 Å [115].

мо использовать подход детерминистских фрак-

талов, который подробно описан в серии работ

[116, 121-125].

ИССЛЕДОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ

Также достаточно подробно описаны работы

ФРАКТАЛЬНЫХ СТРУКТУР МЕТОДОМ МУР

по исследованию конкретных фрактальных

Фрактальные структуры представляют собой

структур. Например, исследование фракталов

множества объектов, обладающих самоподобием.

Вичека [116], множества Кантора [126] или сне-

Другими словами, часть такого множества подоб-

жинки Коха [127]. Рассмотрены случаи мульти-

на целому на любых масштабах. Крайне интерес-

фазных фракталов [128] и показано применение

но исследовать такие объекты с точки зрения ма-

вышеописанных подходов для исследования ре-

тематики, однако, еще более интересно изучать

альных структур, например, композитных мем-

фрактальные структуры в биологических систе-

бран [129] (рис. 9).

мах. Для исследования фрактальных структур в

биологии также можно использовать метод МУР

[116, 117].

РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ

Фрактальная организация имеет важное зна-

Исследование биологических объектов мето-

чение для понимания механизмов функциониро-

дами малоуглового рассеяния открывают широ-

БИОФИЗИКА том 68

№ 2

2023

ВОЗМОЖНОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

287

Рис. 9. Обобщенные самоподобные фракталы Вичека: (а) - инициатор и первые три итерации фрактала;

(б) - интенсивность рассеяния для первых четырех итераций фрактала [121].

кие возможности развития методов в различных

шения аналогичных задач, например детектиро-

областях, начиная от фундаментальной биоло-

вание кристаллов с помощью рамановского рас-

гии, структурной биологии, заканчивая биотех-

сеяния [85], однако метод МУР может оказаться

нологией и медицинскими приложениями.

более высокоэффективным и производительным

методом, поскольку детектирование дифракци-

В работе [130] показана возможность проведе-

ния высокоэффективных экспериментов по ма-

онных пиков в образце требует гораздо меньше

лоугловому нейтронному рассеянию на двухде-

времени для сбора статистики, чем определение

форм-фактора частиц.

текторной системе на установке ЮМО. Сравни-

тельный анализ методов МУРН и МУРР показал

возможность комплементарного использования

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

рентгеновского и нейтронного рассеяния для ре-

шения задач структурной организации белков

Нейтроны очень деликатны к биологическим

[131].

объектам, органеллам и тканям. Нейтроны могут

Для водорастворимых белков были показаны

широко использоваться для специальных камер,

возможности развития метода малоуглового рас-

начиная от температурных и заканчивая толсто-

сеяния, соединенного с гель-фильтрацией [6], а

стенными камерами для измерений при высоких

для мембранных белковых комплексов проде-

давлениях. А главное, нейтроны широко исполь-

монстрирована важность учета детергентного по-

зуются в так называемом методе вариации кон-

яса в мембранной части белкового комплекса при

траста и методе меток. Действительно, смесь рас-

анализе данных МУР и восстановлении трехмер-

творов легкой и тяжелой воды может либо кон-

ной структуры белкового комплекса [64]. Также

трастировать часть объекта, либо, наоборот,

разработан метод нахождения основных струк-

скрывать лишние детали. Это открывает широ-

турных параметров для спиралевидных структур

кий простор для работы с белками, находящими-

белковых комплексов на примере белков RecA

ся в олигомерном состоянии. Дополнительный

[132].

бонус за счет контрастирования достигается из-за

Метод МУР также может быть полезен в раз-

разных концентраций протонов в легкой воде и

витии методов кристаллизации мембранных бел-

дейтерия в тяжелой воде (pH и pD соответствен-

ков в липидных мезо фазах [79] благодаря высо-

но). Это, в свою очередь, усложняет анализ дан-

коэффективной характеризации липидных мезо-

ных, однако открывает новый вектор в исследо-

фаз с определением параметра решетки и

ваниях. Незначительное (до 10%) отличие в свой-

классификацией типа симметрии. Также потен-

ствах тяжелой воды от легкой может

циально возможно использовать метод МУР при

использоваться и для контроля гравиметрическо-

детектировании микрокристаллов белков. Уже

го поведения образцов. Всплывание-осаждение

существует и разрабатывается ряд методов для ре-

и, вообще, равновесное состояние образца харак-

БИОФИЗИКА том 68

№ 2

2023

288

ВЛАСОВ и др.

