В 2014 году Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского вошел в состав ФИЦ Биотехнологии РАН.

Научные подразделения Института микробиологии им. С.Н. Виноградского

Лаборатория микробиологии и биогеохимии водоемов | Заведующий: Саввичев А.С.
Лаборатория нефтяной микробиологии | Заведующий: Назина Т.Н.
Лаборатория реликтовых микробных сообществ | Заведующий: Пименов Н.В.
Лаборатория вирусов микроорганизмов | Заведующий: Летаров А.В.
Лаборатория хемолитотрофных микроорганизмов | Заведующий: Булаев А.Г.
Лаборатория микробиологии болотных экосистем | Заведующий: Дедыш С.Н.
Лаборатория экологии и геохимической деятельности | Заведующий: Хижняк Т.В.
Лаборатория микробиологии антропогенных мест обитания | Заведующий: Ножевникова А.Н.
Лаборатория выживаемости микроорганизмов | Заведующий: Николаев Ю.А.
Группа экспериментальной микологии | Руководитель: Терешина В.М.
Отдел биологии экстремофильных микроорганизмов | Заведующая: Бонч-Осмоловская Е.А.
Лаборатория разнообразия и экологии экстремофильных микроорганизмов | Заведующий: Слободкин А.И.
Лаборатория метаболизма экстремофильных прокариот | Заведующий: Кубланов И.В.

 

Лаборатория микробиологии и биогеохимии водоемов
Заведующий – д.б.н. Саввичев А.С.

Направления исследований:

• Исследования активности микробных процессов в морских и пресноводных водоемах
• Исследования геохимических последствий микробных процессов в осадках водоемов
• Изучение активности бактериопланктона в морях Арктики
• Исследование изотопного состава углерода органического вещества водной взвеси в контексте с активностью гетеротрофного бактериопланктона
• Исследования природного феномена – меромиктического водоема Черное море
• Исследование роли микроорганизмов в циклах углерода (в т.ч. метана) и серы в морских и пресноводных водоемах
• Изучение биогеохимической роли аноксигенных фототрофных бактерий в меромиктических водоемах разного типа.

Лаборатория микробиологии и биогеохимии водоемов была создана в 1986 году академиком РАН М.В. Ивановым. Работы, проводимые этой лабораторией, продолжили цикл морских исследований, начатых под руководством М.В. Иванова с начала семидесятых годов в ИБФМ, а с 1986 года в ИНМИ. С 2013 г. лабораторией руководит д.б.н. Саввичев А.С.

Главным объектом исследования лаборатории с момента ее основания были геохимически значимые микробные процессы циклов углерода, в том числе метана, и серы в водной толще и донных осадках как морских, так и пресноводных водоемов. В основе методологии лаборатории заложены ряд положений, сформулированных академиком М.В. Ивановым и являющихся продолжением и развитием отечественной геохимической микробиологии С.И. Кузнецова. В основе методологии лежит комплекс методов: химико-аналитический, микробиологический, радиоизотопный и стабильноизотопный, применяемый для исследования микробной активности в водоемах. Принципиальным моментом методологии является комплексность полевых и лабораторных исследований, что подразумевает проведение значительной части исследований непосредственно в условиях морского экспедиционного рейса. Все радиоизотопные экспозиции должны проводиться на абсолютно свежем материале в условиях, максимально соответствующих естественным местам обитания.

На этапе развития лаборатории сотрудники приняли участие в масштабных экспедициях института океанологии им. П.П. Ширшова на НИС «Дмитрий Менделеев», Академик Вавилов», Академик Иоффе», «Академик Мстислав Келдыш» в Атлантический, Тихий и Индийский океаны. Были получены приоритетные данные по активности микробных процессов цикла углерода и серы в водной толще и донных осадках различных точках Мирового океана. Были получены приоритетные данные о скорости микробного окисления метана в водной толще морей и океанов, включая места масштабного выделения этого газа с поверхности донных отложений (Охотское море и др.). Экспериментально доказано, что метан потребляется в водной толще морских водоемов исключительно за счет деятельности метанотрофных микроорганизмов. Сотрудники лаборатории приняли участие в главных морских экспедициях на гидротермальные поля Атлантического и Тихого океанов. Проведены исследования и опубликованы работы относительно роли бактерий в симбиотрофных ассоциациях с бентосными животными – двустворчатыми моллюсками и погонофорами. Помимо работ на гидротермах, были проведены работы на грязевом вулкане Хаакон Мосби (Норвежское море), характерного высоким потоком метана, наличием газогидратов и аутигенных карбонатов.

Проведены исследования процессов цикла метана в Черном море. На основании анализа многолетних данных, полученных в морских экспедициях, показано, что во всей анаэробной зоне Черного моря, начиная с горизонта появления сероводорода, происходит резкое увеличение содержания метана до дна. В глубоководной зоне нижней части склона и котловины наблюдается близкое к линейному увеличение концентрации метана до горизонта 600-800 метров, глубже содержание CH₄ заметно падает и до дна существенно не меняется, иногда имея придонные максимумы. При этом абсолютные значения концентрации метана, на одних и тех же горизонтах, заметно отличаются по акватории. Показано, что основная часть метана водной толщи образуется микроорганизмами непосредственно в анаэробных водах и составляет величину порядка 630 х 10⁹ М в год. Установлено, что в анаэробной водной толще величина микробного потребления метана (773 х 10⁹ М в год) существенно превышает его продукцию метаногенами. Интенсивность анаэробного потребления метана, в среднем, на 2-3 порядка выше аэробного метанокисления. Предполагается, что дисбаланс микробных процессов цикла метана (порядка 143 х 10⁹ М в год) покрывается дополнительными источниками метана из многочисленных метановых сипов и грязевых вулканов. Высокое содержание метана в анаэробных водах не влияет на его распределение в кислородсодержащих горизонтах, поскольку аэробные и анаэробные воды Черного моря разделены зоной выраженного концентрационного минимума метана. Нижняя граница этого минимума привязана к величине условной плотности 15,7-15,8 единиц. Таким образом, основная часть метана глубоководной зоны, образовавшегося de novo и поступающего дополнительно, потребляется аэробными бактериями в зоне хемоклина и метанотрофными археями в анаэробных водах. Составлен баланс процессов образования и окисления метана в анаэробной зоне Черного моря. Общее количество метана в воде составляет 45.2 х 10¹¹ М или 72,3 млн тонн метана. Современный метаногенез в водной толще оценивается величиной 6.3 х 10¹¹ М в год. В то же время суммарная годовая величина анаэробного окисления метана в воде превышает его продукцию на 1.5 х 10¹¹ М. Дефицит метана покрывается в основном за счет выделения из холодных метановых сипов континентального склона. Продукция биогенного метана в верхнем слое осадков значительно ниже и составляет 27.7 х 10⁷ М в год. Основная часть этого метана участвует в образовании кристаллогидратов в глубоководных донных осадках, где имеются благоприятные термо-барические условия.

