Инновационные подходы для восстановления нарушенных почв

Во всей Вселенной пахнет нефтью
Бертран Рассел

Ирина Александровна Дегтярева представила системный подход к восстановления нарушенных почв.

И.А. Дегтярева – главный научный сотрудник лаборатории МГММ, доктор биологических наук, лауреат Государственной премии Республики Татарстан в области науки и техники, специалист в области сельскохозяйственной микробиологии, агроэкологии, биоремедиации нарушенных экосистем.

Республика Татарстан является зоной добычи, переработки, транспортировки нефти, в результате этого происходят и аварийные прорывы трубопроводов. Поэтому актуальным для защиты окружающей среды, возвращения загрязненных территорий в активное землепользование и получения экологически безопасной продукции сельского хозяйства является применение природных штаммов с высокой эффективностью деструкции и другими многочисленными положительными свойствами.

Во время своего выступления Ирина Александровна рассказала о выделенных из природной среды – почвенной биоты Республики Татарстан – автохтонных штаммах, которые способны утилизировать широкий спектр углеводородов (вакуумный газойль, гексан, мазут, толуол, фенол) в концентрациях до 10-12%, синтезировать биосурфактанты, активно развиваться в среде с добавлением NaCl (до 6%) и др. Штаммы не генотоксичны, экологически безопасны, обеспечивают прогнозируемость результатов, их стоимость значительно ниже стоимости промышленных биопрепаратов. Эти штаммы проявляют высокую эффективность деструкции углеводородов при возделывании растений на черноземе до 73,1% и на серой лесной почве до 76,4%. Штаммы-деструкторы идентифицированы и депонированы в Ведомственных коллекциях Российской Федерации.

На платформе MiSeq Illumina проведено полногеномное секвенирование и аннотирование генома двух штаммов-деструкторов, подтвердившее наличие у них углеводородокисляющих свойств – выявлены гены, участвующие в биодеградации углеводородов.


Аннотирование генома штамма-деструктора углеводородов
Staphylococcus warneri S1*

На основе проведенных исследований получен патент РФ на изобретение № 2720199 «Штамм микроорганизмов Staphylococcus warneri S1 в качестве деструктора углеводородов, содержащихся в почвах, загрязненных нефтью и нефтепродуктами».

Таким образом, ФИЦ КазНЦ РАН обладает коллекцией микроорганизмов-деструкторов углеводородов, на которые получены справки о депонировании в ведомственных коллекциях РФ. Дополнительные фундаментальные исследования полногеномного секвенирования и аннотирования геномов остальных штаммов-деструкторов позволят Татарстану стать лидером по комплексному изучению почвенного микробного фонда в зонах техногенеза, пониманию действия механизма биодеградации нефти и нефтепродуктов автохтонными штаммами.

Завершая выступление, Ирина Александровна подчеркнула, что почва является базисом любой наземной экосистемы, от которой зависит здоровье нации. Для очистки и восстановления почвенных экосистем необходимо создание интегрированных технологических процессов на основе достижений фундаментальных, прикладных, междисциплинарных наук и практического опыта.

Сотрудники лаборатории МГММ приняли активное участие в обсуждении представленного доклада.

*[DOI: 10.15593/2224-9400/2021.1.01
Дегтярева И.А., Бабынин Э.В., Салаватуллина А.А. Изоляция, идентификация и полногеномный анализ углеводородокисляющего штамма Staphylococcus warneri // Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология. – 2021. – № 1 – С. 5-13;
https://doi.org/10.32634/0869-8155-2024-380-3-104-108
Дегтярева И.А., Рахманова Г.Ф. Ускоренная технология очистки нефтезагрязненных почв / Аграрная наука, 2024. – №3 – С. 104-108.]

 

Универсальный бактериальный консорциум

Микробиология учит нас, что размер не является
мерой значимости; даже самый маленький микроб
может обладать огромной силой.
Алу Дениш Обиеро

Руководитель лаборатории Ш.З. Валидов на еженедельном семинаре проверил темпы выполнения сотрудниками Государственного задания «Развитие природоподобных агротехнологий для улучшения экологического состояния агроландшафтов и производства безопасной и качественной сельскохозяйственной продукции».