терно для биологических объектов. Применение

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

разноплотных легкой и тяжелой воды позволяет

A. I. Kuklin, O. I. Ivankov, A. V. Rogachev, et al., Crys-

частично компенсировать этот эффект для, на-

tallogr.

Rep.,

(2),

231

(2021).

DOI:

пример, липидных мембран. И, наконец, вариа-

10.1134/S1063774521020085

ция контраста - пожалуй, единственный метод

Ю. М. Останевич и И. Н. Сердюк, Успехи физ. на-

позволяющий оценить плотности исследуемых

ук,

137

(5),

(1982). DOI:

10.3367/UF-

объектов на наномасштабной шкале. Таким об-

NR.0137.198205D.0085

разом, ожидается дальнейшее увеличение спроса

A. I. Kuklin, A. N. Ozerin, A. Kh. Islamov, et al., J. Ap-

на измерительное время на малоугловых ней-

pl. Crystallogr.,

(3),

679

(2003), DOI:

тронных установках.

10.1107/S0021889803006186

A. I. Kuklin, A. D. Rogov, Y. E. Gorshkova, et al.,

В нашем обзоре мы отметили, что использова-

Phys. Part. Nuclei Lett., 8 (2), 119 (2011), DOI:

ние МУР принципиально важно для решения за-

10.1134/S1547477111020075

дач, связанных с олигомеризацией и с понимани-

T. N. Murugova, A. V. Vlasov, O. I. Ivankov, et al., J.

ем ограниченности парадигмы «один белок -

Optoelectron. Adv. Mater., 17 (9-10), 1397 (2015).

одна функция». Следовательно, поле примени-

D. V. Zabelskii, A. V. Vlasov, Yu. L. Ryzhykau, et al., J.

мости МУР становится существенно шире для за-

Phys.: Conf. Ser.,

994

(1), 012017 (2018). DOI:

дач структурной биологии. Метод МУРН имеет

10.1088/1742-6596/994/1/012017

свои достоинства и преимущества и является

А. И. Куклин, А. Д. Рогов, Ю. Е. Горшкова и др.,

комплементарным к МУРР. Начиная с того фак-

Письма в ЭЧАЯ, 8 (2), 200 (2011).

та, что профиль плотности длины рассеяния для

A. I. Kuklin, A. K. Islamov, and V. I. Gordeliy, Neu-

мембран и мембранных белков при измерениях

tron

News,

(3),

(2005).

DOI:

10.1080/10448630500454361

методом МУРР довольно сложен по сравнению с

профилем плотности при измерениях методом

A. И. Куклин, А. X. Исламов, Ю. С. Ковалев и др.,

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и

МУРН. Мы предлагаем внедрение МУР в практи-

нейтронные исследования, № 6, 74 (2006).

ку биотехнологических работ для контроля каче-

10.

Б. Н. Ананьев, А. Б. Кунченко, В. И. Лазин и др.,

ства сборки белков и белковых комплексов, а так-

Отчет

ОИЯИ

№

3-11502

(1978),

же тестирования идентичности структурной ор-

http://inis.iaea.org/Search/search.as-

ганизации биологических объектов в нативном

px?orig_q=RN:9414980.

состоянии.

11.

Б. Н. Ананьев, Ю. М. Останевич и Е. Я. Пикель-

нер, Авт. свид. № 690959 от 14 июня 1979 г.

12.

A. G. Soloviev, T. M. Solovjeva, O. I. Ivankov, et al., J.

ИСТОЧНИКИ ФИНАНСИРОВАНИЯ

Phys.: Conf. Ser.,

848

(1), 012020 (2017). DOI:

10.1088/1742-6596/848/1/012020

Обзор применимости МУР для исследования

13.

А. Г. Соловьев, Т. М. Соловьева, А. В. Стадник и

образования комплексов LuxR-белков был под-

др., Сообщения ОИЯИ, P10-2003-86 (2003).

готовлен при поддержке гранта Президента Рос-

14.

D. Pignol, L. Ayvazian, B. Kerfelec, et al., J. Biol.

сийской Федерации МК-1164.2022.1.4. Написа-

Chem.,

275

(6),

4220

(2000).

