Лаборатория экологической биотехнологии

Зав. лабораторией д.б.н., профессор Ольга Викторовна ТурковскаяЗав. лабораторией д.б.н., профессор Ольга Викторовна ТурковскаяЛаборатория была переведена в ИБФРМ РАН в 1997 г. из ГУП СНИИ «Биокатализ» (ранее СФ ВНИИ Генетика) после реорганизации последнего. В 2010 году объединена с лабораторией физико-химических методов исследования ИБФРМ РАН. В настоящее время в составе лаборатории работают 13 сотрудников, в том числе 3 доктора и 9 кандидатов наук.

Сотрудники проводят научно-исследовательские работы по основной проблематике лаборатории, а также осуществляют сервисные работы по выполнению различных анализов с использованием методов газо-жидкостной хроматографии, инфракрасной и атомно-абсорбционной спектроскопии. Лаборатория поддерживает и развивает Коллекцию ризосферных микроорганизмов ИБФРМ РАН.

О.Е. Макаров, к.х.н.О.Е. Макаров, к.х.н. Н.Н. Позднякова, к.б.н.Н.Н. Позднякова, к.б.н. А.Ю. Муратова, к.б.н.А.Ю. Муратова, к.б.н. С.Н. Голубев, к.б.н.С.Н. Голубев, к.б.н. Е.В. Дубровская, к.б.н.Е.В. Дубровская, к.б.н.

Л.В. Панченко, к.б.н.Л.В. Панченко, к.б.н. Е.В. Любунь, к.б.н.Е.В. Любунь, к.б.н. Е.Е. Федоров, к.х.н.Е.Е. Федоров, к.х.н. М.П. Чернышова, к.б.н.М.П. Чернышова, к.б.н. А.Д. Бондаренкова, к.б.н.А.Д. Бондаренкова, к.б.н.

Ю.А. Пайдулова, к.б.н.Ю.А. Пайдулова, к.б.н. Е.В. Крючкова, к.б.н.Е.В. Крючкова, к.б.н. А.А. Нешко, аспирантА.А. Нешко, аспирант Д.А. Матвиенк, лаборантД.А. Матвиенк, лаборант Я.К. Колбасова, лаборантЯ.К. Колбасова, лаборант


Основные направления исследований:
– Изучение функционирования растительно-бактериальных ассоциаций в условиях техногенного загрязнения окружающей среды и выяснение роли растительно-микробных взаимодействий в трансформации и деградации поллютантов.
– Исследование метаболических путей и ключевых ферментов деградации нефтяных углеводородов (в первую очередь полициклических ароматических углеводородов – ПАУ) и пестицидов бактериями и высшими грибами.
– Оценка фиторемедиационного потенциала растительно-микробных ассоциаций в отношении тяжёлых металлов и металлоидов.
– Разработка и внедрение технологий биоремедиации (фиторемедиации) загрязненных природных и хозяйственных объектов.
– Поддержание и пополнение Коллекции ризосферных микроорганизмов ИБФРМ РАН.

Исследуемые загрязнители:
– сырая нефть;
– отдельные фракции нефти;
– индивидуальные углеводороды (парафины, моно-, би- и полициклическая ароматика);
– поверхностно-активные вещества;
– фосфорорганические пестициды (глифосат);
– тяжелые металлы и металлоиды.

Исследуемые биологические объекты:
– бактерии (преимущественно ассоциированные с растениями);
– сосудистые растения;
– высшие грибы.



Наиболее значимые результаты

Впервые охарактеризована нефтеокисляющая активность типичных представителей ассоциативных бактерий – азоспирилл из коллекции ИБФРМ РАН. Показана их стимулирующая рост растений активность в условиях углеводородного загрязнения.
Выделены и исследованы ризосферные бактерии – представители защитных ризосферных ассоциаций, обладающие высокой стимулирующей рост растений и деструктивной в отношении поллютантов активностью, в том числе штамм Ensifer meliloti P221 (Патент РФ №2406758). Исследован метаболизм фенантрена у этого штамма. Установлено, что окисление этого ПАУ происходит двумя параллельными путями: (а) через расщепление терминального ароматического кольца (предположительно по связи С3-С4) с образованием бензокумарина (предположительно 7,8-бензокумарина) и 1-гидрокси-2-нафтойной кислоты; (б) через окисление центрального ароматического кольца по связи С9-С10 с образованием 9,10-дигидро-9,10-дигидроксифенантрена и 9,10-фенантренхинона. Судя по количественному преобладанию 1-гидрокси-2-нафтойной кислоты во всех образцах, первый путь является доминирующим.
В результате идентификации образующихся метаболитов фенантрена и тестирования их окисления ферментами корневых экссудатов сорго веничного (Sorghum bicolor L. Moench) и люцерны посевной (Medicago sativa L.) получены данные, указывающие на возможность сопряженной биодеградации ПАУ ризосферным микроорганизмом и растением.