На основании литературных и собственных экспериментальных данных установлено, что экосистема Каспия возвращается к состоянию первых тридцати лет ХХ-го века при высоком уровне моря, когда сероводород в глубоководных котловинах обнаруживался постоянно. В придонных водах двух впадин было обнаружено присутствие сероводорода. С 1929 г началось падение уровня моря, что привело к исчезновению сероводорода. С 1978 года начинается подъем уровня Каспийского моря. В 2012 г. было показано, что в нижней водной толще Дербентской и Южной котловин присутствовал сероводород. Исследования показали, что сероводород имеет микробное происхождение, что указывает на существенные изменения в современном состоянии Каспийского моря.

При изучении аэробных донных осадков Белого и Карского морей сотрудниками лаборатории был обнаружен эффект заметного утяжеления изотопного состава углерода органического вещества взвеси и было доказано, что этот эффект связан с повышенной активностью темновой ассимиляции СО₂, зависящей от развития хемоавтотрофных микроорганизмов, окисляющих H₂S, NH₃ и другие восстановленные соединения, поступающие в придонную воду из донных осадков. В отличие от ранее изученных морей, Чукотское море характеризуется более высокой первичной продукцией органического вещества и, как следствие, более высоким содержанием (>2%) органического углерода в самых верхних горизонтах осадков. Поэтому в этих осадках развиваются не только хемоавтотрофные, но и анаэробные сульфатредукторы, активно потребляющие изотопно-тяжелое органическое вещество, синтезируемое хемоавтотрофами. Поэтому в осадках с преобладающей активностью сульфатредукции изотопный состав остаточного (не потребленного) органического углерода не утяжеляется, а наоборот становится изотопно более легким.

Проведено исследование сообщества аноксигенных фототрофных бактерий водной толщи стратифицированного озера Кисло-Сладкое, недавно отделившегося от моря (Кандалакшский залив Белого моря). Из проб воды озера было выделено 9 штаммов аноксигенных фототрофных бактерий. По результатам анализа гена 16S рРНК выделенные АФБ являются представителями четырех известных родов (Clorobium, Thiocapsa, Thiorhodococcus, Rhodovulum). Практически все выделенные штаммы оказались отличными от ранее известных видов. Среди выделенных видов присутствовали морские коричнево-окрашенные зеленые серные бактерии Ch. phaeovibrioides, пурпурные серные бактерии Thiorhodococcus sp., и пурпурные несерные бактерии Rhodovulum sulfidophilum. Получены количественные характеристики первичной продукции аноксигенных фототрофных бактерий.

Работы лаборатории выполнялись в рамках различных международных программ, грантов РФФИ и программ Президиума РАН “Происхождение жизни и эволюция гео-биологических систем”, “Молекулярная и клеточная биология”, “Изменение окружающей среды и климата: природные и связанные с ними техногенные катастрофы“.

С 2004 года лаборатория является участником крупного российско-американского проекта Russian-American Long-term Census of the Arctic (RUSALCA) http://www.arctic.noaa.gov/aro/russian-american/. В рамках проекта сотрудники лаборатории приняли участие в трех морских экспедициях в Чукотское и Восточно-Сибирское моря. Дана оценка численности бактериопланктона, величине бактериальной продукции, величине изотопного состава углерода органической взвеси и органичекой составляющей донных осадков. Показана ведущая роль микробной деятельности в поверхностном слое осадков в трансформации органического вещества.

Геологическая деятельность микроорганизмов в водоемах. Принципиально новые данные были получены в результате пионерных работ сотрудников лаборатории на глубоководных гидротермальных полях в рифтах Срединно-Океанических хребтов. Впервые получены количественные оценки скоростей микробных процессов окисления восстановленных соединений и скорости ¹⁴СО₂-ассимиляции в зонах выхода гидротермальных растворов. На основе этих данных были сделаны оценки величины продукции хемосинтеза в современном Мировом океане. Проведение микробиологических исследований в зонах разгрузки водно-газовых флюидов, содержащих метан (метановые сипы) позволило выявить участие различных физиологических групп микроорганизмов в окислении восстановленных соединений (H₂S, H₂, CH₄, и др.), поступающих в составе сипов. В рамках Международных европейских Программ изучения Черного моря коллективу лаборатории были поручены все микробиологические исследования процессов, происходящих в водной толще и донных осадках Черного моря. Впервые, на основании собственных экспериментальных данных с использованием изотопных маркеров (14С) были сделаны оценки микробной продукции и микробного потребления метана в Черном море, что позволило создать количественную балансовую модель метана в этом уникальном водоеме. В связи с расширением работ по изучению и освоению Арктики сотрудниками лаборатории впервые проведены исследования количества и состава микроорганизмов и скоростей микробных процессов в водной толще и осадках шести Арктических морей России: Белого, Баренцева, Карского, моря Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского морей. Работы проводились в составе крупных комплексных российских и международных океанологических экспедиций. В результате проведения этих работ были получены доказательства активной геохимической деятельности микроорганизмов в условиях круглогодично низких температур Заполярья. Результаты проведенных исследований опубликованы в ведущих отечественных и зарубежных журналах, а также в монографиях на русском и английском языках.