DOI:

ние главы «Контроль структурной организации

10.1074/jbc.275.6.4220

белков и белковых комплексов в биотехнологии»

15.

T. Maruyama, M. Nakajima, S. Ichikawa, et al., Biosci.

выполнено при финансировании Министерства

Biotechnol. Biochem., 65 (4),

1003

(2014). DOI:

науки и высшего образования Российской Феде-

10.1271/BBB.65.1003

рации (проект 1022060200069-0-1.6.2;1.6.4;1.6.5;

16.

R. Høiberg-Nielsen, P. Westh, and L. Arleth, Biophys.

1.6.10;1.6.19 по теме «Разработка технологии ра-

J.,

(1),

153

(2009). DOI:

10.1529/BIO-

ционального и высокопродуктивного использо-

PHYSJ.108.136408

вания агро- и биоресурсов, их эффективной пере-

17.

M. Kozak, Biopolymers, 83 (6), 668 (2006). DOI:

работки и получения безопасных и качественных

10.1002/BIP.20605

источников пищевых и не пищевых продуктов»).

18.

D. E. Stephens, S. Singh, and K. Permaul, FEMS Mi-

crobiol. Lett., 293 (1), 42 (2009). DOI: 10.1111/J.1574-

6968.2009.01519.X

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

19.

N. P. Chandrasekharan, C. M. Ravenburg, I. R. Roy,

et al., Acta Crystallogr. D: Struct. Biol., 76 (4), 357

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

(2020). DOI: 10.1107/S2059798320002016

интересов.

20. T. Wu, Q. Jiang, D. Wu, et al., Food Chem., 274, 698

(2019). DOI: 10.1016/J.FOODCHEM.2018.09.017

21. A. Stradner, F. Cardinaux, and P. Schurtenberger, J.

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

Phys. Chem. B,

110

(42),

21222

(2006). DOI:

10.1021/JP0639804

Настоящая статья не содержит каких-либо ис-

22. Q. Han, K. M. Smith, C. Darmanin, et al., J. Colloid

следований с участием людей или животных в ка-

Interface

Sci.,

585,

433

(2021).

DOI:

честве объектов исследований.

10.1016/J.JCIS.2020.10.024

БИОФИЗИКА том 68

№ 2

2023

ВОЗМОЖНОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

289

23. A. Stenstam, G. Montalvo, I. Grillo, and M. Gradziel-

46. V. V. Kadochnikov, V. V. Egorov, A. V. Shvetsov, et al.,

ski, J. Phys. Chem. B, 107 (44), 12331 (2003). DOI:

Crystallogr. Rep.,

(1),

(2016). DOI:

10.1021/JP0352783

10.1134/S1063774516010089

24. H. Saibil, Nature Rev. Mol. Cell Biol., 14 (10), 630

47. Я. А. Забродская, Ю.Е. Горшкова, А.-П. С. Шуры-

(2013). DOI: 10.1038/nrm3658

гина и др., Кристаллография, 66 (6), 902 (2021).

25. V. V. Sudarev, S. M. Dolotova, S. M. Bukhalovich, et

DOI: 10.31857/S0023476121050258

al., Int. J. Biol. Macromol., 224 (1), 319 (2022). DOI:

48. O. Ivankov, T. N. Murugova, E. V. Ermakova, et al.,

10.1016/J.IJBIOMAC.2022.10.126

Sci. Rep., 11 (1), 1 (2021), DOI: 10.1038/s41598-021-

26. E. Gnuchikh, A. Baranova, V. Schukina, et al., PLoS

01347-7

One, 14 (12), e0226576 (2019). DOI: 10.1371/JOUR-

49. Y. L. Ryzhykau, Ph. S. Orekhov, M. I. Rulev, et al., Sci.

NAL.PONE.0226576

Rep., 11 (1), 10774 (2021). DOI: 10.1038/s41598-021-

27. E. Y. Gnuchikh, I. V. Manukhov, and G. B. Zavil-

89613-6

gelsky, Russ. J. Genet., 56 (9), 1070 (2020). DOI:

50. A. V. Vlasov, S. D. Osipov, N. A. Bondarev, et al., Cell.

10.1134/S1022795420090070

Mol. Life Sci., 79 (3), 1 (2022). DOI: 10.1007/S00018-

28. M. N. Konopleva, S. A. Khrulnova, A. Baranova, et al.,

022-04153-0

Biochem. Biophys. Res. Commun., 473 (4),

1158

51. A. V. Vlasov, K. V. Kovalev, S.-H. Marx, et al., Sci.

(2016). DOI: 10.1016/J.BBRC.2016.04.032

Rep., 9 (1), 18547 2019, DOI: 10.1038/s41598-019-

29. G. B. Zavilgelsky, V. Y. Kotova, M. M. Mazhul’, and I.

55092-z

V. Manukhov, Biochemistry (Moscow), 67 (9), 986

52. A. V. Vlasov, Y. L. Ryzhykau, V. I. Gordeliy, and

(2002). DOI: 10.1023/A:1020565701210

A. I. Kuklin, FEBS J., 284 (s1), 87 (2017).

30. Е. Ю. Гнучих, И. В. Манухов и Г. Б. Завильгель-

53. G. V. Tsoraev, E. A. Protasova, E. A. Klimanova, et al.,

ский, Биотехнология,

(6),

(2020). DOI:

Struct. Dynamics,

(5),

054701

(2022). DOI:

10.21519/0234-2758-2020-36-6-68-77

10.1063/4.0000164

31. T. Inobe, M. Arai, M. Nakao, et al., J. Mol. Biol., 327

54. Y. V. Khramtsov, A. D. Vlasova, A. V. Vlasov, et al., Ac-

(1), 183 (2003). DOI: 10.1016/S0022-2836(03)00087-1

ta Crystallogr. D: Struct. Biol., 76 (12), 1270 (2020).

32. D. V. Zabelskii, A. V. Vlasov, Yu. L. Ryzhykau, et al., J.

DOI: 10.1107/S2059798320013765

Phys.: Conf. Ser.,

994

(1), 012017 (2018). DOI:

10.1088/1742-6596/994/1/012017

55. A. I. Kuklin, A. V. Vlasov, Yu. L. Ryzhykau, et al., J.

Bioenerg. Biomembr., 50 (6), 129 (2018).

33. T. N. Murugova, A. V. Vlasov, O. I. Ivankov, et al., J.

Optoelectron. Adv. Mater., 17, 1397 (2015).

56. A. Vlasov, Y. Kovalev, Y. Ryzhykau, et al., FEBS J., 283

34. A. S. Kazantsev, A. V. Vlasov, Y. L. Ryzhykau, et al., J.

(S1), 218 (2016).

Bioenerg. Biomembr., 50 (6), 548 (2018).

57. J. M. Tokuda, S. A. Pabit, and L. Pollack, Biophys.

35. A. Vlasov, A. Vlasova, S. Bazhenov, et al., in Proc. 2^nd

Rev., 8 (2), 139 (2016). DOI: 10.1007/S12551-016-

Int. Online Conf. on Crystals (Basel, Switzerland,

0196-8/FIGURES/3

2020), p. 8466. DOI: 10.3390/IOCC_2020-08466

58. T. R. Patel, G. Chojnowski, Astha, et al., Methods,

36. M. Bălășoiu, S.V. Stolyar, R.S. Iskhakov, et al., Rom. J.

118-119,

146

(2017).

DOI:

10.1016/

Phys., 55 (7-8), 782 (2010).

J.YMETH.2016.12.002

37. L. Anghel, M. Balasoiu, L. A. Ishchenko, et al., J.

59. J. Zhang, B. Liu, D. Gu, et al., Nucl. Acids Res., 49 (6),

Phys.: Conf. Ser.,

351

(1), 012005 (2012). DOI:

3274 (2021). DOI: 10.1093/NAR/GKAB150

10.1088/1742-6596/351/1/012005

60. S. V. Bazhenov, E. S. Scheglova, V. V. Fomin, et al.,

38. B. S. Pattni, V. V. Chupin, and V. P. Torchilin, Chem.

Russ. J. Genetics

(2),

143

(2022). DOI:

Rev.,

115

(19),

10938

(2015).

DOI:

10.1134/S1022795422020028

10.1021/ACS.CHEMREV.5B00046

61. Г. Б. Завильгельский и И. В. Манухов, Генетика,

39. A. E. Schmidt, A. V. Shvetsov, A. I. Kuklin, et al., Crys-

30 (3), 337 (1994).

tallogr.

Rep.,

(1),

149

(2016).