Получены приоритетные данные о биохимических и физиологических аспектах деградации ПАУ лигнинолитическими грибами. Выявлены основные интермедиаты метаболизма ПАУ и зависимость их образования от состава лигнинолитического ферментного комплекса грибов.
Исследованы каталитические свойства основных лигнинолитических ферментов (лакказы и пероксидазы), показана их ключевая роль в деградации ПАУ.
Апробировано использование лигнинолитических базидиомицетов в процессах микоремедиации нефтезагрязненных почв.
Выявлена способность водного растения элодеи канадской (Elodea canadensis) подвергать деструкции сырую нефть, фенол, толуол, нафталин, бензол и декалин, причем, в случае толуола деструктивная активность растения превосходила таковую для его перифитонных микроорганизмов. Показано, что ферментативной активностью в отношении исследованных поллютантов обладали экссудаты элодеи и экстракты из клеток растения.
Собран материал для создания базы данных по растениям Саратовской области, перспективным для использования при восстановлении загрязненных земель. Издан Атлас растений-фиторемедиантов, который включает в себя 257 видов сосудистых растений, способных к фиторемедиации земель, загрязненных нефтепродуктами, тяжелыми металлами, радионуклидами, пестицидами и рядом других органических поллютантов.

Эти данные наряду с созданной нами коллекцией штаммов PGPR (plant-growth promoting rhizobacterium – стимулирующие рост растений ризобактерии), разрушающих ряд приоритетных поллютантов, позволяют осуществлять эффективную очистку загрязненных объектов, а также проводить научные исследования в направлении повышения эффективности фиторемедиации.
Созданы эффективные растительно-микробные ассоциации, обладающие высоким фиторемедиационным потенциалом в отношении углеводородов нефти, фосфорорганических пестицидов (глифосата), соединений тяжелых металлов и мышьяка.

Определены наиболее значимые факторы стимуляции развития углеводородокисляющих микроорганизмов в нефтезагрязненной почве для разработки технологий биоремедиации. Установлено, что независимо от типа и давности загрязнения при всех использованных приемах максимальная убыль нефтепродуктов наблюдается в течение первых двух месяцев, поэтому углеводородокисляющая активность микробного сообщества на начальных этапах процесса биоремедиации является определяющим фактором уровня остаточных нефтепродуктов.

Установлено, что в случае высокой численности микроорганизмов-деструкторов в естественных микробоценозах загрязненной нефтью почвы результаты ее очистки, полученные при использовании способа стимуляции, не уступают, а зачастую превосходят таковые при использовании коммерческих нефтеокисляющих биопрепаратов. Разработаны оригинальные приемы повышения нефтеокисляющего потенциала микробных сообществ (Патенты РФ №2288044 и №2301258).

Разработан комплекс молекулярно-генетических методов детекции генов, контролирующих способность бактерий адаптироваться к условиям обитания в ризосфере растений в условиях загрязнения почвы ПАУ, глифосатом, соединениями тяжелых металлов и мышьяка.
Выделен и охарактеризован штамм Enterobacter cloaceae K7, сочетающий способность к деструкции глифосата с признаками PGPR: продукция ИУК, солюбилизация фосфатов, азотфиксация, колонизация корней и стимуляция роста растений, а также обладающий устойчивостью к тяжёлым металлам Ni, Cd и Pb.

Установлено, что растительно-бактериальная ассоциация пшеница-азоспирилла способна трансформировать неорганические формы мышьяка, снижая его токсичность. Поглощение поллютанта растением зависит от его концентрации и уменьшается в присутствии азоспирилл.
Разработан и запатентован биологический способ очистки почв, содержащих продукты природного и техногенного разложения кожно-нарывных отравляющих веществ, позволяющий увеличить степень извлечения водорастворимых компонентов реакционных масс иприта и люизита (Патент РФ №2185901).