Участие в морских экспедициях начиная с 2012 года: Русанов И.И. – участие в экспедиции по проекту РФФИ офи-М «Метановая катастрофа» в Чукотское, Восточно-Сибирское и море Лаптевых в августе-сентябре 2012 г. Саввичев А.С., Захарова Е.Е. – участие в российско-американской экспедиции на НИС «Профессор Хромов» в Чукотское и Восточно-Сибирское моря в авг-сент. 2012 г. Саввичев А.С., Исаева О.Н. –экспедиция в Кандалакшский залив Белого моря для изучения водоемов, имеющих частичную связь с основным морским бассейном в сентябре 2014 г. Саввичев А.С., Захарова Е.Е. – участие в экспедиции на НИС «Рифт» в июне 2013 г. в Каспийское море. Русанов И.И. – участие в экспедиции ИО РАН в Черное море (46 рейс НИС «Рифт») с 13 ноября по 13 декабря 2013 г. Саввичев А.С. – участие в экспедиции НИС «Академик Мстислав Келдыш» в моря Карское и Лаптевых с 22 авг. по 12 окт. 2015 г. Русанов И.И. – участие в комплексной экспедиции на НИС «Дальние Зеленцы» в Баренцево море в августе-сентябре 2015 г. 2016 г.: Комплексные исследования микробной биогеохимии. Сев. Атлантика 60-й градус; Мурманская обл. губа Канда; Карское и Баренцево моря; Черное море. 2017 г. :Саввичев А.С., Русанов И.И.  – участие в комплексной экспедиции в Баренцево море, оз. Большие Хрусломены Кандалакшского залива Белого моря.

В 2017-2018 гг. по результатам исследований внутреннего морского водоема – залива Канда-губы, получены приоритетные данные о биогеохимической активности микробного сообщества водной толщи водоема.

Проведены исследования влияния биогеохимических процессов, воздействующих на потоки органического вещества в Крымском секторе Черного моря. Впервые для исследуемой акватории Черного моря выявлены пики содержания и продукции метана в кислородсодержащей водной толще, совпадающие с зонами повышенного содержания взвеси.

Проведены исследования сообщества аноксигенных фототрофных бактерий (АФБ) меромиктического оз. Трехцветное (Кандалакшский залив Белого моря). Показано формирование высокоплотного слоя зеленоокрашенных (з/о) зеленых серобактерий (ЗСБ) c общей численностью не менее 10⁸ кл. мл^–1. Отмечено развитие коричневоокрашенных (к/о) ЗСБ. Показано, что в летние сезоны к/о ЗСБ занимают необычное для них положение над слоем зеленой воды. Из слоя хемоклина меромиктического оз. Трехцветное выделены 4 культуры аноксигенных фототрофных бактерий: зеленых серных, несерных и серных пурпурных бактерий. Коричнево- и зеленоокрашенные штаммы ЗСБ оказались филогенетически близкими между собой и с типовым видом Chlorobium phaeovibrioides.

Проведены исследования донных осадков Ямальского сектора Карского моря, который является потенциально уязвимым к загрязнению сектором Арктики. Получены характеристики содержания органического вещества (ОВ), изотопного состава углерода ОВ. С помощью высокопроизводительного секвенирования гена 16S рРНК выявлены физиологические группы микроорганизмов, ответственные за протекание процессов продукции и окисления метана, сульфатредукции и окисления восстановленных соединений серы. Проведены исследования гидрохимии и скорости микробных процессов в водной толще восточного сектора Черного моря. Показано, что в отсутствие интенсивного зимнего перемешивания наблюдалось низкое содержание взвеси, Сорг взвеси и биогенных элементов (БЭ) в водной толще. Показано, что даже в условиях низких концентраций БЭ в фотическом слое глубоководной зоны моря протекают процессы фотосинтеза, обеспечивающие органическим субстратом гетеротрофные водные сообщества.

 

Лаборатория нефтяной микробиологии
Заведующий – д.б.н. Назина Т.Н.

Лаборатория нефтяной микробиологии создана 1 апреля 1996 г. в составе отдела микробной биогеохимии и биогеотехнологии (зав. отделом академик М.В. Иванов). Первым руководителем лаборатории был д.б.н., профессор, лауреат Премии Правительства РФ в области науки и техники Беляев Сергей Семенович. В составе лаборатории в разное время работали такие известные ученые как д.б.н., лауреат Премии Правительства РФ в области науки и техники Е.П. Розанова, к.б.н. Э.Г. Суровцева, к.б.н. И.С. Звягинцева, к.б.н., лауреат Премии Правительства РФ в области науки и техники Е.И. Милёхина. С октября 2013 г. лабораторию нефтяной микробиологии возглавляет д.б.н., лауреат Премии Правительства РФ в области науки и техники Т.Н. Назина.

Направления исследований:

• Распространение, филогенетическое разнообразие и геохимическая деятельность микроорганизмов в месторождениях нефти, газа и других подземных экосистем и выявление факторов, стимулирующих или угнетающих развитие этих микроорганизмов в подземных экосистемах;
• Биологические и метаболические свойства микроорганизмов, субстратами или метаболитами которых являются нефтяные углеводороды, а также другие микроорганизмы, обитающиы в нефтяных месторождениях и подземных водах;
• Нефтеокисляющие бактерии (в том числе, ацидофильные, галофильные и термофильные) и разработка биопрепаратов для борьбы с нефтяными загрязнениями почв, воды и нефтяного оборудования;
• Изучение генов биодеградации н-алканов и методов детекции углеводородокисляющих бактерий в природных средах на основе генов alkB;
• Выделение и изучение микроорганизмов, образующих поверхностно-активные вещества;
• Воздействие микроорганизмов на радионуклиды (биосорбция, биоаккумуляция, восстановление);
• Выделение и изучение сульфатредуцирующих бактерий и оценка эффективности борьбы с коррозионно-активными микроорганизмами на технологических объектах нефтедобычи, нефтеподготовки и транспортировки;
• Разработка подходов к регуляции геохимической деятельности микроорганизмов в условиях нефтяного пласта и создание микробиологических методов повышения нефтеотдачи (биотехнологий повышения нефтеизвлечения);
• Механизмы адаптации микробных популяций к стрессовым факторам окружающей среды, в том числе и антропогенной природы;
• Структура, состав и формирование моно- и мультивидовых микробных биопленок.

Лаборатория проводит фундаментальные исследования микробных сообществ подземных экосистем, в первую очередь, связанных с залежами углеводородов. Исследованы закономерности распространения микроорганизмов разных физиологических групп в разрабатываемых нефтяных месторождениях. Определены скорости и масштабы современной геохимической деятельности метанобразующих, сульфатредуцирующих и ацетогенных микроорганизмов в нефтяных пластах. Созданы коллекции чистых культур аэробных органотрофных, в том числе, углеводородокисляющих бактерий, а также анаэробных бродильных, сульфатредуцирующих и метанобразующих микроорганизмов, выделенных из нефтяных пластов. Выполнены исследования биологии, метаболизма и таксономии выделенных культур, ряд культур отнесен к новым родам и видам. Фундаментальные исследования сотрудников лаборатории успешно сочетаются с их применением в нефтедобывающей промышленности.

