Основные направления научных исследований лаборатории
• Изучение функционального и видового разнообразия углеводородокисляющих актинобактерий антропогенно поврежденных биоценозов с использованием методов метагеномики и биоинформатики.
• Научное обоснование интенсификации процессов восстановления нефтезагрязненных экосистем с использованием Rhodococcus-биосурфактантов и иммобилизованных клеток родококков с фунционализированной клеточной поверхностью.
• Создание экологически безопасных технологий синтеза целевых биоактивных продуктов, а также трансформации органических соединений и биодеградации токсичных персистентных ксенобиотиков на основе биоресурсов Коллекции алканотрофных микроорганизмов.
По итогам теоретических и экспериментальных исследований, а также секвенирования геномов актинобактерий экологически значимых таксонов выявлены универсальные реакции, участвующие в обезвреживании высокоопасных минеральных и органических экополлютантов, среди которых продукция ферментов с широкой субстратной специфичностью; сверхсинтез веществ протекторного действия; повышение сродства поверхности клеток к гидрофобным повреждающим агентам; морфометрические искажения (например, средних размеров вегетативных клеток, относительной площади и рельефа клеточной поверхности и др.) и изменение интегральных физико-химических показателей клеток (дзета-потенциала, содержание липидов и др.) [Microorganisms. 2022. 10(6): 1101; Microbiology Resource Announcements. 2022: e01070-22; Свид-во о гос. регистр. прогр. для ЭВМ № 2018619759].
Результаты исследования механизмов формирования устойчивости и компенсаторных реакций актинобактерий на негативное воздействие загрязнителей использованы в разработках по биоремедиации биотопов, загрязненных стойкими экотоксикантами, а также по биотрансформации сложных гидрофобных соединений с целью получения биоактивных метаболитов [Микробиология. 2022. 91(4): 419−432; Scientific Reports. 2019. 9: 9159; PLoS One. 2021. 16(11): e0260032; Catalysts. 2022. 12(11): 1352; Pharmaceuticals. 2022.15(8): 964; Frontiers in Microbiology. 2022. 13: 967127; 2023. 14: 1275553. Патенты РФ 2656145, 2707536, 2762007, 2784816, 2803338].
В результате полногеномного секвенирования расшифрованы геномы 110 штаммов актиномицетов (Dietzia spp., Gordonia spp., Rhodococcus spp.), обозначены ключевые гены биодеструкции и биотрансформации сложных органических соединений [Catalysts. 2022. 12: 1352; Microbiology Resource Announcements. 2022: e01070-22; Molecules. 2023. 28: 2393].
Исследованы механизмы адгезии родококков к нефтяным углеводородам. Подтверждена физиологическая роль Rhodococcus-биосурфактантов в процессе бактериальной адгезии и пленкообразования. С помощью разработанной температурной модели кинетики бактериальной адгезии доказана целесообразность и эффективность применения гликолипидных биосурфактантов для создания на поверхности носителя прочного клеточного монослоя актинобактерий с высокой каталитической активностью [Catalysts. 2019. 19(3): 236; Scientific Reports. 12: 21559. Защита докторской диссертации Криворучко А.В. 09.12.2022].
Получены новые результаты исследования полифункциональных биосурфактантов, синтезируемых непатогенными актинобактериями рода Rhodococcus, их потенциала для экобиотехнологии и медицины [Прикладная биохимия и микробиология. 2020. 56. 245–255; Biology of Rhodococcus. 2019. 16. 231−270]. На основе Rhodococcus-биосурфактантов созданы биопрепараты для очистки экосистем, загрязненных нефтепродуктами и солями тяжелых металлов [Applied Sciences. 2020. 10: 831; International Biodeterioration & Biodegradation. 2021. 164: 105308]. Показана возможность использования Rhodococcus-биосурфактантов для снижения фитотоксичности почвы, загрязненной нефтепродуктами и солями тяжелых металлов [Микробиология. 2019. 88. 207–216; Biology of Rhodococcus, Microbiol. Monogr. Springer. 2019. 16: 271–298. Патент РФ 2798871].
Родококки, закрепленные на модифицированных опилках и в криогеле поливинилового спирта, используются в работах по биоремедиации нефтезагрязненой почвы [International Biodeterioration & Biodegradation. 2021. 164: 105308].
Разработан способ очистки нефтепромысловых сточных вод в биореакторе [Российский журнал биомеханики. 2019. 23: 48–57; Journal Environmental Chemical Engineering. 2017. 5: 1252–1260; Biology of Rhodococcus, Microbiol. Monogr. Springer. 2019. 16: 231–270; International Biodeterioration & Biodegradation. 2021. 164: 105308].
