Основные результаты, полученные в ИБФМ РАН в 2023 г.
1.6.3. – Биологическое разнообразие и биоресурсы
Всероссийская коллекция микроорганизмов (руководитель д.б.н. Л.И. Евтушенко)
Развитие фонда ВКМ
- Каталожный фонд ВКМ пополнен 242 штаммами микроорганизмов, принадлежащих к 69 родам и более 120 идентифицированным видам, отсутствующим или слабо представленным в ВКМ и других коллекциях страны. В числе включенных в фонд культур 144 штамма бактерий (в т.ч., 60 штаммов актиномицетов) и 98 штаммов мицелиальных и дрожжевых грибов.
- Проведена плановая проверка жизнеспособности у более 3000 штаммов фонда ВКМ, сохраняемых различными методами (лиофилизация, криоконсервация в жидком азоте; хранение в стерильной почве и под вазелиновым маслом). Законсервированы и заложены (перезаложены) на хранение штаммы со сниженными показателями жизнеспособности.
- Выполнены работы по таксономической ревизии и ре-идентификации культур фонда ВКМ в соответствии с современной системой. С использованием методов МАЛДИ масс-спектрометрии, секвенирования фрагментов ДНК и полных геномов идентифицировано (ре-идентифицировано) боле 800 штаммов микроорганизмов различных групп. Подтверждены видовая и родовая аффилиации для большинства культур, обнаружено более сотни потенциально новых видов и несколько новых родов. Подтверждена правомочность выделения советскими (российскими) учеными большого числа новых видов в домолекулярный период микробиологии.
Научные исследования
- Охарактеризованы и описаны новый род дрожжей Rasporella, ассоциированных с насекомыми, и новый род бактерий Alkalisalibacterium, обнаруженных в донных отложениях содово-соленого озера (Республика Бурятия). Описаны новые анаэробные виды Methanobacterium shpitsbirgense (археи) и Pelosinus baikalensis (бактерии), найденные в многолетнемерзлых отложениях острова Западный Шпицберген и холодных пресноводных озерах. Из арктических криопэгов выделены и частично охарактеризованы анаэробные психроактивные бактерии других родов - Acetobaсterium, Labilibaculum и Trichococcus.
- Описано семь новых видов актиномицетов рода Kribbella, происходящих из почв различных регионов России; предложено дополненное и исправленное описание рода. Впервые у представителей рода обнаружены спорангиеподобные структуры. Установлено, что клеточные стенки криббелл содержат специфичные для видов комбинации уникальных гликополимеров (разные по структуре тейхуроновые и/или тейхулозоновые кислоты); у всех видов присутствует разветвлённый маннан – хемотаксономический маркер рода.
- Результаты изучения гликополимеров клеточной стенки актиномицетов в таксономическом аспекте выявили специфичные для рода и видов Rathayibacter (Microbacteriaceae) наборы гликополимеров. Штаммы каждого вида содержат разветвленные рамноманнаны или/и рамнаны (различающиеся по структуре и включающие рамнозу в D-конфигурации); большинство видов имеют дополнительно тейхуроновые кислоты. В отличие от Rathayibacter, для Curtobacterium характерен неразветвленный L-рамнан в сочетании с кислыми полисахаридами, а для Clavibacter – пируватсодержащий галактоманнан и разные галактофурананы.
- Исследованы физиологические свойства клинически значимых дрожжевых грибов Candida albicans, C. parapsilosis и C. tropicalis - наиболее распространенных оппортунистических видов, ассоциированных с инвазивной кандидозной инфекцией, часто обнаруживаемых в плодоовощной продукции. Результаты исследования дрожжей вышеупомянутых видов, выделенных из плодов овощных и фруктовых растений, показали, что среди них присутствуют штаммы, устойчивые к антимикотикам группы азолов. Больше всего устойчивых штаммов было выявлено среди изолятов вида C. tropicalis, они оказались также наиболее активными продуцентами протеаз и фосфолипаз.
