Исследования по молекулярной микробиологии начинались в Институте под руководством В.И.Иоффе. В Отделе микробиологии и иммунологии в 1972г. была организована лаборатория генетики микроорганизмов под руководством А.А.Тотоляна, получившая в 1978г. статус самостоятельного научного подразделения. В 1985г. на ее базе, с целью консолидации ведущихся в Институте работ в области генетики микроорганизмов и молекулярной биологии вирусов, образован Отдел молекулярной биологии, который возглавил А.А.Тотолян. Внимание коллектива было обращено на изучение молекулярных основ инфекционной патологии, вызванной вирусами и бактериями.

Отдел развивался как комплексное научное подразделение. Исследований велись микробиологами, генными инженерами, иммунологами и биотехнологами. Это сказалось на тематике, ее уровне и характере получаемых результатов. Первый опыт был приобретен при изучении нехромосомной наследственности (бактериофаги, плазмиды) стрептококков серогруппы А, их роли в генетическом обмене и вирулентности микробов. Патогенные стрептококки были выбраны в качестве объекта исследований по причине широкого распространения стрептококковых инфекций (ангины, тонзиллофарингиты, скарлатина, стрептодермии, флегмоны, фурункулы) и здорового носительства возбудителей среди населения, большого числа вызываемых ими нозологических форм разнообразного спектра тяжести (сепсис, синдромы септического и токсического шока, некротический фасцит и миозит) и частого развитая осложнений иммунопатологической природы (ревматические поражения сердца и других органов, острый гломерулонефрит, рожистое воспаление). Основные направления работы Отдела посвящены:
физическому и генетическому картированию хромосомы стрептококков группы А и В;
клонированию и экспрессии генов микроба в апатогенном хозяине, изучению их структуры;
полунению и изучению генопродуктов для анализа их патогенности;
созданию и совершенствованию диагностических препаратов;
микробиологической, серологической и генетической индикации патогенных стрептококков, периодической оценке распространенности возбудителя и вызываемых им инфекций.
Последнее составило обязательную часть работы Отдела как Российского Национального Центра ВОЗ по изучению стрептококков. Эту функцию Отдел выполняет с 1985 года.

В развитие выдвинутой идеи о генетической сцепленности функционально обусловленных признаков была проделана работа по клонированию генов стрептококков, определяющих синтез поверхностных структур клеточной стенки микроба и формирование его вирулентности, Данные о детерминировании признаков А-стрептококка положили начало работам по картированию его хромосомы. К настоящему времени удалось локализовать более 40 признаков. Среди них белки клеточной стенки микроба, экстрацеллюлярные токсины и ферменты. Работа по картированию генома, естественно, совпала с решением проблем генетики патогенности стрептококков. Прогресс в этой области стал возможен благодаря полученным данным о геномном полиморфизме штамма типа Ml и комплексу современных, в том числе и разработанных с участием Отдела, методических приемов. В методическом арсенале, помимо клонирования, рестрикционного анализа, фингер-принтирования, конструирования ДНК-зондов и векторных систем, различных приемов секвенирования ДНК и компьютерного анализа результатов, полимеразной цепной реакции (ПЦР), а также разработанные с участием Отдела -трансформация стрептококков посредством электропорации, электрофорез ДНК в пульсирующем электрическом поле и быстрая ПЦР для экспресс-идентификации микроба. Фундаментальные разработки оказались полезными и для решения прикладных вопросов.

Серьезное внимание было уделено В-стрептококкам, имеющим высокий удельный вес в патологии беременности и неонаталогии. Установлено, что 10% беременных женщин являются носителями В-стрептококков в наружных родовых путях, что инфекция мочевыделительной системы является риск-фактором в патологии беременности и развитии выкидышей, преждевременных и "сухих" родов;
инфекция может передаваться новорожденным в родах и от персонала, вызывая летальные сепсис и менингит. Борьба с В-инфекцией есть по существу борьба за здоровое материнство и детство. В Отделе начато картирование хромосомы В-стрептококка, которое, как и картирование хромосомы А-стрептококка, составит основу будущих работ по изучению этих микробов и вызываемой ими патологии.
В области патогенеза стрептококковых инфекций следует указать на болезнетворные функции поверхностных igG Fc-рецепторных белков А-стрептококков. Патогенность IgG FcR белка проявляется в его способности подавлять систему комплемента и фагоцитарную активность лейкоцитов, индуцировать синтез анти-IgG, Последние вместе с СЗ фракцией комплемента откладываются в почечных гломерулах и других органах, что сопровождается типичной для иммунопатологических процессов воспалительной реакцией, образованием аутоантигенов и аутоантител к ним. Аналогичная картина, с преимущественным поражением митохондриальных структур, обнаружена в ткани миокарда. Очевидно, что в генезе постстрептококковых иммунопатологических состояний важная роль принадлежит не только перекрестно-реагирующих антигенам тканей и микроба, но и патогенному действию FcR белков стрептококка группы А.
Отдел располагает Фармакопейной статьей на создание препарата нативного рецепторного белка для IgG и двумя патентами на препараты рекомбинантных рецепторных белков для иммуноглобулинов и альбумина человека. Получены высокоактивные штаммы-продуценты этих белков. Сами белки и их гены детально проанализированы. На этой основе созданы чувствительные системы для количественного определения иммуноглобулинов и альбумина в биологических жидкостях организма и для изучения их клиренса в условиях патологии. Особое значение имеет определение микроальбуминурии при патологических процессах, сопровождающихся поражением фильтрационной способности почек. Перспектива практического использования препаратов рецепторных белков в ближайшие годы не вызывает сомнения. Проводится значительная работа по диагностике стрептококковой инфекции, в том числе, и посредством экспрессных методов.

Успеху научных исследований Отдела способствуют международные контакты, в первую очередь с учеными США (Университеты Оклахомы и Миннесоты), Швеции (университет Лунда) и Китая, в том числе, и на основе совместных грантов. Международный авторитет Отдела позволил в 1993 году провести в Санкт-Петербурге XII Международный симпозиум по изучению стрептококков и стрептококковых заболеваний с участием 300 специалистов из 35 стран мира.