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 etc.].
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; Патенты РФ 2496866, 2656145, 2707536, 2762007 etc.].
В результате полногеномного секвенирования расшифрованы геномы 32 штаммов Rhodococcus spp. и обозначены ключевые гены биодеструкции и биотрансформации сложных органических соединений [Genome Announcements. 2014. 2(6): e01297-14; Microbiology Resource Announcements. 2022: e01070-22]. Разработан способ определения жизнеспособности и прямого обнаружения бактериальных интродуцентов с помощью видоспецифических ПЦР-праймеров [Journal of Microbiological Methods. 2013. 94(2): 135−140; Патент РФ 2525934].
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 [Journal Environmental Chemical Engineering. 2017. 5: 1252–1260; Applied Microbiology and Biotechnology. 2018. 102(19): 8525–8556; Защита докторской диссертации. 09.12.2022].
Получены новые результаты исследования полифункциональных биосурфактантов, синтезируемых непатогенными актинобактериями рода Rhodococcus, их потенциала для экобиотехнологии и медицины [Bulletin Experimental Biology and Medicine. 2018. 16. 368–372; Biology of Rhodococcus. 2019. 16. 231−270; Applied Biochemistry and Microbiology. 2020. 56. 245–255]. 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].
Разработаны и запатентованы эффективные биокаталитические системы процессов трансформации сложных гидрофобных соединений [Journal of Hazardous Materials. 2018. 346: 103–112; Catalysts. 2019. 9: 1–19; 2022. 12(11): 1352; Molecules. 2019. 24: 4121; Scientific Reports. 2019. 9: 9159; Pharmaceuticals. 2022. 15: 964; Патенты РФ 2529365, 2607027, 2656145].
Разработаны носитель иммобилизованных клеток углеводородокисляющих бактерий [Патент РФ 2298033], эффективный биопрепарат нового состава и новой (олеофильной) формы, пригодный для очистки нефтезагрязненных грунтов в регионах с экстремальными климатическими условиями [Патент РФ 2180276], способ биоремедиации нефтезагрязненных почв и грунтов [Патент РФ 2193464], программа оценки экологического риска [Свид.-во о госрегистрации программ для ЭВМ № 2011611923] и экологического моделирования [Свид.-во о госрегистрации программ для ЭВМ № 2015бб2888].
Родококки, закрепленные на модифицированных опилках и в криогеле поливинилового спирта, используются в работах по биоремедиации нефтезагрязненой почвы [Soil Sediment Contamination. 2003. 12. 85−99; International Biodeterioration & Biodegradation. 2013. 84:118−125) и в процессах очистки загрязненной воды в биореакторе [Journal Environmental Chemical Engineering. 2017. 5. 1252–1260; 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 [World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2012. 28(10). 2997−3006; Current Microbiology. 2015. 70(3). 307−314; Scientific Reports. 2019. 9: 9159; PLoS ONE. 2021. 16(11): e0260032; Frontiers in Microbiology. 2022. 13: 967127; Патент РФ 2496866, 2707536, 2762007].
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. Увеличен объем коллекционного фонда и расширен таксономический профиль Коллекции ИЭГМ за счет введения в культуру и всестороннего изучения бактерий, свежевыделенных из экосистем с высокой антропогенной нагрузкой и адаптированных к разным типам загрязнения [Microbial Resources. Elsevier. 2017. 121–148; Microbial Resource Conservation. Springer. 2018. 111–140]. Генофонд коллекции включает 3000 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. 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 коллекций Российского национального узла (ВКМ-UNIQEM-ИЭГМ-ВКПМ).
Подготовлена и проведена IV Международная научная конференция “Микробное разнообразие: ресурсный потенциал” (ICOMID 2016), ноябрь 2016 г., Москва, Россия. 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; Конгрессе европейских микробиологов, FEMS 2019, Глазго, Великобритания, FEMS 2022, Белград, Сербия и др., а также представлены на 63-й Международной ярмарке техники и технических достижений, май, 2019, Белград, Сербия; IV Международном салоне изобретений ISIF 2019, сентябрь, 2019, Стамбул, Турция; 73-75 Международной технической ярмарке International Technical Fair 2017, 2018, 2019, Пловдив, Болгария.
Сотрудники лаборатории участвуют в преподавательской деятельности. На базе лаборатории читаются лекционные спецкурсы «Систематика микроорганизмов», «Нефтяная микробиология», «Техногенные экосистемы и экологический риск», «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”».