Получены важные результаты при изучении одновременного воздействия нескольких стрессовых факторов на рост и развитие углеводородокисляющих микроорганизмов, что позволяет объяснить факт существования метаболически активных микроорганизмов в неблагоприятных условиях природных экотопов.

Проводятся приоритетные экологические исследования микроорганизмов загрязненных радионуклидами подземных экосистем и воздействия бактерий на радионуклиды. Исследованы микроорганизмы подземных вод, отобранные в районе расположения озера-болота Карачай (”ПО ”Маяк”). Полученные в 2015 г. результаты способствуют выяснению роли микроорганизмов в миграции радионуклидов в этой новой подземной техногенной экосистеме.

В 2017 г. В результате испытаний биотехнологии повышения нефтеизвлечения впервые определено функциональное и филогенетическое разнообразие метаболически активных прокариот в месторождениях нефти на высокотемпературном месторождении Даган (КНР). Продемонстрирована высокая эффективность применения технологии активации пластовой микрофлоры для вытеснения нефти из высокотемпературных нефтяных пластов. Отмечено образование биосурфактантов и снижение вязкости нефти в пласте в ходе испытаний. По расчетам китайских специалистов, на 2017 год на трех опытных участках месторождения Даган было получено 46152 т дополнительной нефти и продемонстрирована высокая эффективность применения технологии активации пластовой микрофлоры для вытеснения нефти из высокотемпературных нефтяных пластов. В 2017 году за разработку и применение метода повышения нефтеотдачи на нефтяных пластах Китая и вклад в развитие нефтяной микробиологии руководитель работ академик М.В. Иванов получил Премию Шанхайского международного общества науки и технологии (исполнители: д.б.н. Назина Т.Н., к.б.н. Семенова Е.М., н.с. Кострюкова Н.К., к.б.н. Бабич Т.Л., д.б.н. Турова Т.П., академик Иванов М.В.).

Лаборатория принимает участие в исследовательских проектах совместно с другими отечественными лабораториями и международными партнерами. Партнерами лаборатории в разные годы были: ИМБ РАН, Glori Energy Inc. (США), Восточно-Китайский Университет науки и технологии (Шанхай, КНР), Университет Шизуоки (Shizuoka University, Shizuoka, Япония) и др. В лаборатории проводились совместные научные исследования с компаниями ОАО «Татнефть», Китайской национальной нефтяной компанией (КНР). Многие приоритетные результаты защищены международными и российскими патентами.

Сотрудники лаборатории ежегодно участвуют в различных отечественных и международных мероприятиях в качестве экспертов, докладчиков и слушателей. C 2008 г. по наст. время д.б.н. Т.Н. Назина является членом Международного Оргкомитета Международного симпозиума по подземной микробиологии (International Symposium of Subsurface Microbiology, ISSM).

В лаборатории постоянно проводится работа по подготовке молодых специалистов. За время существования лаборатории по тематике исследований была защищена 1 докторская и 11 кандидатских диссертаций.

 

Лаборатория хемолитотрофных микроорганизмов
Заведующий – к.б.н., в.н.с. Булаев А.Г.

Лаборатория хемолитотрофных микроорганизмов образована в 1996 г. на базе существовавшей с 1982 года лаборатории микробной трансформации минералов, в свою очередь организованной на основе лаборатории горных пород. Возглавлял ее до сентября 2006 г. чл.-корр. РАН, д.б.н. Григорий Иванович Каравайко ‒ создатель и многолетний руководитель ведущей научной школы «Рудная микробиология». С 2007 г. заведующим лабораторией являлась д.б.н. Тамара Федоровна Кондратьева, а с 2013 ‒ к.б.н. Александр Генрихович Булаев.

Направление научных исследований:

• Разнообразие ацидофильных микроорганизмов;
• Разнообразие нитрифицирующих микроорганизмов;
• Физиология и геномика микроорганизмов;
• Разработка и оптимизация биогидрометаллургических технологий переработки отходов металлургии.

В течение 30 лет основной особенностью лаборатории была и остается теснейшая связь фундаментальных и прикладных исследований. Изучается видовое и штаммовое разнообразие сообществ хемолитотрофных микроорганизмов в природных и техногенных экосистемах, особенности их фенотипических и генотипических свойств, роль в трансформации неорганических субстратов. Разработаны фундаментальные основы новых биогеотехнологий получения цветных и благородных металлов из сульфидных руд, концентратов, промпродуктов горноперерабатывающей и металлургической промышленностей, обеспечивающих рациональное и комплексное использование сложных по составу твердых полезных ископаемых, для которых альтернативные технологии либо отсутствуют, либо нерентабельны, и очистки промышленных стоков и территорий от загрязнений цианидами, нитратами, тяжелыми и токсичными металлами.

Создана коллекция промышленно важных штаммов ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов.

Внесен существенный вклад в совершенствование существующих технологий и разработку новых, комбинированных технологий выщелачивания цветных металлов и извлечения благородных металлов из сульфидных руд, концентратов и промпродуктов. В 2008 г. в составе авторского коллектива работы «Создание в условиях Крайнего Севера высокотехнологичного производства по добыче и переработке золотосодержащих руд при промышленном освоении месторождения «Олимпиадинское», представленной ЗАО «Полюс», чл.-корр. РАН, д.б.н., проф. Каравайко Г.И. удостоен премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники 2007 г. (посмертно) (постановление Правительства РФ от 27 февраля 2008 г. № 121).

Лаборатория занимается оптимизацией биогидрометаллургических технологий и разработкой новых, изучением разнообразия ацидофильных микроорганизмов, используемых в биогидрометаллургии, а также исследованием нитрифицирующих микроорганизмов.

