Микроорганизмы могут все...
если знать, как попросить их об этом

Адрес Новости История Структура События Результаты Разработки Конкурсы Мероприятия Газета
 Web-сайты

В одном из последних номеров “НУ” за минувший год был помещен обзор всех без исключения докладов, прозвучавших на декабрьском Общем собрании Уральского отделения РАН. С некоторыми из них мы продолжаем знакомить читателей более подробно. Сегодня моя собеседница — зав. лабораторией алканотрофных микроорганизмов ИЭиГМ ПНЦ доктор биологических наук, профессор Ирина Борисовна Ившина, представившая участникам декабрьской научной сессии Уральскую профилированную коллекцию микробиологических ресурсов.

— В своем докладе вы говорили о проблемах, связанных с уменьшением биологического разнообразия, в том числе микроорганизмов. Насколько они серьезны?
— Очень серьезны. Создав мощные средства использования естественных ресурсов, сегодня мы вынуждены искать способы защиты от последствий собственных изобретений. Успешное, казалось бы, развитие генной инженерии, активное освоение природных ресурсов лишь ускорило процесс сужения биологического разнообразия в природе и вообще грозит нарушить систему жизнеобеспечения планеты, ее биосферу. Согласно обоснованным прогнозам, если непрерывные потери биологических видов будут идти с той же скоростью, с какой это происходит сейчас, то в течение последующих ста лет прекратят существование 50 % видов, ныне существующих на Земле.
Угроза потери природных ресурсов ставит на первый план задачу гарантированного сохранения генетического пула микроорганизмов, потому что именно микроорганизмы играют незаменимую роль в обеспечении самой возможности существования всех высших форм флоры и фауны. По оценкам специалистов, прекращение деятельности микроорганизмов означает гибель всей жизни на нашей планете в четырехдневный срок.

— Тогда уже времени для принятия каких-либо мер не будет точно. Что делается сейчас для того, чтобы этого не случилось?

— В последние годы интерес к микроорганизмам как компоненту биологического разнообразия заметно растет. Теперь им все чаще отводится место в широких международных инициативах. Так, в качестве одного из приоритетных направлений Международной программы “DIVERSITАS” обозначено интенсивное изучение микроорганизмов, связанных с деятельностью человека и участвующих в восстановлении затронутых этой деятельностью экосистем.

Один из эффективных способов изучения и сохранения микроорганизмов — это их поддержание в лабораторных резервациях, микробных коллекциях. Если еще до недавнего времени было распространено представление о коллекциях только лишь как о месте складирования хаотическим образом собранных штаммов, то теперь коллекции микробных культур находятся в эпицентре научных исследований, предоставляя не только культуры, но и значительные объемы полезной научной информации. Коллекции сегодня — это богатейшие ресурсы для биотехнологии. Во многих странах мира наблюдается Ренессанс коллекционного дела, микробиологические коллекции приобретают все большую ценность, появились даже тенденции оценки их в денежных знаках. Так, об одной американской коллекции микроорганизмов писали, что в ее шкафах заключено больше потенциальных богатств, чем в кладовых всех банков Соединенных Штатов.

Во Всемирном справочнике микробных коллекций, включающем 466 коллекций 61 страны мира, Россия представлена 11 (для сравнения: в США функционирует 21, в Англии — 20, в Бразилии — 43, в Китае — 14, в Шри-Ланка — 4 коллекции). В течение ряда лет у нас действовала Федеральная научно-техническая программа, целью которой было создание децентрализованных отечественных коллекций, отвечающих потребностям пользователей и представляющих специализированные узлы общей сети взаимодействующих коллекций в стране и за рубежом. Дело в том, что образование коллекций-гигантов во всем мире затормозилось, и массовое развитие сейчас получает именно сеть со специализированными узлами.

— Как, например, созданная в вашем институте Уральская профилированная коллекция алканотрофных микроорганизмов. Расскажите, пожалуйста, о ней подробнее.               

