Разработана концепция люциферазного биотестирования (обнаружения токсических свойств тестируемых веществ и смесей по их влиянию на биолюминесценцию ферментативных реакций), основанного на неспецифичности и высокой чувствительности люцифераз к действию разнообразных ксенобиотиков. Описаны основные структурные элементы люциферазных биотестов, разработана схема анализа с использованием моно-, би- и триферментных реакций с участием люциферазы. Показано, что основными механизмами ингибирования биолюминесценции in vitro являются химическая модификация ферментов, конкурентные и другие типы отношений между субстратами ферментов и добавленными веществами, тушение возбуждения и разрушение интермедиатов, действие через неспецифические акцепторы электронов и ингибиторы дыхательной цепи. Относительное положение, мультиплетность и орбитальная симметрия электронно-возбужденных состояний реакционного центра люциферазы и вводимых молекул определяют эффект ингибирования или активации биолюминесценции (перенос энергии), а окислительно-восстановительный потенциал вещества - величину индукционного периода свечения (перенос водорода). Этот подход обеспечивает "интегральное" влияние веществ на свечение in vitro. Разработаны способы поверхностной иммобилизации люциферазы и технология получения высокочувствительных, стабильных и дозированных многокомпонентных реагентов на основе иммобилизованных в крахмальные диски люциферазы и других ферментов и их субстратов. Показана применимость этого реагента для интегральных методов. Разработаны ферментативные биолюминесцентные биотесты для экспрессного мониторинга окружающей среды, для выявления зерна, пораженного фузариозом и оценки его загрязнения фузариотоксинами, для определения степени эндотоксикоза в хирургии, терапии и кардиологии, для контроля физической и умственной нагрузки на человека, для предупреждения аллергических заболеваний у людей, работающих в контакте с вредными веществами. Предлагаемые методы характеризуются быстродействием (10-60 с), высокой чувствительностью (до 0,1 нМ) и точностью анализа (ошибка не более 10%). Обсуждаются принципы создания экспертных систем, основанных на биолюминесцентных методах для экологического и других видов мониторинга.