Сотрудники лаборатории являются ведущими специалистами по разработке и оптимизации биогидрометаллургических процессов и лидерами в области микробиологии ацидофильных микроорганизмов применяемых в России биогеотехнологий; они принимали участие научно-исследовательских работах по разработке новых и модификации известных биогеотехнологий получения цветных металлов и благородных металлов из сульфидных руд, концентратов и техногенных отходов. Разработан новый способ для интенсификации выщелачивания золотосодержащих сульфидных концентратов. Предложено включить в процесс окисления сульфидных концентратов первую стадию высокотемпературного химического окисления при температуре 70‒80^оС раствором трехвалентного железа и последующее биологическое окисление на второй стадии.

Проведены предварительные исследования для разработки технологий переработки отходов обогащения и пирометаллургических производств. В ходе исследований продемонстрирована принципиальная возможность биовыщелачивания отходов обогащения и химического выщелачивания отходов пирометаллургических производств. Остаются нерешенными ряд технологических проблем: поиск доступного источника трехвалентного железа, проблема регенерации окислителя микробным окислением при высокой температуре, проблема селективного разделения цветных металлов и железа, что является необходимым в случае переработки отходов обогащения. Предложен способ интенсификации процесса биоокисления сульфидного сырья путем внесения в среду органических питательных веществ.

У коллектива имеется большой опыт изучения сообществ ацидофильных микроорганизмов, как с помощью выделения чистых культур, так и молекулярно-биологическими методами, а также исследования физиолого-биохимических характеристик выделенных штаммов. Членами коллектива было выделено в чистые культуры более 50 штаммов представителей экстремофильных микроорганизмов, доминирующих в лабораторных и промышленных реакторах биовыщелачивания. Впервые выделены и описаны были такие микроорганизмы как Sulfobacillus thermosulfidooxidans, S. thermotolerans, S. sibiricus, Ferroplasma acidiphilum. В лаборатории были проведены работы по изучению механизмов генетической изменчивости ацидофильных микроорганизмов при адаптации к различным энергетическим субстратам. Была проведена работа по изучению биохимии метаболизма бактерий р. Sulfobacillus. С помощью метода создания библиотеки клонов генов 16S рРНК определен состав микробного сообщества и пульпы промышленных реакторов и впервые показано доминирование в сообществе вида Acidiferrobacter thiooxydans. Впервые для представителей семейства Ferroplasmaceae на примере штамма Acidiplasma MBA-1 продемонстрирована способность к окислению элементной серы. Были проведены работы по секвенированию геномов штаммов штаммов Acidiplasma MBA-1, A. aeolicum VT, A. cupricumulans BH2T, ‒ впервые для представителей этого рода. Совместно с ИФХМ РАМН проведено секвенирование генома типового штамма Sulfobacillus thermotolerans.

Сотрудники лаборатории внесли решающий вклад в изучение разнообразия нитрифицирующих микроорганизмов. Выделены и изучены были такие микроорганизмы как Nitrospira moscoviensis, первые известные умеренно-термофильные нитрифицирующие микроорганизмы «Candidatus Nitrosophaera gargensis» и «Candidatus Nitrosotenuis uzonensis«.

В 2015 г. впервые показана способность умеренно термофильной бактерии р. Nitrospira осуществлять процесс полной нитрификации. Метагеномный анализ бинарной культуры, состоящей из представителей рода Nitrospira и семейства Hydrogenophilaceae (класс β-Proteobacteria), показал, что Nitrospira содержит в геноме гены ферментов обеих стадий нитрификации (аммиакмонооксигеназы, гидроксиламиноксидоредуктазы и нитритоксидоредуктазы). Данные результаты имеют существенное значение для микробиологии в целом, так как меняют представление о двухфазной схеме нитрификации, осуществляемой двумя группами микроорганизмов и существующей на протяжении 120 лет (к.б.н. Лебедева Е.В., к.б.н. Булаев А.Г.).

В 2017 г. Впервые в чистую культуру была выделена бактерия Nitrospira inopinata, осуществляющая полное окисления аммония до нитрата (Сomammox процесс,) и изучены особенности ее физиологии. В условиях непрерывного культивирования было показано, что данная бактерия обладает высоким сродством к одному из окисляемых субстратов — аммонию, при этом обладает достаточно низким сродством к нитриту. Было показано, что Nitrospira inopinata превосходит по сродству к субстрату нитрифицирующие аммоний окисляющие археи, тогда как другие известные бактерии обладают значительно более низким сродством к аммонию, чем археи. Полученные результаты позволяют выдвинуть предположения об экологической специализации Comammox бактерий (к.б.н. Лебедева Е.В., к.б.н. Булаев А.Г.; опубликовано в Nature. 2017. V. 549 (7671). P. 269-272. doi: 10.1038/nature23679).

Исследования сотрудников лаборатории были поддержаны программами Президиума РАН, грантами РФФИ, Президента Российской Федерации, субсидиями Минобрнауки. В лаборатории выполняются хоздоговорные работы с предприятиями РФ и СНГ по оптимизации и разработке биогидрометаллургических технологий. На часть разработок получены отечественные патенты.

Сотрудники лаборатории ежегодно участвуют в различных отечественных и международных мероприятиях в качестве экспертов, докладчиков и слушателей. Проводится работа по подготовке молодых специалистов. За время существования лаборатории по тематике исследований были защищены более 10 кандидатских диссертаций.

Лаборатория гипертермофильных микробных сообществ
(с 2017 г. ‒ Отдел биологии экстремофильных микроорганизмов)
Заведующий – д.б.н., проф. Бонч-Осмоловская Е.А. (с 2016 г. – чл.-корр. РАН)

Лаборатория была организована в 1996 г. из группы, входившей в состав лаборатории микробных сообществ (руководитель академик Г.А. Заварзин) и вошла в Отдел микробных сообществ, также руководимый Г.А. Заварзиным. С 2012 года существует как самостоятельная лаборатория в составе ИНМИ РАН. С момента основания лаборатории и до сегодняшнего дня ее руководителем является д.б.н. Е.А. Бонч-Осмоловская. За этот период была значительно расширена область компетенции членов лаборатории, которая, помимо классической микробиологии, включает геномику, биоинформатику, энзимологию термофильных прокариот.

