Лаборатория экологической биотехнологии


Зав. лабораторией д.б.н.,
профессор Турковская
Ольга Викторовна
Лаборатория 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 8 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, вед. инженер к.х.н.О.Е. Макаров, вед. инженер к.х.н. Н.Н. Позднякова, в.н.с. д.б.н.Н.Н. Позднякова, в.н.с. д.б.н. А.Ю. Муратова в.н.с. д.б.н.А.Ю. Муратова в.н.с. д.б.н. С.Н. Голубев, с.н.с. к.б.н.С.Н. Голубев, с.н.с. к.б.н. Е.В. Дубровская с.н.с. к.б.н.Е.В. Дубровская с.н.с. к.б.н. Е.В. Любунь, с.н.с. к.б.н.Е.В. Любунь, с.н.с. к.б.н.
Л.В. Панченко, с.н.с. к.б.н.Л.В. Панченко, с.н.с. к.б.н. А.Д. Бондаренкова н.с. к.б.н.А.Д. Бондаренкова н.с. к.б.н. Е.Е. Федоров, гл. специалист, к.х.н.Е.Е. Федоров, гл. специалист, к.х.н. Е.В. Крючкова, м.н.с.Е.В. Крючкова, м.н.с. И.Ю. Сунгурцева, аспирантИ.Ю. Сунгурцева, аспирант С.В. Баландина, лаборантС.В. Баландина, лаборант


Основные направления исследований:
• Изучение физиологических и биохимических реакций микроорганизмов, растений и их ассоциаций на присутствие поллютантов: нефти, ПАУ, гербицидов, тяжелых металлов
• Выяснение роли растительно-микробных взаимодействий в трансформации и де-градации загрязнителей окружающей среды.
• Исследование метаболических путей и ключевых ферментов деградации нефтяных углеводородов, полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и пестицидов бактериями, грибами и растениями.
• Разработка и внедрение технологий биоремедиации (в том числе фито- и микоре-медиации) загрязненных природных и хозяйственных объектов.
• Поддержание и пополнение Коллекции ризосферных микроорганизмов ИБФРМ РАН.

Исследуемые загрязнители:
• нефть, нефтепродукты, индивидуальные углеводороды (парафины, моно-, би- и полициклические ароматические соединения);
• поверхностно-активные вещества (ПАВ);
• пестициды;
• тяжелые металлы и металлоиды.

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

Наиболее значимые результаты
Впервые охарактеризована нефтеокисляющая активность типичных представителей ассоциативных бактерий – азоспирилл из коллекции ИБФРМ РАН. Наибольшую активность проявил штамм Azospirillum brasilense SR80, способный разрушать около 60% вносимой сырой нефти (1% об.) в течение 14 сут. Вместе с этим, штамм проявлял положительный хемотаксис к корневым экссудатам пшеницы, колонизировал ее корни и продуцировал ИУК, при этом присутствие нефти не ингибировало синтез фитогормона [23, 52].
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 [46, 55, 104]. Исследован метаболизм фенантрена у этого штамма. Установлено, что окисление ПАУ происходит двумя параллельными путями: (а) через расщепление терминального ароматического кольца по связи С3-С4 с образованием 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 [66]. Выявлены подобные и иные пути деградации ПАУ новыми ризосферными штаммами: Pseudomonas kunmingensis L3, Rhizobium petrolearium Rsf 11, Stenotrophomonas sp. P422 [69].
Выделенный и изученный штамм PGPR Rhodococcus ruber N7 обладал способностью разрушать дизельной топливо, проявлял устойчивость к тяжелым металлам (Ni, Cd, Pb и As) в высоких концентрациях (5 мМ) и стимулировал рост растений (Sorghum bicolor L. Moench) за счет продукции АЦК-деаминазы [70].
Выделены и изучены пероксидазы из корневых экссудатов и корней сорго веничного (Sorghum bicolor L. Moench) и люцерны посевной (Medicago sativa L.), показана способность очищенных ферментов окислять ПАУ и их производные, тем самым подтверждая их участие в ризосферной деградации ПАУ. Полученные данные, указывают также на возможность сопряженной биодеградации ПАУ ризосферными микроорганизмами и растением [69, 74, 77, 80].


Пути деградации фенантрена исследованными организмами [88].