DOI:

62. M. N. Konopleva, S. A. Khrulnova, A. Baranova, et al.,

10.1134/S1063774516010223

Biochem. Biophys. Res. Commun., 473 (4),

1158

40. V. V. Egorov, A. A. Shaldzhyan, A. N. Gorshkov, et al.,

(2016). DOI: 10.1016/J.BBRC.2016.04.032

J. Surf. Investig.

(2),

322

(2016). DOI:

63. A. M. Stevens, Y. Queneau, L. Soulère, et al., Chem.

10.1134/S1027451016020063

Rev., 111 (1), 4 (2011). DOI: 10.1021/CR100064S

41. T. Kondela, P. Hrubovčák, D. Soloviov, et al., Springer

64. Y. L. Ryzhykau, A. V. Vlasov, P. S. Orekhov, et al., Acta

Proc. Physics, 266, 265 (2022). DOI: 10.1007/978-3-

Crystallogr. D: Struct. Biol., 77 (11), 1386 (2021). DOI:

030-80924-9_10

10.1107/s2059798321009542

42. O. M. Selivanova, A. K. Surin, Yu. L. Ryzhykau, et al.,

65. Y. L. Ryzhykau, M. Y. Nikolaev, D. V. Zabelskii, et al.,

Langmuir, 34 (6), 2332 (2018). DOI: 10.1021/acs.lang-

FEBS J., 284, 154 (2017).

muir.7b03393

43. V. V. Egorov, Y. A. Zabrodskaya, D. V. Lebedev, et al.,

66. Yu. L. Ryzhykau, M. I. Rulev, D. V. Zabelskii, et al., J.

J. Phys.: Conf. Ser., 848 (1), 012022 (2017). DOI:

Bioenerg. Biomembr., 50 (6), 577 (2018).

10.1088/1742-6596/848/1/012022

67. Y. L. Ryzhykau, in Life Sciences at Frank Laboratory of

44. O. I. Ivankov, E. V. Ermakova, T. N. Murugova, et al.,

Neutron Physics, Ed. by N. Kučerka, O. Culicov, D.

Adv. Biomembranes Lipid Self-Assembly, 31,

185

Chudoba, et al. (Joint Institute for Nuclear Research,

(2020). DOI: 10.1016/BS.ABL.2020.02.002

Dubna, 2021), pp. 12-13.

45. O. Ivankov, T. N. Murugova, E. V. Ermakova, et al.,

68. V. Nazarenko, A. Remeeva, Yu. Ryzhykau, et al.,

Sci. Rep., 11 (1), 1 (2021), DOI: 10.1038/s41598-021-

FASEB J., 35 (S1), 05129 (2021). DOI: 10.1096/FASE-

01347-7

BJ.2021.35.S1.05129

БИОФИЗИКА том 68

№ 2

2023

290

ВЛАСОВ и др.

69. C. R. Haramagatti, A. Islamov, H. Gibhardt, et al.,

93. A. Alekseev, V. Gordeliy, and E. Bamberg, Methods

Phys. Chem. Chem. Phys., 8 (8), 994 (2006). DOI:

Mol. Biol., 2501, 71 (2022). DOI: 10.1007/978-1-0716-

10.1039/B513588E

2329-9_3

70. N. Gorski, J. Kalus, A. I. Kuklin, and L. S. Smirnov, J.

94. A. V. Vlasov, Y. S. Kovalev, P. K. Utrobin, et al., Opto-

Appl. Cryst.,

(5),

739

(1997).

DOI:

electron. Adv. Mater., Rapid Commun., 11 (1-2), 65

10.1107/S0021889897002860

(2017).

71. N. I. Gorski, A. N. Ivanov, A. I. Kuklin, and

95. T. B. Feldman, O. I. Ivankov, T. N. Murugova, et al.,

L. S. Smirnov, High Pressure Res., 14 (1-3),

215

Dokl. Biochem. Biophys., 465,

420

(2016). DOI:

(2006). DOI: 10.1080/08957959508200922

10.1134/S1607672915060186

72. D. Soloviov, Y. Zabashta, L. Bulavin, et al., Macromol.

96. T. B. Feldman, O. I. Ivankov, A. I. Kuklin, et al., Bio-

Symp.,

335

(1),

(2014).