• Направления исследований:
• Филогенетическое разнообразие термофильных прокариот;
• Метаболическое разнообразие термофильных прокариот;
• Характеристика новых типов катаболического обмена у термофильных микроорганизмов;
• Использование С1 соединений термофильными прокариотами;
• Восстановление неорганических акцепторов электронов термофильными прокариотами;
• Характеристика глубоких филогенетических ветвей прокариот;
• Анализ полных геномов новых термофильных прокариот;
• Метагеномный анализ термофильных микробных сообществ;
• Термостабильные гидролазы из новых термофильных прокариот;
• Терминальные оксидоредуктазы термофильных прокариот.

Лаборатория занимается исследованием филогенетического и метаболического разнообразия термофильных прокариот, а также возможности их применения в биотехнологии. Основное внимание уделяется трудным для культивирования группам с необычным катаболизмом, а также представителям новых филогенетических линий.

В рамках основного направления работы:

• Исследованы микробные сообщества природных термальных местообитаний различного происхождения и географического положения: наземные горячие источники вулканического и рифтового происхождения, морские мелководные и глубинные гидротермы, подземные высокотемпературные экосистемы. Сотрудниками лаборатории выделен, полностью охарактеризован и узаконен 91 новый таксон термофильных прокариот, в том числе новый филум, новый класс, 4 порядка, 3 семейства, 25 родов.
• Создана коллекция термофильных прокариот, включающая более 400 штаммов термофильных и гипертермофильных бактерий и архей.
• Выделены первые термофильные представители филума Planctomycetes.
• Охарактеризованы новые метаболические группы термофилов, в том числе анаэробные гидрогеногенные карбоксидотрофы, гипертермофильные археи, анаэробно использующие формиат с образованием водорода, термофильные железоредукторы, термофильные литоавтотрофные бактерии, осуществляющие дипропорционирование соединений серы.

Помимо классических культуральных методов, в лаборатории широко используются биоинформатический и молекулярно-экологический подходы:

• На основании анализа полных геномов новых термофильных прокариот выявлены генетические детерминанты гидрогеногенной карбоксидотрофии, а также новый тип катаболического обмена – анаэробное разложение формиата, идущее с образованием водорода, гены, обуславливающие способность к росту с нерастворимыми акцепторами электронов, в частности, с оксидом железа, гены, кодирующие новые гидролазы, в том числе архейную мультидоменную гликозидгидролазу.
• В геномах новых термофильных планктомицетов идентифицированы гены, кодирующие новые термостабильные гидролазы, впоследствии охарактеризованные экспериментально.
• Разработаны методы анализа микробных сообществ путем количественной оценки генов, кодирующих ключевые ферменты целевых микробиологических процессов.
• Путем анализа библиотек клонов генов mcrA из наземных горячих источников выявлены новые филогенетические группы метаногенных архей, доминирующие в этих местообитаниях. Выявлена новая группа термоацидофильных сульфатредукторов.

Прикладные исследования лаборатории связаны, в первую очередь, с поиском продуцентов новых термостабильных гидролаз для различных областей биотехнологии:

• Выделены и охарактеризованы гипертермофильные археи, способные росту за счет гидролиза целлюлозы и ксилана, а также термофильные и гипертермофильные прокариоты способные полностью разлагать устойчивые к гидролизу белки (альфа- и бета-кератины)
• Выделена первая факультативно-анаэробная термофильная бактерия Melioribacter roseus, способная в анаэробных условиях полностью окислять биополимеры, в том числе целлюлозу. Новым ферментам дана первичная биохимическая характеристика.

Лаборатория гипертермофильных микробных сообществ участвует в большом количестве российских и международных проектов. С 2012 по 2015 гг. лаборатория участвовала в Проекте “Hotzyme” (Systematic screening for novel thermostable hydrolases), в котором участвовало 13 рабочих групп из 10 стран, в том числе два индустриальных партнера (Sigma-Aldrich и Novozymes). В проекте лаборатория выполняла ключевую роль, обеспечивая доступ к новым термофильным микроорганизмам-гидролитикам и метагеномам из термальных местообитаний. В результате совместной работы консорциума выявлены и полностью охарактеризованы новые термостабильные гидролазы с заданными индустриальными партнерами свойствами.

За время существования лаборатории 3 сотрудников защитили докторские диссертации, 9 – кандидатские. В 2012 году зав. лабораторией д.б.н. Е.А. Бонч-Осмоловская за выдающиеся достижения в области микробиологии удостоена премии им. С.Н. Виноградского. Сотрудники лаборатории ежегодно принимают участие в профильных международных научных мероприятиях – конгрессах ISME (Международное Общество микробной экологии), конгрессах “Extremophiles” и “Thermophiles”, где выступают с приглашенными пленарными и секционными докладами. В 2014 году лаборатория гипертермофильных микробных сообществ была главным организатором 10 Международного конгресса “Extremophiles-2014”, прошедшего в Санкт-Петербурге и собравшего 450 участников из 40 стран мира, в том числе 90 человек из различных научных и учебных учреждений РФ. В 2014 году коллектив лаборатории получил грант Президента РФ по поддержке ведущих научных школ.

В 2015 г. в совместной работе с ИМБП РАН было показано сохранение жизнеспособности спорообразующей термофильной бактерии Thermoanaerobacter siderophilus после прохождения атмосферы Земли внутри искусственного метеорита, зафиксированного на поверхности спутника Фотон-М4. Идентичность штамма была подтверждена анализом последовательности гена 16S рРНК и физиологическими тестами. Это первое свидетельство выживания живого объекта внутри искусственного метеорита после перехода с орбиты в атмосферу Земли со скоростью, близкой к скоростям природных метеоритов. (д.б.н. Слободкин А.И., к.б.н. Гаврилов С.Н.).

В 2017 г. на основании анализа полного генома Caldithrix abyssi — первого представителя нового филума бактерий Calditrichaeota., обнаружена способность этой бактерии расти на сахарах, включая олиго- и полисахариды (такие как целлобиоза, ксилогюкан, глюкоманнан и крахмал); выявлены пять различных гидрогеназ, ответственных как за синтез, так и за потребления водорода; обнаружена новая нитритредуктаза eHao, а также предложены новые механизмы переноса электронов в ходе нитрат-нитритного дыхания и генерации трансмембранного потенциала (Кубланов И.В., Гаврилов С.Н., Черных Н.А., Мирошниченко М.Л., Бонч-Осмоловская Е.А.).