Разработан и апробирован способ фиторемедиации грунта, загрязненного углеводородами (варианты) (Патент РФ №2403102). Отработаны приемы фиторемедации, обеспечивающие максимальную эффективность очистки почвы от углеводородов.

С 1997 г. сотрудники лаборатории принимают участие в работах по очистке загрязненных нефтепродуктами объектов Саратовской области. Разработана и внедрена на Саратовском НПЗ технология рекультивации нефтешламовых амбаров, проведено обследование заводской территории на загрязненность нефтепродуктами и металлами, осуществляется регулярный мониторинг и фиторемедиация загрязненных участков. Совместно с Саратовским районным нефтепроводным управлением создан стационарный полигон, на котором отработана технология переработки нефтешламов и почво-грунтов с высоким содержанием нефтепродуктов методом модульного биокомпостирования. Разработки неоднократно отмечены грамотами и дипломами на Саратовских салонах изобретений, инноваций и инвестиций, ежегодно организуемых Правительством области.

Исследования лаборатории были поддержаны грантами российских и международных фондов: Президента РФ, РФФИ, Интеграция, Макартуров, DAAD, NATO, МНТЦ, FP7 Евросоюза и др. В 2008-2009 гг. успешно проведены работы по госконтракту в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 гг.».

Много лет ведутся совместные работы с польскими коллегами в рамках Соглашения между РАН и ПАН (Институт катализа и химии поверхности ПАН, Краков и Департамент биохимии Университета им. Марии Кюри-Склодовской, Люблин). В 2004 г. ИБФРМ РАН был награжден Почетной грамотой от Российской и Польской академий наук. Лаборатория успешно сотрудничает с немецкими коллегами из Центра исследований окружающей среды, Лейпциг, Университета Мартина-Лютера, Галле-Виттенберг, Галле, Института общей экологии и защиты окружающей среды Дрезденского технического университета, Дрезден. Осуществляются научные контакты с Институтом прикладной экологии Китайской академии наук, Шеньян.

По инициативе лаборатории на базе ИБФРМ РАН были организованы и проведены в 1999, 2000 и 2001 гг. 2-е, 3-е и 4-е рабочие совещания «Биотехнологическое сопровождение процессов уничтожения химического оружия». В 2003 г. был проведен Международный симпозиум «Биохимические взаимодействия микроорганизмов и растений с техногенными загрязнителями окружающей среды», в котором приняли участие ученые из США, Германии, Индии и других стран. В 2005 г. с успехом прошла организованная сотрудниками лаборатории Международная конференция «Проблемы биодеструкции техногенных загрязнителей окружающей среды», собравшая более 100 ведущих специалистов практически из всех научных организаций страны и ближнего зарубежья, занимающихся проблемами биодеградации.

Сотрудниками лаборатории опубликовано более 300 работ, в том числе учебно-методические пособия, главы в коллективных монографиях и сборниках, более 80 статей в ведущих отечественных и международных научных изданиях, получено 10 патентов РФ.

Лаборатория поддерживает Коллекцию ризосферных микроорганизмов ИБФРМ РАН, которая входит в состав лаборатории на правах научной группы. Руководитель коллекции – д.б.н., проф. О.В. Турковская.
Коллекция непатогенных микроорганизмов ИБФРМ РАН создана в 1981 году. В настоящее время она преобразована в Коллекцию ризосферных микроорганизмов, является членом Всемирной федерации коллекций культур (WFCC) под номером 975 и зарегистрирована во Всемирном электронном каталоге (WDCM) под номером 1021. В нее включено около 300 культур ризосферных бактерий, относящихся к родам: Acidovorax, Aeromonas, Agrobacterium, Alcaligenes, Aquaspirillum, Arthrobacter, Azospirillum, Bradyrhizobium, Brevundimonas, Camomonas, Ensifer, Enterobacter, Erwinia, Herbaspirillum, Kocuria, Micrococcus, Moraxella, Mycobacterium, Nocardioides, Paenibacillus, Pectobacterium, Pimelobacter, Pseudomonas, Rhizobium, Rhodococcus, Sinorhizobium, Xanthomonas и др. Ее основу составляют уникальные бактерии, принадлежащие к роду Azospirillum: 132 штамма, большая часть которых выделена из ризосферы диких и культурных злаков (пшеница, рожь, овес, просо, кукуруза, сорго и др.) в ходе проведенных экспедиций по Саратовской области. Сегодня это самое большое собрание азоспирилл в России. В ИБФРМ они служат одним из основных модельных объектов для фундаментальных исследований молекулярных механизмов взаимодействия микроорганизмов и растений. В последние годы коллекция пополнилась новыми штаммами стимулирующих рост растений ризосферных микроорганизмов-деструкторов нефтяных углеводородов, ПАУ, глифосата, а также бактериями, устойчивыми к тяжелым металлам и мышьяку. Сотрудники коллекции оказывают следующие сервисные услуги: проводят работы по консервации и поддержанию культур, предоставляют запрашиваемые штаммы и необходимую информацию о них, оказывают консультативную помощь.
Куратором коллекции в настоящее время является к.б.н. Е.В. Дубровская.

