Цыганков Анатолий Антольевич

Образование, должность, звание: Высшее (физфак Ростовского-на-Дону госуниверситета, 1976), Доктор биологических наук (1998), Зам.дир. ИФПБ РАН, зав. лаб.
Область научных интересов (в т.ч. ключевые слова). Метаболизм водорода и азота, фототрофные микроорганизмы, микроводоросли, цианобактерии, фотосинтез, фотобиотехнология, биоводород, биотопливо, возобновляемые источники энергии, ферментные топливные элементы.
Краткое описание тематики исследований.
Актуальность создания принципиально новой энергетики будущего определяется проблемами, которые приносит использование ископаемых источников энергии (парниковый эффект, загрязнение почв и вод нефтью и продуктами сгорания ископаемых видов топлива, тепловое загрязнение планеты). Наиболее безопасным альтернативным источником энергии является солнечное излучение. Его преобразование возможно с помощью солнечных элементов. Возможно также использование способности фотосинтезирующих микроорганизмов к запасанию энергии света в биомассе, светозависимому выделению водорода, а также отдельных ферментных систем к переносу электронов на электрод при поглощении/выделении водорода. Принципиальными проблемами, требующими решения для практической реализации фотобиологических систем, являются эффективность преобразования энергии света и удельная скорость процесса. Исследования, направленные на изучение механизмов преобразования солнечной энергии в водород разными биологическими системами, активно проводятся в ряде лабораторий с мировой известностью и могут привести к созданию биотехнологических систем преобразования и запасания солнечной энергии. При этом, проблема использования биологических систем или создание искусственных систем для преобразования световой энергии является чрезвычайно сложной вследствие своей мультидисциплинарности: преобразование энергии возможно как биологическими системами на основе консорциума микроорганизмов, или на основе культур микроорганизмов, так и на основе отдельных белковых комплексов и молекул как самих по себе, так и встроенных в биотехнологические устройства, например, электроды топливных элементов.
В лаборатории БФФО проводятся исследования «горячих точек» на разных уровнях организации биологических систем, способных к преобразованию световой энергии.
А. Уровень интегрированных систем.
Под интегрированными системами получения энергии понимаются системы, совмещающие несколько биологических процессов преобразования энергии в энергоноситель. Влаборатории проводятся изучения интегрированной системы преобразования солнечной энергии в водород, включающей в себя микроводоросли, темновой консорциум и пурпурные бактерии (рис. 1). Сотрудники, участвующие в исследованиях:
— Анастасия Игоревна Гавришева, аспирант
— Евгений Сергеевич Шастик, н.с., к.б.н.
— Татьяна Викториновна Лауринавичене, в.н.с., к.б.н.
— Дарья Николаевна Текучева, с.н.с., к.б.н.

запасания энергии света
Рис. 1. Схема совмещения запасания энергии света микроводорослями, их сбраживания темновым консорциумом и дальнейшего использования органических кислот пурпурными бактериями для выделения водорода (Текучева и Цыганков, 2012).

Б. Уровень культур фототрофных микроорганизмов
Б1. Микроводоросли.
15 лет назад Melis с соавт (Melis et al., 2000) показали, что микроводоросли в условиях серного голодания способны к переходу в анаэробные условия на свету с последующим выделением водорода в течение нескольких дней. Активные исследования, проводимые многими лабораториями мира, в значительной степени продвинули понимание данного процесса. Более того, в 2012 г независимыми лабораториями показано, что недостаток фосфора (Batyrova et al., 2012) и азота (He et al., 2012, Philipps et al., 2012) также приводит к переходу культур в анаэробные условия с последующим выделением водорода. В 2015 г появилось сообщение, что при адаптации культур к недостатку магния также приводит к выделению водорода (Volgusheva et al., 2015). Наша лаборатория выдвинула предположение, что недостаток серы, азота или фосфора запускают один и тот же механизм адаптации микроводорослей к неблагоприятным условиям, в результате которого происходит частично обратимая инактивация фотосистемы 2, переход в анаэробиоз и дальнейшее выделение водорода (Цыганков, 2013). В настоящее время мы работаем, проверяя это предположение.
Сотрудники, участвующие в исследованиях:
— Анастасия Игоревна Гавришева, аспирант
— Евгений Сергеевич Шастик, н.с., к.б.н.
— Татьяна Викториновна Лауринавичене, в.н.с., к.б.н.
— Екатерина Павловна Петушкова, н.с.
Б2. Пурпурные бактерии
Ранее нами было показано, что мутанты пурпурной несерной бактерии Rhodobacter sphaeroides, лишенные периферийной антенны, способны к большей объемной скорости выделения водорода по сравнению с родительким штаммом (Ельцова и др., 2010). В то же время мутанты имеют ряд особенностей, которые и изучает лаборатория.
Сотрудники, участвующие в исследованиях:
— Зинаида Александровна Ельцова, н.с.
— Екатерина Павловна Петушкова,н.с.
— Татьяна Викториновна Лауринавичене, в.н.с., к.б.н.