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 [49, 50, 75, 84]. Показана способность базидиомицетов продуцировать эмульгирующие вещества в ответ на присутствие гидрофобных веществ [44]. Исследованы каталитические свойства основных лигнинолитических ферментов (лакказы и пероксидазы), показана их ключевая роль в деградации ПАУ [28, 29, 63, 71]. Апробировано использование лигнинолитических базидиомицетов в процессах микоремедиации нефтезагрязненных почв [36, 56].
Выделены и охарактеризованы новые штаммы базидио- и аскомицетов, обладающие способностью разрушать ПАУ [85, 86].


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 [37, 59].
В условиях лабораторных и полевых экспериментов изучено влияние нефтяного загрязнения на рост различных растений, активность растительных и почвенных ферментов, дана оценка ризосферной микрофлоры [92]. 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 [95].
Созданы эффективные растительно-микробные ассоциации, обладающие высоким деструктивным потенциалом в отношении углеводородов нефти и являющиеся основой технологии фиторемедиации [104].
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 [100, 101].
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. [65, 72].
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 [62].
Проведен цикл работ по изучению трансформации соединений мышьяка с помощью растительно-бактериальных ассоциаций [19-21, 27]. 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 [102].
С 1997 г. сотрудники лаборатории принимают участие в работах по очистке загрязненных нефтью и нефтепродуктами природных и промышленных 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 выполнялись в рамках Федеральных целевых программ, были поддержаны грантами российских и международных фондов: РНФ, Президента РФ, РФФИ, Интеграция, Макартуров, DAAD, NATO, МНТЦ, FP7 Евросоюза и др.
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 Центром исследований окружающей среды, Лейпциг, Университета Мартина-Лютера, Галле-Виттенберг, Галле, Институтом общей экологии и защиты окружающей среды Дрезденского технического университета, Дрезден, с итальянскими коллегами из Университета г. Турин, Италия. Осуществляются научные контакты с Колледжем науки и инжениринга окружающей среды Нанькайского университета и Тяньцзинской академией наук об окружающей среде, г. Тяньцзин, КНР). Подписано Соглашение о создании Китайско-Российского центра трансфера технологий восстановления окружающей среды (июнь 2017 г.). Проводится совместная исследовательская работа с Институтом биологии и биотехнологии растений (ИББР, г. Алматы, Республика Казахстан).
По инициативе лаборатории экологической биотехнологии на базе ИБФРМ РАН были организованы и проведены совещания и конференции по проблемам биодеградации техногенных загрязнений окружающей среды.
Сотрудниками лаборатории опубликовано более 400 работ, в том числе учебно-методические пособия, атлас растений-фиторемедиантов, главы в коллективных монографиях и сборниках, статьи в ведущих отечественных и международных научных изданиях, получено 10 патентов РФ.

Монографии и главы в монографиях:

Лаборатория поддерживает Коллекцию ризосферных микроорганизмов ИБФРМ РАН (collection.ibppm.ru), которая входит в ее состав 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. С целью уточнения таксономических характеристик ряда оригинальных штаммов азоспирилл проведен сравнительный анализ их полноразмерных генов 16S рРНК, который в совокупности с морфологическими, культуральными, физиолого-биохимическими свойствами, а также данными ДНК-ДНК гибридизации позволил подтвердить или установить видовую принадлежность тестируемых штаммов [87].


Филограмма изолятов SR7, SR15, SR41, SR50, SR55, SR57, SR80, SR88, SR96, SR100, SR103, SR105, SR108, SR109, SR111 и SR115, основанная на сравнении нуклеотидных последовательностей гена 16S рРНК


Микроорганизмы из ризосферы мискантуса гигантского (Miscantus giganteus)Микроорганизмы из ризосферы мискантуса гигантского (Miscantus giganteus)Коллекция постоянно пополняется новыми штаммами стимулирующих рост растений ризосферных микроорганизмов и деструкторов нефтяных углеводородов, ПАУ, пестицидов, 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 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 [68].
Куратор Коллекции ИБФРМ РАН прошла подготовку в Коллекции университета г. Гент, Бельгия по применению масс-спектрометрии MALDI- TOF для идентификации и классификация бактерий.

Памяти Поздняковой Л.И. 29.10.1938 – 19.04.2012
19 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 и в памяти всех, кто ее знал.

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.



Авторизация
Обнаружили неточность?
Если Вы нашли ошибку в тексте – выделите её мышью и нажмите Ctrl+Enter