Микробиология XXI века – стремительно развивающаяся наука, в которой постоянно появляются новые методы и подходы, открываются новые горизонты исследований микромира. Становится особенно необходимым живое общение ученых, обмен новейшими результатами исследований, установление новых контактов, в том числе с представителями образования и бизнеса. С этой целью Межрегиональное микробиологическое общество уже в третий раз организовало Российский микробиологический конгресс, отмечает его оргкомитет. Значительное место в материалах конгресса заняли работы пущинских учёных. Это неслучайно, так как именно в наукограде Пущино проходил в 2017 году Первый российский микробиологический конгресс. Второй состоялся в Саранске в 2019-м году. В этом году 3-й Российский микробиологический конгресс принимал Псков, а его организаторами, наряду с ММО, стали Псковский Государственный Университет и Федеральный Исследовательский Центр Биотехнологии РАН.
Мероприятие проходило с 26 сентября по 1 октября 2021 года. По информации оргкомитета, к трем традиционным сессиям - «Разнообразие и экология микроорганизмов», «Метаболизм и геномика микроорганизмов», «Микробные технологии, включая агробиотехнологии» - в этот раз добавились новая, «Медицинская микробиология». По всем направлениям были представлены пленарные доклады ведущих российских микробиологов, устные секционные и стендовые доклады, прошел конкурс работ молодых ученых, VI Съезд Межрегионального микробиологического общества.
Институт биохимии и физиологии микроорганизмов РАН выступил партнёром конгресса, в состав программного комитета сошла доктор биологических наук Марина Викторовна Донова.
Работы сотрудников Пущинского научного центра биологических исследований представлены в нескольких секциях. Значительное место среди них занимают исследования различных лабораторий ИБФМ РАН. Кроме того, в материалах конгресса - исследования научных сотрудников Института биофизики клетки, Института фундаментальных проблем биологии, являющихся структурным подразделением Федерального исследовательского центра «Пущинский научный центр биологических исследований РАН. Часть исследований выполнена научными коллективами из разных учреждений, к примеру, представителями ФИЦ ПНЦБИ РАН в соавторстве с коллегами из Института белка РАН и ПущГЕНИ.
Доктор биологических наук Ольга Николаевна Озолинь с соавторами (ИБК РАН ФИЦ ПНЦБИ РАН) представила работу «PHK-секретом бактерий». Учёные отмечают, что доступность полноценного сравнительного анализа транскриптомов и экстраклеточных РНК (exRNA), полученных для бактерий разных видов в условиях индивидуального и совместного роста, открыла возможность предметного изучения их взаимного влияния. В рамках выполнения проекта, поддержанного РНФ, учёными из ИБК РАН установлено, что присутствие Rhodospirillum rubrum или Prevotella copri изменяет спектр exRNA Е. coli, увеличивая вклад PHK,имеющих гомологов в других геномах. С использованием конфокальной микроскопии и меченных флуоресцентной меткой PHK из секретомов Rhodospirillum rubrum и Prevotella copri было зарегистрировано их проникновение в клетки Е. coli. Одна из них ингибировала рост Е. coli, а другая его активировала, что свидетельствует о возможности прямого воздействия чужих PHK на геном или транскриптом реципиента. «Таким образом, стало ясно, что exRNA могут участвовать в межвидовых взаимодействиях бактерий, но многие вопросы, связанные с их синтезом и доставкой в целевые клетки, пока находятся на этапе осмысления и формулировки», - отмечают авторы работы.
Доктор биологических наук Марина Викторовна Донова с соавторами в своей работе рассматривают актинобактерии рода Mycolicibacterium как платформу для создания микробных продуцентов ценных стероидных соединений. Авторы отмечают, что микробиологическая трансформация природных стеринов в настоящее время является технологической основой промышленного производства стероидных и других изопреноидных соединений. Из них далее с помощью комбинированных химико-микробиологических синтезов производят широкую номенклатуру востребованных в фармацевтике, пищевой промышленности и ветеринарии препаратов, включая кортикоиды, нейростероиды, половые гормоны, желчные кислоты и другие терпеноидные липиды.