Электронный каталог культур размещен на сайте Коллекции http://collection.ibppm.ru/

Работы по поддержанию и развитию коллекции микроорганизмов позволили Институту войти в научный консорциум по проекту 7-й Рамочной Программы Евросоюза «Банки ризосферных микроорганизмов»: Европейско-российская инициатива создания сети центров исследования микробиологических ризосферных ресурсов», акроним BRIO (2011-2014 гг.).

Руководитель проекта – Филипп Десмет, Брюссель, Бельгия, президент Всемирной федерации коллекций культур (World Federation for Culture Collections Guidelines – WFCC).

Участники:
Государственная служба Бельгийской научной политики, г. Брюссель, Бельгия
Католический университет, г. Лувен, Бельгия
Гентский университет, г. Гент, Бельгия
Научно-исследовательская экологическая станция сельскохозяйственного комплекса федерального правительства Швейцарии, район Рекенхольц-Таникон, Швейцария
Туринский университет, г. Турин, Италия
Всероссийская коллекция микроорганизмов (ВКМ) ИБФМ РАН, г. Пущино
Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, г. Пермь
Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, г. Саратов

Руководители от ИБФРМ РАН: Турковская О.В. и Матора Л.Ю.

Основные итоги проекта:
Выделены и идентифицированы новые штаммы.
Освоены новые методы выделения и идентификации микроорганизмов.
Оформлены паспорта штаммов в соответствии с Временным стандартом, разработанным в рамках проекта BRIO. Выделенные микроорганизмы проявляли свойства биоудобрений и деструкторов поллютантов.
Осуществлен обмен информацией и штаммами между участниками гранта.
Разработаны стандартные протоколы для выделения ризосферных микроорганизмов, штаммов, разрушающих ПАУ, ПАВ, а также для выделения бактерий, относящихся к роду Azospirillum.
Группа штаммов деструкторов и PGPR из Коллекции включена в созданную Европейскую ризосферную ресурсную сеть PERN.
Куратор Коллекции ИБФРМ РАН прошла подготовку в Коллекции университета г. Гент, Бельгия по применению масс-спектрометрии MALDI- TOF для идентификации и классификация бактерий.

Лаборатория проводит на коммерческой основе следующие работы:
Разработка и внедрение современных экологических биотехнологий (биоремедиация, фиторемедиация) для восстановления и очистки природных и хозяйственных объектов от различных загрязнений, таких как нефть и нефтепродукты, поверхностно-активные вещества, пестициды, тяжелые металлы и др.

Проведение на договорной основе научно-исследовательских работ:
− по оценке содержания нефтепродуктов, полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и ряда других веществ в различных объектах окружающей среды, в продуктах питания, растительном сырье и т.д.;
− по количественному определению содержания металлов и металлоидов методом атомно-абсорбционной спектрометрии в природных и сточных водах, твердых пробах (в растительных и почвенных образцах), технологических и прочих растворах;
− по определению состава растворов органических веществ (углеводородов, липидов, углеводов, ПАУ, пестицидов) путем идентификации компонентов и выяснению их количественного содержания с высокой чувствительностью.
Проведение консультаций по экологическим и биотехнологическим вопросам, касающимся загрязнения окружающей среды.