Обнаружен новый микробный процесс трансформации неорганических соединений, связывающий биогеохимические циклы азота и серы — диссимиляционное восстановление нитрата в аммоний с элементной серой в качестве донора электронов. Термофильные анаэробные бактерии могут расти автотрофно с элементной серой в качестве донора электронов и нитратом в качестве акцептора электронов, образуя сульфат и аммоний. О способности представителей классов Thermodesulfobacteria и Deltaproteobacteria анаэробно окислять соединения серы ранее не сообщалось, и члены этих таксонов рассматривались исключительно как участники восстановительной части биогеохимического цикла серы. Аммонификация нитрата с элементной серой может быть важным, прежде неизвестным микробным процессом первичной продукции органического вещества в термальных экосистемах (Слободкина Г.Б., Черных Н.А., Бонч-Осмоловская Е.А., Слободкин А.И.).

В 2017 г. лаборатория была преобразована в Отдел биологии экстремофильных микроорганизмов с двумя лабораториями в своем составе:

• Лаб. разнообразия и экологии экстремофильных микроорганизмов (заведующий – д.б.н. Слободкин А.И.)
• Лаб. метаболизма экстремофильных прокариот (заведующий – к.б.н. Кубланов И.В.)

 

Лаборатория микробиологии болотных экосистем
Заведующий – д.б.н. Дедыш С.Н.

Лаборатория создана в 2008 году на базе новой группы, сформированной в лаборатории реликтовых микробных сообществ в 2002 г. для выполнения проекта Программы Президиума РАН «Молекулярная и клеточная биология». Руководителем лаборатории с момента ее основания была С.Н. Дедыш.

Направления исследований:

• Молекулярный анализ микробного разнообразия в экосистемах;
• Биология и экология метанотрофных бактерий;
• Идентификация фильтрующихся форм прокариот пресных вод;
• Микробные агенты деструкции органического вещества в северных болотных экосистемах;
• Характеристика малоизученных фил бактерий – Planctomycetes и Acidobacteria;
• Метатранскриптомика микробных сообществ болотных экосистем;
• Структура и состав микробных сообществ торфяников, пострадавших от пожаров.

Область научных исследований – изучение филогенетического разнообразия и функциональной структуры микробных сообществ северных болот, а также описание новых микроорганизмов из этих экосистем. Методическая идеология исследования – органичное сочетание молекулярных и культуральных подходов.

Лаборатория имеет собственную инструментальную базу, необходимую для проведения молекулярной идентификации и детекции микроорганизмов с привлечением метода in situ гибридизации с рРНК-специфичными флуоресцентно-мечеными олигонуклеотидными зондами (метод FISH, fluorescent in situ hybridization). Коллектив лаборатории обладает большим опытом разработки и применения новых флуоресцентных зондов различного уровня специфичности.

Лаборатория реализует ряд современных молекулярных методов идентификации и детекции микроорганизмов: идентификация микроорганизмов с помощью филогенетического анализа генов 16S рРНК и функциональных генов; анализ состава микробных сообществ с помощью пиросеквенирования ампликонов генов рРНК; идентификация популяций метанотрофных бактерий в природных образцах с помощью пиросеквенирования ампликонов pmoA генов; молекулярная идентификация фильтрующихся микроорганизмов; анализ метаболически активных компонентов микробных сообществ с помощью метатранскриптомного анализа.

В лаборатории разработаны эффективные подходы к выделению, культивированию и исследованию ацидобактерий (филогенетическая группа Acidobacteria), планктомицетов (филогенетическая группа Planctomycetes), ацидофильных и психротолерантных метано- и метилотрофных бактерий.

Лаборатория занимается изучением филогенетического разнообразия и функциональной структуры микробных сообществ северных болот ‒ одной из доминирующих наземных экосистем Северного полушария и центра формирования ультрапресных вод. Сотрудниками лаборатории выполнен ряд приоритетных работ по молекулярному анализу состава микробных сообществ этих биосферно важных экосистем с помощью высокопроизводительного секвенирования функциональных и филогенетических генов, флуоресцентной in situ гибридизации и метатранскриптомики. Лаборатория является международным лидером в культивировании и описании бактерий северных болотных экосистем, подавляющее большинство которых имеют статус «некультивируемых», в том числе ацидобактерий и планктомицетов. Сотрудниками лаборатории описано 19 новых родов и 35 видов бактерий, а также 1 новое семейство. Все эти таксоны валидированы Международным комитетом по систематике прокариот. Цикл работ «Обнаружение бактерий малоизученной филогенетической группы Planctomycetes в сфагновых болотах с использованием молекулярных и культуральных подходов», опубликованный в журнале Микробиология, получил премию МАИК «Наука/Интерпериодика» 2007 года.

Лаборатория является единственным российским коллективом, имеющим опыт работы с ацидобактериями. Треть всех ныне известных представителей этой филогенетической группы бактерий описана сотрудниками лаборатории. В лаборатории выполнено первое системное исследование фильтрующихся (проникающих через «бактериальные» фильтры с порами диаметром 0.22 мкм) микробных клеток в природных резервуарах пресных вод севера Европейской части России ‒ малых озерах и болотных экосистемах водосбора Верхней Волги, а также Рыбинском водохранилище. Цикл работ «Фильтрующиеся формы микроорганизмов в пресноводных экосистемах севера России», опубликованных в журнале Микробиология, получил премию МАИК «Наука/Интерпериодика» 2014 года. Работы по идентификации фильтрующихся форм микроорганизмов были также выполнены в рамках договора с ОАО «Мосводоканал». Международный приоритет достигнут в области исследования ацидофильных метанотрофных бактерий, факультативных метанотрофов, а также микробных агентов окисления С₁-соединений северных наземных экосистем.

Одно из важных направлений работы составляют исследования структуры и состава микробных сообществ торфяников, пострадавших от пожаров, для установления возможных нарушений биосферных функций этих экосистем. Исследования лаборатории были поддержаны грантами программ Президиума РАН «Молекулярная и клеточная биология» и «Природные катастрофы и адаптационные процессы в условиях изменяющегося климата и развития атомной энергетики», а также многочисленными грантами РФФИ, в том числе международными.