DOI:

chim. Biophys. Acta - Biomembranes, 1861 (10),

10.1002/MASY.201200122

183000 (2019). DOI: 10.1016/J.BBAMEM.2019.05.022

73. D. V. Solov’ev, A. I. Kuklin, P. K. Utrobin, et al., J.

97. V. I. Gordeliy, L. V. Golubchikova, A. I. Kuklin, et al.,

Surf.

Investig.,

(1),

(2011).

DOI:

Prog. Colloid Polym. Sci., 93, 252 (1993).

10.1134/S1027451011010174

98. D. Uhríková, N. Kučerka, A. Islamov, et al., Biochim.

74. D. V. Soloviov, L. Bulavin, V. I. Gordeliy, et al., Nucl.

Biophys. Acta - Biomembranes, 1611 (1-2), 31 (2003).

Phys. Atom. Energy, 13 (1), 83 (2012).

DOI: 10.1016/S0005-2736(02)00705-8

75. D. V. Soloviov, Yu. E. Gorshkova, O. I. Ivankov, et al.,

99. D. Uhríková, P. Balgavý, N. Kučerka, et al., Biophys.

J. Phys.: Conf. Ser., 351 (1), 012010 (2012). DOI:

Chem., 88 (1-3), 165 (2000). DOI: 10.1016/S0301-

10.1088/1742-6596/351/1/012010

4622(00)00211-8

76. V. V. Skoi, M. I. Rulev, A. S. Kazantsev, et al., J. Bioen-

100. M. Belička, N. Kučerka, D. Uhríková, et al., Eur. Bio-

erg. Biomembr., 50 (6), 584 (2018).

phys. J., 43, 179 (2014). DOI: 10.1007/S00249-014-

77. M. Rulev, A. A. Pavlova, O. I. Ivankov, et al., J. Bioen-

0954-0

erg. Biomembr., 50 (6), 569 (2018).

101. S. Kurakin, O. Ivankov, V. Skoi, et al., Front. Mol.

78. R. Efremov, G. Shiryaeva, G. Bueldt, et al., J. Cryst.

Biosci.,

680

(2022).

DOI:

10.3389/

Growth,

275

(1-2), e1453

(2005).

DOI:

FMOLB.2022.926591/BIBTEX

10.1016/J.JCRYSGRO.2004.11.235

102. M. Hereć, A. Islamov, A. Kuklin, et al., Chem. Phys.

79. A. Ishchenko, L. Peng, E. Zinovev, et al., Cryst.

Lipids,

147

(2),

(2007).

DOI:

Growth Des.,

(6),

3502

(2017).

DOI:

10.1016/J.CHEMPHYSLIP.2007.03.007

10.1021/acs.cgd.7b00458

103. J. Gallová, D. Uhríková, A. Islamov, et al., Gen.

80. T. N. Murugova, O. I. Ivankov, Yu. L. Ryzhykau, et al.,

Physiol. Biophys., 23, 113 (2004).

Sci. Rep., 12 (1), 11109 (2022). DOI: 10.1038/s41598-

104. T. Murugova, O. Ivankov, E. Ermakova, et al., Gen.

022-13945-0

Physiol. Biophys.,

(2),

135

(2020). DOI:

81. M. Nikolaev, E. Round, I. Gushchin, et al., Cryst.

10.4149/GPB_2019054

Growth Des.,

(3),

945

(2017).

DOI:

105. I. J. Vereyken, V. Chupin, A. Islamov, et al., Biophys.

10.1021/acs.cgd.6b01631

J.,

(5),

3058

(2003). DOI:

10.1016/S0006-

82. A. Vlasov, et al., in Abstr. VII Eur. Conf. on Neutron

3495(03)74724-9

Scattering (St-Petersburg, 2019), p. 631.

106. E. V. Bocharov, K. S. Mineev, P. E. Volynsky, et al., J.

83. A. V. Vlasov, et al., FEBS J., 282 (SI 1), 234 (2015).

Biol. Chem.,

283

(11),

6950

(2008). DOI:

84. Yu. L. Ryzhykau, et al., FEBS J., 282 (SI 1), 235 (2015).

10.1074/jbc.M709202200

85. A. V. Vlasov, N. L. Maliar, S. V. Bazhenov, et al., Crys-

107. A. Kuklin, D. Zabelskii, I. Gordeliy, et al., Sci. Rep.,

tals

(Basel),

(1),

(2020).