Основные публикации


Патенты:
1. Свидетельство РФ на полезную модель №5405. Устройство для моделирования процессов микробной очистки сточных вод в лабораторных условиях / Турковская О.В., Панченко Л.В. Бюл. №11, 1997.
2. Пат. 2121459 Российская Федерация. Способ микробной очистки сточных вод и устройство для его осуществления / Панченко Л.В., Турковская О.В., Муратова А.Ю., Дмитриева Т.В., Купцов Л.Г., Толтинова Л.А.; Бюл. №31, 1998.
3. Пат. 2 288 044 C1 Российская Федерация, МПК В09С 1/08. Способ очистки грунта от нефтяных загрязнений / Дубровская Е.В., Турковская О.В., Плешакова Е.В. Опубл. 27.11.2006; Бюл. №33. – 9 с.: ил.
4. Пат. 2 301 258 C2 Российская Федерация, МПК В09С 1/10. Способ очистки почвы от нефтяных загрязнений / Дубровская Е.В., Турковская О.В., Плешакова Е.В. Опубл. 20.06.2007. Бюл. №17. – 9 с.: ил.
5. Пат. 2185901 Российская Федерация, МКИ В 09 С 1/00. Способ очистки почв, загрязнённых продуктами природного и техногенного разложения кожно-нарывных отравляющих веществ / Игнатов В.В., Федоров Е.Е., Костерин П.В., Щербаков А.А., Захарова Е.А., Любунь Е.В., Брудник В.В., Щербакова Л.Ф., Мандыч В.Г., Шантроxа А.В. – 4 с.
6. Пат. RU 2403102 С1, МПК В09С 1/10. Способ фиторемедиации грунта, загрязненного углеводородами (варианты) / А.Ю. Муратова, А.Д. Бондаренкова, С.Н. Голубев, Л.В. Панченко, О.В. Турковская. – Опубликовано 10.11.2010. Бюл. №31. (Заявка №2009118275, дата подачи 15.05.2009 г., патент №2403102, дата выдачи 9.06.2010 г.)
7. Пат. RU 2406758 С2, МПК С12N 1/20. Штамм бактерий Sinorhizobium meliloti – деструктор полициклических ароматических углеводородов и стимулятор роста растений для повышения эффективности фиторемедиации / А.Ю. Муратова, С.Н. Голубев, О.В. Турковская. – Опубликовано 20.12.2010. Бюл. №35. (Заявка №2009108374, дата подачи 11.03.2009, патент №2406758, дата выдачи 20.07.2010 г.)



Памяти Поздняковой Людмилы Ивановны (29.10.38 — 19.04.12)

Л.И. Позднякова, 29.10.38 – 19.04.12Л.И. Позднякова, 29.10.38 – 19.04.1219 апреля 2012 года скоропостижно скончалась Людмила Ивановна Позднякова — кандидат биологических наук, старейший сотрудник нашего Института, замечательный человек, микробиолог высокого класса.
Позднякова Л.И. окончила биологический факультет Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского по специальности «микробиология». Прошла заочное обучение в аспирантуре СГУ по вышеуказанной специальности и в 1981 году успешно защитила кандидатскую диссертацию на тему «Пектолитические и протеолитические ферменты Erwinia carotovora var. сitrullis». С 1981 года — со дня основания ИБФРМ РАН — являлась его сотрудником. Людмила Ивановна была одним из организаторов коллекции микроорганизмов ИБФРМ РАН. Созданная с ее активным участием коллекция бактерий рода Azospirillum, выделенных из под злаков Саратовской области, до сих пор является самой крупной в России и востребована специалистами. До последних дней Людмила Ивановна являлась куратором этой коллекции, поддерживая жизнеспособность культур и обеспечивая сотрудников Института и сторонних организаций необходимыми штаммами, проводила консультации по вопросам таксономии и идентификации бактерий. Она была честным, принципиальным человеком, хорошим наставником молодежи, на нее всегда можно было положиться, ее доброта, душевная щедрость и жизнелюбие снискали ей уважение и любовь в коллективе.
Светлая память о Людмиле Ивановне Поздняковой навсегда сохранится в наших сердцах.
Авторизация
Обнаружили неточность?
Если Вы нашли ошибку в тексте – выделите её мышью и нажмите Ctrl+Enter