Научные интересы

Биотехнология, физиология растений, молекулярная биология.

Совместно с группой авторов показал, что агробактерии могут трансформировать животные эмбрионы (морских ежей), используя механизм, аналогичный тому, который они используют для трансформации растительных клеток, т. е. через VirA/VirG секреторную систему. Таким образом, Agrobacterium-опосредованная трансформация различных живых организмов на ранних этапах их эволюции могла играть важную роль в генетических инновациях посредством горизонтального переноса генов.

Разработана технология увеличения биосинтеза вторичных метаболитов в клеточных культурах растений с применением агробактериальных генов. Продуктивность клеточных культур увеличивалась в 2-300 раз в зависимости от вида растения. Культуры клеток, полученные по этой технологии, показывают высокую стабильность: увеличение продуктивности составляет не менее 5 лет.

Обосновал необходимость развития биотехнологического производства метаболитов кофейной кислоты и препаратов на их основе для лечения и профилактики болезни Альцгеймера, для улучшения памяти, в кардиотерапии, при диабетической нефропатии и для предотвращения развития опухолей. Работы в области «Протеомика вторичного метаболизма клеточных культур растений».

Провёл первое в мире протеомное исследование трансформированной онкогеном растений культуры клеток растений. Показано, что действие онкогена rolB осуществляется через модуляцию активности шаперонов и направлено на создание условий, благоприятных для прогрессии опухоли. Посредством подавления циклофилинов, rolB воздействует на эффектор-обусловленный иммунитет. Вместе с тем, клетки растений пытаются блокировать последствия внедрения онкогена путем повышения активности белков теплового шока. Это приводит к подавлению окислительного взрыва и апоптоза, устойчивости растений к ROS-генерирующим гербицидам, а также устойчивости к абиотическому стрессу.

Впервые установил, что онкоген растений из Agrobacterium rhizogenes активирует экспрессию генов, кодирующих белки аппарата биосинтеза и процессинга miRNA и siRNA. Показал, что онкогены растений вовлечены в процессы программируемой гибели клеток. Эти наблюдения революционизируют исследования в области растительного патогенеза.

Обобщил литературные данные и данные собственных исследований о противоопухолевом действии растительных полифенолов и способах их биотехнологического производства.

Ввёл в практику биотехнологии растений метод регуляции вторичного метаболизма растений с помощью miRNA. Получены конструкции doublePro35S:VvMIR156b и doublePro35S:amiRNA к важному гену жасмонатной регуляторной системы JAZ1, получены трансгенные культуры клеток растений с активированным биосинтезом вторичных метаболитов.

Впервые для анализа алкалоидов в клеточных культурах растений использовал лазерную микродиссекцию в сочетании с MALDI-TOF масс-спектрометрией. Совмещены методы растрового молекулярного имаджинга и микродиссекции тканей, изучено распределение алкалоидов внутри отдельных клеток.

Проведено геномное редактирование (CRISPR-Cas9) важного белкового модуля холодоустойчивости растений ICE1-HOS1-OST1. Получены бинарные векторы pPZP-RCS2-nptII-Cas9-HOS1-1 и pPZP-RCS2-nptII-Cas9-HOS1-2, позволившие ослабить экспрессию гена HOS1, а также получены генетические конструкции для HDR-опосредованной активации гена OST1.

Биоинформатика

Показал, что «безразмерные» сети («scale-free networks»), строящиеся по степенной зависимости («power laws») распределения числа связывающихся партнеров, малопригодны для описания топологии белковых сетей, поскольку в силу относительной малости числа узлов в биологических сетях, исследование асимптотики распределения степеней узлов приводит к статистике редких событий. Предложены новые принципы построения белковых сетей.

Реконструирована сеть взаимодействия белков, вовлеченных в регуляцию вторичного метаболизма растений. Выявлены основные сигнальные белковые модули, регулирующие биосинтез антоцианов. Полученные данные служат фундаментальной основой для метаболической инженерии растений.

На основе интерактомы арабидопсиса показал, что основные сигнальные модули стрессовых реакций растений – абсцизовой кислоты и шаперонов, могут быть связаны только посредством белков ремоделирования хроматина, на чем основана концепция биоинженерии памяти растений к стрессам.

Научные публикации

•‎ Bulgakov VP, Wu HC, Jinn TL.Coordination of ABA and Chaperone Signaling in Plant Stress Responses. Trends Plant Sci. 2019 Jul;24(7):636-651. doi: 10.1016/j.tplants.2019.04.004. IF 14.004 Q1
•‎ Bulgakov VP, Avramenko TV. Linking Brassinosteroid and ABA Signaling in the Context of Stress Acclimation. Int J Mol Sci. 2020 Jul 20;21(14):5108. doi: 10.3390/ijms21145108.PMID: 32698312. IF 4.55 Q1
•‎ Bulgakov VP, Gorpenchenko TY, Veremeichik GN, Shkryl YN, Tchernoded GK, Bulgakov DV, Aminin DL, Zhuravlev YN. The rolB gene suppresses reactive oxygen species in transformed plant cells through the sustained activation of antioxidant defense. Plant Physiol. 2012. 158: 1371-1382.
•‎ Bulgakov VP, Avramenko TV, Tsitsiashvili GS. Critical analysis of protein signaling networks involved in the regulation of plant secondary metabolism: focus on anthocyanins. Crit Rev Biotechnol. 2016 Feb 24:1-16. doi: 10.3109/07388551.2016.1141391.
•‎ Bulgakov VP, Vereshchagina YV, Bulgakov DV, Veremeichik GN, Shkryl YN. The rolB plant oncogene affects multiple signaling protein modules related to hormone signaling and plant defense. Sci Rep. 2018 Feb 2;8(1):2285. doi: 10.1038/s41598-018-20694-6.
•‎ Bulgakov VP and Koren OG (2022) Basic Protein Modules Combining Abscisic Acid and Light Signaling in Arabidopsis. Front. Plant Sci. 12:808960. doi: 10.3389/fpls.2021.808960

Персональные профили исследователя

•‎ Web of Science: D-1397-2014.
•‎ Scopus: Scopus Author ID: 7006474441.
•‎ ORCID: orcid.org/0000-0003-2264-9161.