— Наша коллекция алканотрофов зарегистрирована во Всемирной Федерации и Европейской организации коллекций культур, и, согласно принятой классификации, относится к категории “Healthy and safe” (“Здоровая и безопасная”). Она ориентирована на интересы биотехнологии и специализируется на поддержании микроорганизмов, адаптированных к использованию предельно восстановленных углеводородных субстратов. Объем генофонда составляет около двух тысяч чистых идентифицированных непатогенных штаммов, выделенных из многих тысяч образцов почв, поверхностных и пластовых вод, снега, воздуха, керна резко контрастных эколого-географических регионов (например, Пермского Предуралья и Западной Сибири, Ульяновского Поволжья и Красноярского края). Среди коллекционных культур широко представлены экстремофильные формы, имеющие значительный потенциал для промышленной эксплуатации; продуценты аминокислот, витаминов, биосурфактантов; штаммы-деструкторы различных органических загрязнителей, в том числе сырой нефти и нефтепродуктов.

Сердце коллекции составляют бактерии рода Rhodococcus sensu stricto, занимающие одно из основных мест среди микроорганизмов, ведущих окисление природных и антропогенных углеводородов. На сегодня в коллекции ИЭГМ собран наиболее полный в стране и за рубежом фонд непатогенных штаммов родококков.

Детальное изучение этой группы организмов включало разработку методов их выделения и культивирования, выявление экологических закономерностей расселения, характера взаимодействия со средой обитания, расшифровку сопутствующей микрофлоры, создание методов их диагностики не только в чистых культурах, но и природных популяциях. Оказалось, что родококки исключительно пластичны благодаря комплексу стратегических приемов выживания: это алкано— и олиготрофный образ жизни, способность к синтезу и аккумуляции эндогенных резервных веществ в качестве дополнительных энергетических субстратов, способность к переходу с углеводородного субстрата на углеводный, к росту при низких температурах,  в широком диапазоне активной кислотности, к адгезии и колонизации поверхностей и многое другое.

— Насколько мне известно, вы не ограничиваетесь чисто теоретическим изучением алканотрофов. Каково прикладное значение ваших исследований?

— Сегодня родококки можно использовать не только для получения целевых продуктов (аминокислот, витаминов, белка), но и, например, для поиска новых залежей нефти и газа. Так, нами установлена приуроченность отдельных видов-доминантов пропан— и бутанокисляющих родококков к контуру нефтеносных структур, подтверждена их нефтегазопоисковая информативность и разработан экспрессный метод обнаружения  индикаторных видов родококков.

Другое ценное качество этих микроорганизмов — способность синтезировать при росте на жидких углеводородах биосурфактанты, активно снижающие поверхностное и межфазное натяжение воды. Продуцируемые родококками поверхностно-активные вещества проявляют не только высокую эмульгирующую и нефтеотмывающую активность, но и широкий спектр биологической активности, в частности, выраженное иммуномодулирующее и противовоспалительное действие.

Сегодня Rhodococcus-биосурфактанты успешно используются для биологического восстановления нефтезагрязненных почв. На их основе нами разработан, опробован и запатентован эффективный биопрепарат нового состава и новой (олеофильной) формы, пригодный для очистки нефтезагрязненных грунтов в регионах с холодными климатическими условиями. Благодаря разработанной и запатентованной технологической схеме биоремедиации  в течение 7 недель почвы с изначально высоким уровнем загрязнения очищаются на 90% и могут быть возвращены в хозяйственное пользование. Пригодность применения нашей биотехнологии положительно оценена на территории Пермской области. Надо сказать, что в настоящее время предлагается довольно широкий спектр коммерческих биопрепаратов, в том числе огромное множество зарубежных. К сожалению, все они адаптированы в природных условиях, существенно отличающихся от нашего региона. Кроме того, нефть тоже имеет свои специфические особенности, которые необходимо учитывать при разработке мероприятий по оздоровлению загрязненных территорий. В настоящий момент нами ведутся работы по адаптированию предложенной биотехнологии очистки нефтезагрязненных почв к почвенно-климатическим условиям Удмуртской Республики.