Быстрорастущие сапротрофные актинобактерии рода Mycolicibacterium, такие как M. neoaurum, M. smegmatis, M. fortuitum эффективно метаболизируют природные стерины благодаря наличию эффективных систем транспорта гидрофобных субстратов, полиферментных систем стероидного катаболизма, высокой метаболической пластичности. Модификация основного катаболического пути актинобактерий позволяет не только улучшить биокаталитические свойства продуктов из промышленных штаммов за счет подавления нежелательных активностей, приводящих к образованию побочных производных, но и перенаправлять метаболические потоки в клетке в сторону образования целевых стероидных продуктов. Авторы отмечают высокий потенциал миколицибактерий как платформы для создания эффективных промышленных продуцентов востребованных стероидных соединений.
Доктор биологических наук Людмила Ивановна Евтушенко и ее коллеги обратили внимание участников микробиологического конгресса на задачи общеевропейской системы коллекций микроорганизмов – MIRRI. В настоящее время MIRRI объединяет 52 коллекции микроорганизмов из 10 стран Европы, в их числе российские коллекции, одна из которых расположена в наукограде Пущино на базе ИБФМ РАН.
Одной из основных задач МIRRI является предоставление научному сообществу и производственникам уникальной возможности легитимного доступа к широчайшему спектру высококачественных биоматериалов (микроорганизмов и их производных) и разноплановой информации, касающейся биообъектов, экспертизы, регулятивов и т. д., а также к обширному и разнообразному набору сервисных услуг, выполняемых с использованием современной научно-методической базы и передового опыта партнерских организаций.
Во Всероссийской коллекции микроорганизмов продолжаются работы по созданию единой информационной системы MIRRI. Они включают, в том числе, комплектацию Единого каталога коллекций MIRRI (содержит более 140 000 штаммов микроорганизмов), разработку стратегии и механизмов связи каталожной базы данных MIRRI с различными базами данных Наук о жизни, сбор разрозненных данных по штаммам микроорганизмов из различных источников в мировом информационном пространстве микробиологии, биохимии, биоинформатики, биотехнологии, медицины, сельского хозяйства и т. д. В докладе ученые сообщили о подготовке к запуску системы облачных технологий доступа к данным с участием 37 медико-биологических и биотехнологических инфраструктур Европы, включая MIRRI.
Доктор биологических наук Андрей Евгеньевич Филонов с соавторами из Пущино и Минска рассмотрели гены, вовлеченные в синтез биоПАВ в штаммах родококков-деструкторов углеводородов. Бактерии рода Rhodococcus, продуцирующие в присутствии n-гексадекана сурфактанты гликолипидной природы, способны снижать поверхностное натяжение и эмульгировать гидрофобные субстраты, повышая их доступность для биодеградации. Генетический контроль синтеза биоПАВ у родококков изучен недостаточно. Цель работы группы исследователей – осуществить первичный анализ генетических детерминант, продукты которых могут быть вовлечены в синтез биоПАВ гликолипидной природы у родококков-деструкторов углеводородов (алкан-1-монооксигеназы и ацилтрансферазы). Для бактерий R. erythropolis F2 разработаны специфические праймеры и с помощью RTqPCR определен уровень экспрессии пяти генов, кодирующих синтез алкан-1-монооксигеназ и двух генов, кодирующих синтез ацилтрансфераз. Установлено, что в присутствии n-гексадекана более чем в 5 раз увеличивалась экспрессия только двух генов orf03818 (alkB4) и orf04522 (papA2), соответственно кодирующих синтез алкан-1-монооксигеназы и трегалозо-2-сульфатацилтрансферазы. На следующем этапе работы планируется инактивировать эти гены и сравнить эффективность биодеградации углеводородов исходными и мутантными бактериями, что позволит оценить вклад биоПАВ в этот процесс. Исследование выполнено в рамках научного проекта «Особенности синтеза поверхностно-активных соединений бактериями, эффективно утилизирующими нефть при пониженных и повышенных температурах».
Доктор биологических наук Анатолий Анатольевич Цыганков с коллегами из ИФПБ РАН рассмотрели водородный электрод на основе hydsl гидрогеназы из Thiocapsa bogorovii в топливном элементе с высокой плотностью тока. Топливные элементы на основе твердого электролита используют в качестве катализатора платину. Вследствие ограниченности количества и высокой ее стоимости непрерывно проводятся исследования по замене платины другими катализаторами, в том числе ферментами, отмечают авторы работы.