В. Уровень отдельных молекул.
Пурпурная несерная бактерия Thiocapsa roseopersicina способна к синтезу нескольких (не менее 4) разных гидрогеназ. Одна из них, HydSL гидрогеназа, обладает удивительной стабильностью к инактивирующему действию кислорода и термостабильностью. К сожалению кристаллы фермента пока не порлучены. Нами создана модель трехмерной структуры этого фермента, охарактеризована поверхность и показано наличие туннелей к активному центру. Дальнейшие работы направлены на изучение свойств фермента с использованием направленного мутагенеза и анализа кинетики реакции в присутствии разных ингибиторов.
Сотрудники, участвующие в исследованиях:
— Азат Вадимович Абдуллатыпов, н.с.
— Екатерина Павловна Петушкова,н.с.
— Николай Алексеевич Зорин, в.н.с., к.б.н.
— Евгений Сергеевич Шастик, н.с., к.б.н.

Г. Уровень искусственных систем на основе биомолекул.
Г1. Ферментный электрод на основе гидрогеназы
Ферментный электрод на основе HydSL гидрогеназы T. roseopersicina проявляет высокие плотности тока (Цыганков и др., 2007), которых, однако, недостаточно для практического использования в топливных элементах вместо платины. При рассмотрении поляризационных кривых становится очевидно, что при плотностях тока выше 100 мкА/см2 каталитический ток ограничивается диффузией. Вероятнее всего, что лимитирующим фактором является диффузия водорода из раствора, омывающего электрод, к гидрогеназе. Поиск причин диффузионных ограничений и их устранение – основная тема исследований.
Кроме того, лаборатория принимает участие в разработке фотосенсибилизаторов для фотодинамический терапии и диагностики рака на основе бактериохлорофиллов.
Участие в грантах.
В 2015 г в лаборатории имеется 3 гранта РФФИ, 1 грант РНФ, Азат Абдуллатыпов имеет грант УМНИК.
Международные контакты:
Kanagawa University, Kanagawa, Japan
Institute of Oceanology CAS, Qingdao, China,
National Renewable Energy Laboratory, Colorado, USA
Turku University, Turku, Finland
Montreal University, Monreal, Canada
Список публикации (5-10 наиболее существенных).
Публикации 2014:

1. Laurinavichene T., Laurinavichius K., Tsygankov A. Integration of purple non-sulfur bacteria into the starch-hydrolizing consortium Int. J. Hydrogen Energy, 39, 7713 (2014).
2. Abramov S.M., Sadraddinova E.R., Shestakov A.I., Voronin O.G., Karyakin A.A., Zorin N.A., Netrusov A.I. Turning Cellulose Waste Into Electricity: Hydrogen Conversion by a Hydrogenase Electrode. PLoS ONE, 8: e83004. doi:10.1371 (2013)
3. Antal T., Matorin D., Kukarskikh G., Lambreva M., Tyystjarvi E., Tatyana E. Krendeleva T., Tsygankov A., Rubin A. Pathways of hydrogen photoproduction by immobilized Chlamydomonas reinhardtii cells deprived of sulfur. Int. J. Hydrogen Energy 39, 18194 (2014)
4. Kosourov S., Leino H., Murukesan G., Lynch F., Sivonen K., Tsygankov A., Aro E.-M., Allahverdieva Y. Hydrogen photoproduction by immobilized N2-fixing cyanobacteria: understanding the role of the uptake hydrogenase in the long-term process. Applied and Environmental Microbiology 80, 5807 (2014).
5. Mikhail A. Grin, Roman Reshetnikov, Raisa I. Yakubovskaya, Anatoliy A. Tsigankov, Andrey F. Mironov Novel bactriochlorophyll-based photosensitizers and their photodynamic activity. Journal of Porphyrins and Phthalocyanines, 18, 129 (2014)
6. Абдуллатыпов А.В., Зорин Н. А., Цыганков А.А. Взаимодействие гидрогеназы HydSL пурпурной серной бактерии Thiocapsa roseopersicina BBS с метилвиологеном и положительно заряженными полипептидами. // Биохимия, 79 (8), 1009-1014 (2014).
7. Ельцова З.А. Сравнительная характеристика штаммов с редуцированным фотосинтетическим аппаратом пурпурной бактерии Rhodobacter sphaeroides при непрерывном культивировании. Современные проблемы науки и образования, 3, 622-628 (2014)
8. Иванова Е.П., Кириллова Л.Л., Назарова Г.Н. Всхожесть семян и продуктивность растений амаранта под влиянием гибберсиба. Сельскохозяйственная биология 1, 91-07. (2014)
Публикации-2015
1. A. V. Abdullatypov1, A. A. Tsygankov Modeling three-dimensional structure of two closely related Ni-Fe hydrogenases Photosynthesis Research DOI 10.1007/s11120-014-0071-z
2. Цыганков А.А., Хуснутдинова А.Н. Участие Н2 в метаболизме пурпурных бактерий и перспективы практического использования. Микробиология 2015, 84, 1, 3-26

Преподавательская деятельность.
Цыганков А.А. в 2007-2011 гг преподавал в Пущинском Филиале МГУ «Основы микробиологии»
С 2012 по н.в. Цыганков А.А. преподает курс «Фотобиотехнология» для магистрантов и аспирантов ИФПБ РАН
За последние 5 лет в лаборатории защищено 3 кандидатские диссертации, 10 магистерских и бакалаврских диссертаций.
Награды, премии, участие в общественных организациях.
Цыганков А.А, является президентом общества фотобиологов России, член редакции двух журналов, выпускающихся на английском языке.