— Надо полагать, что реализация потенциала микробной коллекции требует кооперативного взаимодействия между специалистами разного профиля?               

— Мы ведем совместные исследования с Новосибирским институтом органической химии СО РАН и Институтом технической химии Пермского научного центра УрО РАН по проблемам биотрансформации природных органических соединений; с Научным центром порошкового материаловедения (Пермь) — по проблемам биокоррозии, а также биокоррекции разрабатываемых в центре керамических материалов с целью улучшения их эксплуатационных характеристик; с Напиер университетом (Эдинбург, Великобритания) — по проблеме синтеза биосурфактантов; с Пермской государственной фармацевтической академией — по вопросам изучения биологической активности продуктов микробного синтеза и биотрансформаций; с ОАО “ПермНИПИнефть” и Исследовательским центром оценки загрязненных земель Эдинбургского университета  — по проблемам биоремедиации нефтезагрязненных почв.

— Во многих академических институтах существуют центры коллективного пользования, куда могут обратиться коллеги из других подразделений. Можно ли отнести к этой категории вашу коллекцию?

— Биоресурсы коллекции открыты для потенциальных пользователей. К нам обращаются как сотрудники институтов Академии наук и отечественных вузов, так и зарубежные пользователи из Германии, Великобритании, Бразилии, Китая, Кубы. Как правило, для учебных заведений культуры предоставляются безвозмездно. Стоимость депозитного штамма в среднем 70 долларов США.

Однако реальная стоимость, конечно, намного выше и, по нашим расчетам, составляет 2 000 долларов, включая затраты по отбору природных образцов, изоляции, идентификации, хранению, контролю чистоты и свойств культур.

— Как вообще вы решаете финансовые проблемы?

— Вполне закономерный вопрос, поскольку содержание коллекции микроорганизмов — это не только трудоемкое, но и дорогостоящее предприятие. Согласно подсчетам, стоимость создания и сохранения в течение 25 лет коллекции из 3 тысяч микроорганизмов (а объем нашего генофонда — 1 800 культур) составляет 4 млн долларов США. Таким образом на достойное поддержание нашей коллекции требуется 80 тыс. долларов, или 2 млн 400 тыс. руб. в год. К сожалению, сегодня поддержка не достигает и 10% от необходимого объема финансирования.

Конечно, в разные годы коллекция поддерживалась грантами российских и международных фондов (РФФИ, ФЦНТП (подпрограмма “Биологическое разнообразие”, Региональной научно-технической программы “Урал”, Королевского научного общества Великобритании, Международной научной программы НАТО, фонда Сороса (программа “Биоразнообразие”). В настоящий момент мы получаем финансирование по государственному контракту (в рамках приоритетного направления “Развитие новых направлений биотехнологии и обеспечение биобезопасности”), заказчиком которого является министерство промышленности, науки и технологий  Российской Федерации. Предусмотренная контрактом работа выполняется на основании решения конкурсной комиссии по направлениям расходов бюджетных средств на фундаментальные исследования. Мы благодарны администрации нашего института и коллегам за понимание истинного смысла и важности коллекционной работы. И все же повторю: молодой уральской коллекции необходима целевая поддержка. Ведь имеющиеся у нас микробные генетические ресурсы уникальны и, в случае утраты, восстановление их посредством повторного выделения из природных популяций сопряжено с большими трудностями или вовсе невозможно. Обращаюсь также  к потенциальным пользователям: доступ к биоресурсам коллекции открыт, у нас всегда найдется нужный вам микроб.

Е. ПОНИЗОВКИНА
Фото С. НОВИКОВА

Адрес Новости История Структура События Результаты Разработки Конкурсы Мероприятия Газета
 Web-сайты