DOI:

10 (1), 5749 (2020). DOI: 10.1038/s41598-020-62577-9

10.3390/cryst10010038

108. Y. E. Gorshkova, A. I. Kuklin, and V. I. Gordeliy, J.

86. G. M. Arzumanyan, N. V. Doroshkevich, K. Z. Ma-

Surf. Investig.

(1),

(2017).

DOI:

matkulov, et al., J. Am. Chem. Soc., 138 (41), 13457

10.1134/S1027451016050499

(2016). DOI: 10.1021/jacs.6b04464

109. S. A. Kurakin, E. V. Ermakova, A. I. Ivankov, et al., J.

87. V. Polovinkin, I. Gushchin, M. Sintsov, et al., J. Mem-

Surf. Investig.

(2),

211

(2021).

DOI:

brane Biol.,

247

(9-10),

997

(2014). DOI:

10.1134/S1027451021020075

10.1007/s00232-014-9700-x

110. N. Kucerka, E. Ermakova, E. Dushanov, et al., Lang-

88. R. Astashkin, K. Kovalev, S. Bukhdruker, et al., Nature

muir, 37 (1), 278 (2021). DOI: 10.1021/ACS.LANG-

Commun., 13 (1), 6460 (2022). DOI: 10.1038/s41467-

MUIR.0C02876

022-34019-9

111. T. N. Murugova, I. M. Solodovnikova, V. I. Yurkov,

89. V. Borshchevskiy, K. Kovalev, E. Round, et al., Nature

et al., Neutron News,

(3),

(2011). DOI:

Struct. Mol. Biol.,

(5),

440

(2022). DOI:

10.1080/10448632.2011.598800

10.1038/s41594-022-00762-2

112. T. N. Murugova, V. I. Gordeliy, A. K. Islamov, et al.,

90. T. Balandin, D. Volkov, A. Alekseev, et al., Methods

Biochim. Biophys. Acta, 14, 524 (2006).

Mol. Biol., 2501, 109 (2022). DOI: 10.1007/978-1-

0716-2329-9_5

113. Т. Н. Муругова, В. И. Горделий, А. И. Куклин

91. T. I. Rokitskaya, N. L. Maliar, S. A. Siletsky, et al.,

и др., Кристаллография, 52 (3), 545 (2007).

Methods Mol. Biol.,

2501,

259

(2022). DOI:

114. T. N. Murugova, V. I. Gordeliy, A. I. Kuklin, et al.,

10.1007/978-1-0716-2329-9_12

Crystallogr.

Rep.

52,

521

(2007).

DOI:

92. K. Kovalev, R. Astashkin, V. Gordeliy, and

10.1134/S1063774507030339

V. Cherezov, Methods Mol. Biol., 2501, 125 (2022).

115. T. N. Murugova, V. I. Gordeliy, A. K. Islamov, et al.,

DOI: 10.1007/978-1-0716-2329-9_6

Materials Structure, 13 (2), 68 (2006).

БИОФИЗИКА том 68

№ 2

2023

ВОЗМОЖНОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

291

116. A. Y. Cherny, E. M. Anitas, V. A. Osipov, and

125. A. Y. Cherny, E. M. Anitas, V. A. Osipov, and

A. I. Kuklin, Phys. Rev. E, 106 (2), 024108 (2022).

A. I. Kuklin, J. Appl. Crystallogr., 50 (3), 919 (2017).

DOI: 10.1103/PHYSREVE.106.024108

DOI: 10.1107/S1600576717005696

117. M. Bălăşoiu and G. M. Arzumanyan, Modern Trends

126. A. Y. Cherny, E. M. Anitas, A. I. Kuklin, et al., J. Ap-

in Nanoscience (Editura Academiei Române, Bucha-

pl. Crystallogr.,

(4),

790

(2010). DOI:

rest, 2013).

10.1107/S0021889810014184

118. В. В. Исаев-Иванов и др., Физика твердого тела,

127. A. Y. Cherny, E. M. Anitas, V. A. Osipov, and

52 (5), 996 (2010).