Гидрогеназа — это металлофермент, катализирующий обратимую активацию молекулярного водорода. Известны три типа гидрогеназ, отличающиеся по структуре и составу металлов в активном центре: [NiFe] — гидрогеназы, [FeFe]-гидрогеназы и [Fe]-гидрогеназы.
HydSL гидрогеназа пурпурной серной бактерии Thiocapsa bogorovii (прежнее название Thiocapsa roseopersicina) BBS относится к группе 1 железоникелевых гидрогеназ, подгруппе 1e (isp-type). Более 40 лет известно, что этот фермент способен к прямому биоэлектрокатализу при иммобилизации на различные углеродные поверхности. Однако токи, описанные для этого фермента, не превышают 1,5 мА/см2. При этом все измерения проводили при погружении электрода в раствор, насыщенный водородом. «Анализируя вольтамперные характеристики электрода при разных температурах, нами показано, что в данных условиях скорость электрокатализа лимитируется не активностью фермента», - отмечают авторы исследования.
Учитывая появившиеся в литературе сообщения о возможности работы различных гидрогеназ в сухом иммобилизованном состоянии на электроде, в данной работе изучали активность гидрогеназного водородного электрода в реальном топливном элементе без растворов (в сухом виде) при использовании в виде кислородного электрода платину. Показано, что максимальная мощность свежесобранного топливного элемента с HydSLгидрогеназой достигала 3,2 мВт при токе около 5 мА/см2. При оценке операционной стабильности обнаружено, что со временем мощность и ток при этой мощности росли. Это свидетельствует о неоптимальной иммобилизации фермента. Через 3500 часов максимальная мощность ТЭ составляла 6,2 мВт при токе более 17 мА/см2. Эти значения всё еще ниже, чем у топливного элемента на основе платины, но существенно выше описанных в литературе для гидрогеназных электродов. Обсуждаются возможности дальнейшего увеличения мощности топливного элемента с использованием HydSL гидрогеназы T. bogorovii. Работа поддержана Российским научным фондом.
Виктория Валерьевна Фокина с соавторами изучали секретируемую холестериноксидазу Nocardioides simplex ВКМ Ac-2033Д. Холестериноксидаза (ХО) — один из ключевых ферментов в метаболизме холестерина, катализирующий окисление холестерина до холест-4-ен-3-она с восстановлением кислорода до перекиси водорода. Холестериноксидаза широко применяется в клинической диагностике — для определения общего холестерина в сыворотке крови, в пищевой промышленности — для детекции растительных стеринов в пищевых продуктах, а также в биотехнологии и биомедицинских исследованиях. Высокая практическая значимость холестериноксидазы вызывает необходимость поиска новых штаммов-продуцентов холестериноксидазы и изучения функциональных свойств синтезируемых ферментов.
«Ранее мы секвенировали и аннотировали геном почвенного непатогенного штамма Nocardioides simplex ВКМ Ac-2033Д, выявили кластеры генов, относящихся к катаболизму стеринов; на основании транскриптомных профилей культур N. simplex, выращенных в различных условиях индукции, выявили гены, кодирующие ферменты катаболизма стеринов. В настоящей работе изучали функциональные свойства секретируемой ХО (KR76_0955) штамма Ac-2033Д», - пишут исследователи. Высокая функциональная активность секретируемой холестериноксидазы N. simplex ВКМ Ас-2033Д, сопоставимая с активностью коммерческих холестериноксидаз из стрептомицетов, а также ее специфичность в отношении различных стеринов определяют высокий потенциал данного фермента для практического применения в различных областях биотехнологии и биомедицины.
Всего в материалах Микробиологического конгресса представлено более 40 работ учёных ФИЦ ПНЦБИ РАН. Крупнейший научный форум микробиологов в очередной раз продемонстрировал, насколько причудлив разнообразен мир прокариот и какие неисчерпаемые ресурсы развития новых технологий в нем заложены.
Фото 1 из личного архива участников Всероссийского микробиологического конгресса.
Фото 2: Представители ИБФМ РАН ФИЦ ПНЦБИ РАН на конгрессе
Фото 3: Коллеров Вячеслав Владимирович, кандидат биологических наук, ИБФМ РАН
Фото 4: Фокина Виктория Валерьевна, кандидат биологических наук, ИБФМ РАН
Фото 5: Михаил Карпов, ИБФМ РАН
Фото 6: Светлана Романовна Фуфаева, ИБФМ РАН
