МИКРОБНЫЕ СИМБИОЗЫ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ

Центральными в повестке конференции стали фундаментальные проблемы исследования структуры и механизмов функционирования симбиотических систем.

Молодые ученые из Санкт-Петербурга и Италии дали описание новых видов бактериальных эндосимбионтов инфузории туфельки. Была впервые продемонстрирована возможность заражения парамеций внутриклеточными паразитами микроспоридиями.

В ряде докладов были представлены результаты исследований состава микросимбионтов с помощью 16S метагеномного секвенирования, в частности охарактеризован состав бактерий в пищеварительном тракте личинок жуков-ксилофагов, а также изучено изменение состава бактерий в ассоциации с зеленой микроводорослью гематококком в природных образцах и в лабораторных культурах.

Кандидат биологических наук Н.Л. Белькова (Иркутск) на примере анализа микробиомов байкальских эндемичных губок продемонстрировала сложности выделения «своих» и «чужих» в составе бактериальных симбионтов и показала, что наблюдающееся в последние годы аномальное окрашивание губок в Байкале, вероятно, является следствием дисбиотических нарушений.

Лекция члена-корреспон-дента С.В. Черкасова была посвящена клинико-микробиологическим аспектам метагеномных исследований микробиоты человека, в частности микробиоценоза репродуктивного тракта женщин, биоптатов поджелудочной железы, выполненных на базе ЦКП ИКВС УрО РАН. Микробное разнообразие человеческого организма оказалось значительно большим, чем считалось ранее, причем новые таксоны могут стать причиной острых или хронических заболеваний. Метагеномные исследования могут помочь диагностировать болезнь до появления ее симптомов.

Активно обсуждались механизмы взаимодействия и их генетическая регуляция в микробных симбиозах. Доктор биологических наук Ю.В. Гоголев (Казань) рассказал о некодирующей РНК как новом компоненте регуляторных сетей бактерий и отметил, что искусственные антисмысловые РНК получили массовое применение в генной инженерии.

Вопросы генетической регуляции персистенции бактерий также рассматривались в докладах молодых ученых. Были представлены результаты исследования физиологических функций одного из генов микобактерий, что важно для понимания  механизмов их персистенции, адаптации к различным видам стресса и позволяет более успешно бороться с туберкулезом. Изучение возможной регуляции персистенции кишечной палочки полиаминами через стимуляцию экспрессии определенных генов способствует пониманию механизмов развития трудноизлечимых персистирующих заболеваний. Кандидат медицинских наук А.Ю. Медкова (Москва) на модели низших обезьян Старого света продемонстрировала рост гетерогенности популяции возбудителя в процессе развития коклюшной инфекции. Эффективность профилактики коклюша, возможно, будет зависеть от предотвращения формирования персистирующих форм бордетелл.

Наряду с изучением функций отдельных генов на конференции были  представлены данные полногеномного секвенирования микросимбионтов, к примеру, характеристика адаптивного потенциала бифидобактерий в микросимбиоценозе на основании отличительных параметров геномов новых штаммов позволила сделать вывод, что свойства геномов бифидобактерий отражают достаточно длительную и узкую специализацию к определенной экологической нише. Анализ генов синтеза антимикробных пептидов продемонстрировал высокий потенциал нового штамма бациллы для защиты растений от фитопатогенов и стимуляции роста сельскохозяйственных культур.

Традиционно в ряде докладов обсуждались оценка свойств микроорганизмов-симбионтов и их роль в формировании ассоциативного симбиоза. Так, на примере кишечного биотопа показано, что бифидофлора является ключевым звеном микробиоты в регуляции гомеостаза, а изменение биологических свойств облигатно-анаэробных бактерий в ассоциациях может рассматриваться как системообразующий фактор микросимбиоценоза. Исследования этих свойств формируют основу для  отбора  эффективных пробиотических штаммов и создания  симбиотических композиций с учетом физиологического состояния кишечного биотопа человека.