A. I. Kuklin, Phys. Chem. Chem. Phys., 19 (3), 2261

119. D. V. Lebedev, Ya. A. Zabrodskaya, V. Pipich, et al.,

(2017). DOI: 10.1039/C6CP07496K

Biochem. Biophys. Res. Commun., 520 (1), 136

128. A. Y. Cherny, E. M. Anitas, V. A. Osipov, and

(2019). DOI: 10.1016/J.BBRC.2019.09.116

A. I. Kuklin, J. Appl. Crystallogr., 47 (1), 198 (2014).

120. D. V. Lebedev, M. V. Filatov, A. I. Kuklin, et al., Crys-

DOI: 10.1107/S1600576713029956

tallogr.

Rep.,

(1),

110

(2008).

DOI:

129. E. M. Anitas, I. Bica, R. V. Erhan, et al., Rom. Journ.

10.1134/S1063774508010136

Phys., 60 (5-6), 653 (2015).

121. A. Y. Cherny, E. M. Anitas, V. A. Osipov, and

A. I. Kuklin, Phys. Rev. E, 84 (3), 036203 (2011).

130. A. I. Kuklin, A. I. Ivankov, D. V. Soloviov, et al., J.

DOI: 10.1103/PHYSREVE.84.036203

Phys. Conf. Ser.,

994

(1), 012016 (2018). DOI:

10.1088/1742-6596/994/1/012016

122. E. M. Anitas, V. A. Osipov, A. I. Kuklin, and

A. Yu. Cherny, Rom. J. Phys., 61 (3-4), 457 (2016).

131. A. I. Kuklin, T. N. Murugova, O. I. Ivankov, et al., J.

123. A. Yu. Cherny, E. M. Anitas, V. A. Osipov, and

Phys. Conf. Ser.,

351

(1), 012009 (2012). DOI:

A. I. Kuklin, Rom. J. Phys, 60 (5-6), 658 (2015).

10.1088/1742-6596/351/1/012009

124. A. Y. Cherny, E. M. Anitas, A. I. Kuklin, et al., J. Surf.

132. D. V. Lebedev, D. M. Baitin, A. Kh. Islamov, et al.,

Investig.

(6),

903

(2010). DOI:

10.1134/

FEBS Lett.,

537

(1-3),

182

(2003). DOI:

S1027451010060054

10.1016/S0014-5793(03)00107-8

Possibilities of Studying Biological Objects on a Pulsed Reactor

A.V. Vlasov*^, **, Yu.L. Ryzhykau*^, **, I.V. Manukhov**, S.V. Bazhenov**, S.A. Kurakin*^, ***,

T.N. Murugova*, A.I. Ivankov*, V.V. Skoy*, A.V. Rogachev*, D.P. Verteletskiy****,

A.Kh. Islamov*, N. Kucherka*^, *****, V.I. Gordeliy*, and A.I. Kuklin*

*Joint Institute for Nuclear Research, ul. Joliot-Curie 6, Dubna, Moscow region, 141980 Russia

**Russian Biotechnological University (ROSBIOTECH), Volokolamskoe shosse 11, Moscow, 125080 Russia

***Institute of Physics, Kazan Federal University, Kremlevskaya ul. 16a, Kazan, 420111 Russia

****Mainchemproject South, LLC, Yerevan 0051, Armenia

*****Department of Physical Chemistry of Drugs, Comenius University in Bratislava,

Mlynská dolina, 832 32, Bratislava, Slovakia

Small-angle scattering makes it possible to solve structural biology problems without specific sample prepa-

ration, which is typical for methods such as X-ray diffraction of protein crystals or cryo-electron microscopy

of proteins. In our review, it is shown how to use small-angle scattering to address biological problems. The

use of small-angle scattering is suggested for applications as a tool to control the quality of the assembly of

proteins and protein complexes and to test the identity of the structural organization of biological objects in

the native state and in prepared samples before measurements by X-ray diffraction or cryo-electron micros-

copy. This work demonstrates the possibilities of the small-angle neutron scattering spectrometer YuMO

based on the IBR-2 pulsed reactor (Laboratory of neutron physics, Joint Institute for Nuclear Research,

Dubna, Russia) to solve a whole array of problems, with an eye toward applying these in biophysics, structural

biology, and biotechnology. This review presents and discusses the main findings of the studies of various bi-

ological systems obtained by using the setup small-angle scattering of neutrons YuMO. The possibilities of

development of structural biology methods with the help of small-angle scattering, including protein crystal-

lization, are shown.

Keywords: small-angle scattering, biophysics, structural biology, membrane proteins

БИОФИЗИКА том 68

№ 2

2023