Проводятся крупномасштабные приоритетные исследования по биоконверсии фармполлютантов – эмерджентных загрязнителей новой разновидности [Микробиология. 2020. 89(2): 152–168; Известия академии наук. Серия химическая. 2022. 11: 2358–2364; Журнал аналитической химии. 2023. 78(2): 187–192, 2023. 78(12): 1119–1127; Scientific Reports. 2019. 9: 9159; PLoS ONE. 2021. 16(11): e0260032; Microorganisms. 2022. 10(6): 1101; Frontiers in Microbiology. 2022. 13: 967127, 2023. 14: 1200108; 2023. 14: 1275553. Патент РФ 2707536, 2762007, 2803338]. В ходе экспериментальных и теоретических исследований раскрыты перспективы практической эксплуатации биокаталитических систем на основе родококков для биодеградации широко применяемых в медицинской практике нестероидных противовоспалительных средств (НПВС), в частности, ибупрофена, кетопрофена, мелоксикама, напроксена.
Получены приоритетные данные о динамике морфофункциональных и наномеханических перестроек клеток родококков под воздействием наночастиц металлов [Nanomaterials. 2022. 12: 951; Heliyon. 2022. 8: e11632]. Впервые показано, что наночастицы никеля повышают эффективность процесса очистки загрязненной авиатопливом воды в биореакторе с иммобилизованными родококками [International Biodeterioration & Biodegradation. 2021. 164: 105308; Nanomaterials. 2022. 12(6): 951]. Установлено, что родококки способны к восстановлению металлов из ионов на примере биосинтеза наночастиц золота [International Journal of Molecular Sciences. 2022. 23: 12939].
В составе подразделения функционирует Региональная профилированная коллекция алканотрофных микроорганизмов (акроним коллекции ИЭГМ, УНУ/ЦПК 73559/480868, http://www.iegmcol.ru). Коллекция ИЭГМ ориентирована на интересы биотехнологии и специализируется на изучении и поддержании культур, способных деструктировать углеводороды и ксенобиотики. Генофонд коллекции включает 3500 чистых идентифицированных непатогенных штаммов, выделенных из образцов почв, поверхностных и пластовых вод, снега, воздуха, керна, отобранных из контрастных эколого-географических регионов. Коллекция зарегистрирована во Всемирной федерации коллекций культур (World Federation for Culture Collections, WFCC, http://www.wfcc.nig.ac.jp/index.html), Европейской организации коллекций культур (The European Culture Collections’ Organization, ECCO, http://www.eccosite.org), включена во Всемирный справочник коллекций культур (The World Data Centre for Microorganisms, # 768 WCDM, http://wdcm.nig.ac.jp), располагает компьютеризированной базой данных, методами полифазной таксономии, квалифицированным персоналом. Опубликованы Указатель и Каталог (1994, 2002, 2006, 2010, 2014, 2018, 2022) штаммов. Созданы интегрированные базы данных и WEB-сайт коллекции [Свид-во о гос. регистрации программ для ЭВМ № 2023623115 от 14.09.2023]. Биологическая информация о поддерживаемых культурах открытого фонда Коллекции ИЭГМ включена в Глобальный каталог микроорганизмов (Global Catalogue of Microorganisms, GCM, http://gcm.wfcc.info) и Консолидированную базу данных микробных коллекций (ВКМ-UNIQEM-ИЭГМ) Российского национального узла.
Результаты проведенных исследований доложены на научных всероссийских и международных конференциях, в том числе на I−III Российском микробиологическом конгрессе, Пущино, 2017, Саранск, 2019, Псков, 2021; XXXVIII Ежегодной конференции Европейской организации коллекций культур, ЕССО 2019, Турин, Италия; ICRAPHE, 2019, Барселона, Испания; World Microbe Forum, 2021, онлайн; 8−10-й Конгрессе европейских микробиологов, FEMS 2019, Глазго, Великобритания, FEMS 2022, Белград, Сербия, FEMS 2023, Гамбург, Германия; 15-ой Международной конференции коллекций культур "Использование микробных ресурсов для поддержки социального благополучия”, Брага, Португалия и др., а также представлены на 63-й Международной ярмарке техники и технических достижений, 2019, Белград, Сербия (золотая медаль); IV Международном салоне изобретений ISIF 2019, Стамбул, Турция (две бронзовые медали); 75-ой Международной технической ярмарке International Technical Fair, 2019, Пловдив, Болгария (золотая медаль).
Сотрудники лаборатории участвуют в преподавательской деятельности. На базе лаборатории читаются лекционные спецкурсы «Систематика микроорганизмов», «Биобезопасность в биотехнологии», «Микробные биотехнологии», «Нефтяная микробиология», «Технологии ремедиации загрязненных экосистем Арктики и Субарктики», «Техногенные экосистемы и экологический риск», «Microbiology and Virology», «Molecular Basis of Life»; проводятся практические занятия со студентами кафедры микробиологии и иммунологии Пермского государственного национального исследовательского университета. Результаты научных исследований используются в лекционных курсах, коллекционные штаммы – лабораторных занятиях по учебной дисциплине «Большой практикум “Микробиология”». Разработаны и опубликованы учебные пособия «Биоразнообразие и систематика микроорганизмов», Пермь, 2019 (304 с.), «Рабочая тетрадь для лабораторно-практических занятий» для студентов, обучающихся по направлению “Биология” (профиль “Микробиология”), Пермь, 2022 (100 с.).