Впервые в рамках конференции был затронут вопрос о роли симбионтов как эволюционного фактора. Кандидат биологических наук Е.Е. Андронов (Санкт-Петербург) прочитал увлекательную лекцию об эволюционных процессах в симбиотических системах, определив эволюционный прессформинг как формирование структуры популяции одного из коэволюционирующих партнеров на основе матрицы, сформированной вторым партнером. В докладах молодых ученых приводились примеры того, что  эволюция человечества проходит в тесном взаимодействии с микроорганизмами — как с патогенами, так и симбионтами и первичная роль в таком взаимодействии принадлежит клеточным рецепторам.

На конференции обсуждались также проблемы практического использования микроводорослей, поиска новых продуцентов антибиотиков и пробиотических штаммов. В лекции доктора биологических наук, профессора Е.С. Лобаковой (Москва) были продемонстрированы возможности использования микроводорослей для получения биомассы, биопродуктов и биотоплива. Микроводоросли — организмы с гибким метаболизмом, минимальными потребностями и высокой скоростью роста, поэтому они способны эффективно синтезировать широкий спектр необходимых человеку соединений, в том числе и в результате переработки различных отходов.

В рамках поиска новых антибактериальных средств были исследованы культуры эндофитных актиномицетов, разработана схема выделения антимикробных пептидов из тромбоцитов курицы домашней, активных в отношении бактерий, выработавших устойчивость к традиционным антибиотикам. Впервые показано, что непатогенные коринебактерии, выделенные из репродуктивного тракта женщин, являются продуцентами как внеклеточных, так и клеточносвязанных поверхностно-активных веществ. Обосновано применение экзометаболитов бифидобактерий в травматологической и ортопедической практике для профилактики гнойно-септических осложнений. Были изучены влияние компонентов крови на адгезионную активность нетуберкулезных микобактерий и действие бактериальных экзометаболитов на проникновение эпидермального стафилококка внутрь эритроцитов.

Знание биологических свойств возбудителей инфекционных заболеваний необходимо для совершенствования методов их диагностики, профилактики и лечения. На основе таких знаний была разработана компьютерная  программа для прогнозирования хронического течения бактериально-кандидозной инфекции. Молодые ученые представили данные о резистентности к антибиотикам неферментирующих бактерий, что важно для проведения эффективной терапии, охарактеризовали биопрофили энтерококков, предложили тест-систему для проведения скрининга  генетических детерминант известных факторов персистенции условно-патогенных энтеробактерий. Была представлена новая модель взаимодействия сальмонелл со свободноживущими амебами, которые часто являются естественным резервуаром для внутриклеточных патогенов, а также модель, включающая почвенных нематод и их кишечных симбионтов и позволяющая оценить прямое и опосредованное воздействие наночастиц на организм.

Рассматривались в докладах молодых специалистов и вопросы конструирования новых ассоциативных симбиотических систем для экологически ориентированного сельского хозяйства, предлагались  новые бактериальные препараты для повышения урожайности  сельскохозяйственных культур, в том числе и растущих на засоленных почвах.

В рамках круглого стола участники активно обсуждали пленарные и секционные доклады, в которых были продемонстрированы разнообразие и новые примеры симбиотических систем и подчеркнута актуальность поиска ключевых участников симбиоценоза, обусловливающих сохранение здоровья или развитие заболевания. Выступавшие единодушно отметили, что симбиотические системы надо изучать комплексно, с использованием различных методов, начиная с микроскопии и заканчивая функциональной геномикой, и с привлечением специалистов разного профиля. Выявление закономерностей функционирования симбиотической системы с применением комплекса современных методов на сегодняшний день остается актуальной и пока не решенной задачей.

В рамках конференции для молодых ученых прошла школа «Метагеномное секвенирование микробных ассоциаций и методы биоинформатического анализа данных», включавшая тематические лекции, круглый стол, мастер-классы и тренинги. IV школу-конференцию «Микробные симбиозы в природных и экспериментальных экосистемах» планируется провести в Оренбурге в 2020 г.