- Проанализировано современное состояние проблемы биоразложения нитроцеллюлозы, как опасного промышленного отхода, в том числе с использованием сульфатвосстанавливающих бактерий и микромицетов. Наиболее перспективными микроорганизмами с точки зрения эффективности процесса деградации нитроцеллюлозы являются бактерии рода Desulfovibrio, грибы Fusarium solani и Sclerotium rolfsii и их консорциумы. Приводятся сведения о ферментах, участвующих в процессе деградации, возможных механизмах реакций, а также о влиянии на процесс добавления в реакционную смесь доноров и акцепторов электронов.
Лаборатория радиоактивных изотопов (руководитель к.б.н. И.И. Мустахимов
- Экспериментально установлена метаболическая гибкость метанотрофов класса Gammaproteobacteria, расширяющая биотехнологический потенциал как продуцентов полиуглеродных соединений из метана благодаря способности штамма к быстрому и продуктивному росту на природном газе. У Methylomonas rapida MP1T обнаружены гены синтеза каротиноидов, свидетельствующие о перспективности метанотрофа в качестве продуцента обогащенного каротиноидами кормового белк,. Получен тройной мутантный штамм Methylotuvimicrobium alcaliphilum 20Z-3E (ΔfumIΔfumCΔmae) по генам, кодирующим яблочный фермент и два ортолога фумаразы, способный при росте на метане накапливать 2,6 ммоль фумарата ∙ г-1 сухих клеток.)
Лаборатория биологии плазмид (руководитель чл.-корр. А.М. Боронин)
Выделены и охарактеризованы новые ризосферные бактерии, устойчивые к тяжелым металлам (цинку, кадмию, свинцу) и способные к супрессии фитопатогенных грибов и бактерий. В геноме штамма-нефтедеструктора R. qingshengii F2-2 на плазмиде pLP156 обнаружены кластер генов биосинтеза феназинов (антибиотиков), гены биосинтеза растительных гормонов: ауксинов и гиббереллинов, способствующих фитостимуляции. Показано, что этот штамм колонизирует листья и корни рапса и горчицы, стимулирует рост растений, обладает антагонистической активностью в отношении фитопатогенных микромицетов: Fusarium graminearum, Fusarium oxysporum и Gaeumannomyces graminis var tritici. Обнаруженные фитостимулирующие свойства штамма F2-2 свидетельствуют о его перспективности для использования в биотехнологиях защиты сельскохозяйственных растений и повышения их урожайности
1.6.8. Биохимия, биофизика и структурная биология
Лаборатория регуляции биохимических процессов (руководитель д.б.н. Кулаковская Т.В.)
ВНТК трехмерных структур микроорганизмов (руководитель к.б.н.. Дмитриев В.В.)
- Процесс взаимодействия клеток дрожжей рода Candida с малорастворимыми гидрофобными субстратами, является эффективной экспериментальной моделью для понимания механизмов формирования биопленок и инвазии в клетки хозяина при патогенезе. Впервые установлено, что у типовых штаммов C. albicans, С. tropicalis и C. maltosa при росте на гексадекане образуются специфические включения неорганических полифосфатов в клеточной стенке, а также экзовезикулы, содержащие эти биополимеры. Обработка специфической полифосфатазой Ррх1 приводит к исчезновению полифосфатов в везикулах и клеточной стенке, что фиксируется как с помощью флуоресцентной так и электронно-сканирующей микроскопии, а также к высвобождению фосфата в инкубационную среду. Предположено, что полифосфаты как полианионы являются матрицей для иммобилизации окислительных ферментов как в клеточной стенке, так и в составе везикул.
Микрофотография клеток C. tropicalis, выращенных на среде с гексадеканом, шкала – 5 мкм. Окраска ДАПИ при высокой концентрации (50 мкМ) приводит к оранжевой флуоресценции структур, содержащих неорганические полифосфаты (верхний рисунок, видны включения в клеточной стенке и агломераты внеклеточных везикул), при обработке препаратов биомассы полифосфатазой Ррх1 внеклеточные полифосфаты подвергаются гидролизу и оранжевая флуоресценция исчезает.