Затем младший научный сотрудник Е.Ю. Шульга выступила с докладом на тему «Создание бактериального консорциума на основе нативных штаммов озимой пшеницы». Елена Юрьевна представила данные по созданию универсального консорциума, состоящего из совместимых между собой нативных изолятов озимой пшеницы, обладающих способностью к стимуляции роста растений и защите от фитопатогенных грибов – Stenotrophomonas rhizophila MGMM118, Bacillus halotolerans MGMM119, Pseudomonas marginalis MGMM120 и Pseudomonas fluorecsens MGMM121.

В процессе исследований изучено влияние бактериального консорциума на культурные растения. В эксперименте по биоконтролю in planta установлена эффективность консорциума по отношению к действию патогенов (Fusarum oxysporum и Alternaria alternata). Консорциум способствует и увеличению биометрических показателей озимой пшеницы.

Таким образом, поэтапная экспресс-диагностика перспективных штаммов позволяет сократить сроки работ по выделению агентов биозащиты растений.

Рисунок 1 – Антагонизм против F. oxysporum (A) и A. alternata (B)

 

ОСНОВЫ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ

Одна машина может выполнить работу пяти
обыкновенных людей, но ни одной машине не под силу
выполнить работу талантливого человека.
Элберт Хаббард

Александр Владимирович Лайков провел образовательный семинар, посвященный основам масс-спектрометрического анализа и сферам его применения.

А.В. Лайков – научный сотрудник лаборатории МГММ, кандидат биологических наук, специалист в области масс-спектрометрического анализа биологических объектов – неоднократно проходил стажировки в Протеомном центре Научно-исследовательского института физико-химической медицины (ФГБУН НИИ ФХМ ФМБА России, г. Москва); тренинги по работе с масс-спектометрическим оборудованием, организованные компанией Sciex (РФ, г. Казань; Германия, г. Дармштадт).

Во время семинара Александр Владимирович, имеющий большой опыт работы в области протеомного и метаболомного анализа медицинских объектов, бактериальных и клеточных культур, объектов окружающей среды, представил устройство масс-спектрометра, провел обзор основных типов источников ионов, анализаторов и детекторов. Особое внимание он уделил масс-спектрометрам, совместимым с жидкостными хроматографами, позволяющими предварительно разделять сложные смеси соединений. Рассмотрел методы пробоподготовки и анализа образцов, применяемые в метаболомике и протеомике. На примере опубликованных результатов исследований продемонстрировал использование современных технологий для поиска биомаркеров, оценки изменений экспрессии отдельных метаболических путей, а также образования новых продуктов метаболизма при изменении источника питания бактерий.

Сотрудники лаборатории МГММ получили возможность изучить работу ионного источника электроспрей и таких анализаторов как квадрупольные, времяпролетные и гибридные варианты.

Участники семинара отметили важность применения масс-спектрометрии в современных биологических исследованиях, полезность полученных знаний для решения актуальных задач в профессиональной деятельности.

На еженедельном семинаре представлены результаты секвенирования генов плазмид штамма Stutzerimonas stutzeri

Традицией лаборатории МГММ является еженедельное проведение семинаров. Каждый четверг руководитель лаборатории информирует сотрудников по научным и другим направлениям жизни ФИЦ КазНЦ РАН в целом и деятельности лаборатории в частности. Затем один или несколько научных сотрудников представляют презентации по конкретным этапам выполнения Государственного задания, проекта или гранта.

На недавнем семинаре после выступления руководителя лаборатории Ш.З. Валидова по организационными вопросами был представлен доклад старшего научного сотрудника, к.б.н. Э.В. Бабынина. Тема доклада «Секвенирование и анализ генов плазмид штамма Stutzerimonas stutzeri». В рамках Государственного задания получены результаты нанопорового секвенирования плазмид, выделенных из штамма деструктора углеводородов S. stutzeri. Аннотирование генов, находящихся на одной из плазмид, показало наличие генов, необходимых для межклеточного переноса данной плазмиды.

В дальнейшем планируется определение возможности использования этих плазмид в качестве генетического вектора для различных биотехнологических целей.