Лаборатория энзиматической деградации органических соединений (руководитель к.б.н. М.П. Коломыцева)
Впервые обнаружен новый внутримолекулярный канал у алкалофильных грибных лакказ, ведущий извне вглубь молекулы к одному из каталитических остатков аспартата при Т2-атоме меди Т2/Т3-активного центра. Показано, что во всех алкалофильных грибных лакказах, в отличие от типичных кислых грибных лакказ, аминокислотные остатки, выстилающие этот канал, положительно заряжены как в кислой, так и в нейтральной среде, что указывает на скопление протонов вблизи каталитического центра, которое может служить дополнительным донором протонов, необходимых для функционирования лакказы в ходе каталитического процесса в нейтрально-щелочных условиях среды.
1.6.6 Функциональная микробиология
Лаборатория биохимии клеточной поверхности микроорганизмов (руководитель к.б.н. Н.В. Леонтьевская)
- Обнаружен, выделен и частично охарактеризован новый бактериолитический фермент - N-ацетилмурамоил-L-амидаза. Фермент лизирует живые клетки Micrococcus luteus, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Bacillus thuringiensis и Bacillus megaterium. На основе этого фермента разработан образец липосомального антимикробного препарата. Установлено, что в составе липосом литическое действие N-ацетилмурамоил-L-амидазы увеличивается. Дальнейшая разработка липосомальной формы актуальна для создания антимикробного препарата на основе бактериолитического фермента для внутреннего применения для лечения инфекцией, вызванных в т.ч. антибиотико-устойчивыми формами патогенов.
1.6.9. Молекулярная биология, молекулярная генетика и геномные исследования
Лаборатория энзимологии генетических процессов (руководитель к.б.н. И.Э. Грановский)
- Исследована новая линия клеток SSs, поддерживающая размножения широкого спектра вирусов, в частности вируса африканской чумы свиней (АЧС). Данная линия не требует адаптации полевых изолятов вируса АЧС, в том числе вирулентных, и обеспечивает их репродукцию на высоком уровне - >107,0 TCID50/ ml, а также способствует проявлению феномена гемадсорбции и цитопатического эффекта. Проведён анализ транскриптов ряда маркерных генов и определён уровень экспрессии мРНК CD163 и Siglec1 – белков поверхности макрофагов, предположительно являющихся рецепторами вируса АЧС. В результате была впервые показана способность вируса АЧС реплицироваться в стволовых клетках свиньи in vitro. В перспективе иммортализация клеток SSs позволит получить новую линию клеток свиньи, поддерживающих размножение вируса АЧС.
Лаборатория биологии вирусов бактерий (руководитель к.б.н. А.М. Шадрин)
- Протестирована возможность использования фагов для консервирования коровьего молока с помощью бактериофага. Для оценки эффективности фага Kirov для предотвращения контаминации пищевых продуктов проведены испытания на коровьем молоке, контаминированном штаммом АТСС 4342. Через 4 ч титр АТСС 4342 в образце с фагом снизился ниже порога обнаружения 102 КОЕ/мл, тогда как в контрольном образце титр бактерий возрастал до 108 КОЕ/мл. В образцах, содержащих как фаг, так и клетки, титр фага увеличивался до 108 БОЕ/мл.
- 1.6.12. Биотехнология и синтетическая биология
Лаборатория биосенсоров (руководитель д.х.н. А.Н. Решетилов)
- Исследован микробиологический способ восстановления оксида графена – уникального наноматериала с широким спектром применения (медицина, электроника, биосенсорика и пр.). Промышленное получение графена основано на химическом и термическом восстановлении оксида графена, обладающем существенными недостатками (использование токсичных химикатов, специальных энергоемких реакторов и пр.). В лаборатории разработан простой, эффективный и экологически чистый метод синтеза оксида графена с помощью уксуснокислых бактерий Gluconobacter oxydans, основанный на их способности катализировать гидроксилирование и окисление ароматических углеводородов за счет наличия гем-содержащих белков. Полученный материал использован при создании микробных биосенсоров и биотопливных элементов с высокой чувствительностью и эффективностью.