Основные результаты исследований 2015-2018 гг.:

В поймах небольших рек, являющихся притоками Оби и Иртыша, выявлен ранее неучтенный и неисследованный источник поступления метана в атмосферу – холодные грязевые сипы. Впервые установлено, что выделяющийся из этих сипов метан имеет биологическое происхождение. Показано, что потоки метана из этих природных объектов на порядки превосходят его эмиссию c эквивалентных по площади участков болот зоны средней тайги. Полученные данные полевых измерений эмиссии СН₄ из таких грязевых сипов важны для корректировки знаний об источниках и масштабах эмиссии геологического метана в атмосферу.

Расширены представления о микробных агентах, ответственных за окисление выделяющегося из сипов СН₄ в условиях низких температур. Показано, что основным компонентом метанокисляющих сообществ, формирующихся в локусах выхода газа на поверхность, являются метанотрофные бактерии I типа. Пополнена база данных последовательностей генов pmoA метанотрофных бактерий, населяющих холодные местообитания.

Описан и узаконен новый вид рода Methylovulum — Methylovulum psychrotolerans sp. nov., представители которого способны к окислению СН₄ при низких температурах. Типовой штамм нового вида депонирован в международных коллекциях микроорганизмов DSMZ и ВКМ.

Охарактеризован и таксономически узаконен новый вид метанотрофов рода Methylocapsa, Methylocapsa palsarum sp. nov., выделенный из тундровой почвы в зоне раздела субарктической и арктической зон. Типовой штамм нового вида депонирован в международных коллекциях микроорганизмов, LMG и ВКМ.

Получена и проанализирована последовательность генома Methyloferula stellata AR4Т – типичного метанотрофного обитателя кислых северных болот. Последовательность генома Methyloferula stellata AR4 депонирована в GenBank.

Получены, проанализированы и депонированы в ГенБанк последовательности геномов психротолерантных метанотрофов Methylocapsa palsarum NE2T и Methylovulum psychrotolerans Sph1T, являющихся типичными компонентами метанокисляющих сообществ северных наземных экосистем. Полученные новые данные способны внести коррективы в представления об эволюции, экологической нише и возможной метаболической пластичности метанотрофных бактерий.

Охарактеризованы и описаны в качестве новых родов и видов болотный представитель группы рода Planctomyces — Planctomicrobium piriforme gen. nov., sp. nov., и тундровый планктомицет из семейства Isosphaeraceae – Tundripshaera lichenicola gen. nov., sp. nov., способные к деградации широкого спектра биополимеров, что свидетельствует об участии этих бактерий в процессах трансформации органического вещества в холодных северных экосистемах. Типовые штаммы новых таксонов депонированы в международных коллекциях микроорганизмов  DSMZ и ВКМ.

В целом, исследования, проведенные в последние годы, позволили существенно продвинуться вперед в изучении функционального потенциала микробных сообществ, населяющих северные болотные экосистемы.

Сотрудники лаборатории активно сотрудничают с другими отечественными и зарубежными коллективами. Партнерами лаборатории являются: ИБФМ РАН, Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, Max-Planck-Institute for Terrestrial Microbiology, The Arctic University of Norway, University of Washington, University of Calgary, Netherlands Institute of Ecology, NIOZ Royal Netherlands Institute for Sea Research. Треть коллектива лаборатории составляют студенты и аспиранты. За последние 10 лет защищены 1 докторская и 5 кандидатских диссертаций.

 

Лаборатория вирусов микроорганизмов
Заведующий – д.б.н. Летаров А.В.

Лаборатория вирусов микроорганизмов под руководством к.б.н. Летарова А.В. (с 2014 г. – д.б.н.) создана в 2003 г. вместо существовавшей ранее лаборатории вирусологии (руководитель – к.б.н. Чирков С.Н.). Тематикой новой лаборатории с первых лет ее существования была расшифровка молекулярных механизмов, лежащих в основе экологической адаптации бактериофагов в природных микробных сообществах, разработка научных основ рациональной фаговой терапии.

Направления исследований:

• Структура, механизмы функционирования и путей адаптации адсорбционных аппаратов бактериофагов;
• Экология бактериофагов в природных симбиотических и свободноживущих высокоплотных бактериальных сообществах;
• Механизмы адсорбционной резистентности бактерий к фагам и механизмы ее преодоления вирусами;
• Биологическое разнообразие фагов;
• Экологическая структура и взаимодействие бактерий в сообществах меромиктических озер.

Лаборатория проводит фундаментальные исследования в области экологии бактериофагов, сочетая современные высокоразрешающие молекулярные методы типирования изолятов фагов и бактерий. Осуществляется полный цикл от выделения до биологической характеристики бактериофагов, позволяющий вводить в практику новые модельные системы фаг‒хозяин, пригодные для детальной расшифровки молекулярных механизмов экологически значимых взаимодействий, находить и описывать новые группы вирусов бактерий, исследовать разнообразие и динамику природных вирусных сообществ.

Методы фундаментальных исследований:

— анализ с фото- и флуориметрической детекцией;

— микробиологические и вирусологические методы;

— методы геномики и метагеномики;

— методы генной и белковой инженерии и генетического анализа;

— методы биохимии белков;

— электронная и световая микроскопия;

— методы структурной биологии (в коллаборациях).

Работа лаборатории является логическим продолжением проектов, посвященных исследованию экологии бактериофагов в симбиотических микробных сообществах и эволюции бактериофагов.

Исследовано влияние модификации О-антигена у E. coli 4s на характер чувствительности к бактериофагам, в результате чего продемонстрировано сильное влияние О-ацетилирования на эффективность неспецифической защиты клеток. Это заставляет по-новому взглянуть на биологический смысл модификации поверхностных полисахаридов, возникающих в результате лизогенизации конвертирующими умеренными фагами. Явление модуляции протекторной функции поверхностных полисахаридов бактериальной клетки может иметь значение для разработки современных подходов к фаговой терапии.

В результате исследований бактериофагов, полученных в ходе проекта по экологии колифагов в кишечном микробном сообществе лошадей, изучены биологические свойства, определены и аннотированы полные геномные последовательности более 10 бактериофагов.

Раскрыты молекулярные механизмы ранних стадий инфекции клеток Е. coli 4s N4- подобным фагом G7C. В частности, установлена пространственная структура одного из адгезинов этого вируса (PDB ID 4QNL ‘on hold’), установлена ферментативная активность этого белка (деацетилаза О-антигена ЛПС). Показано, что адгезины этого вируса имеют разветвленное строение при кооперативном действии компонентов.

Описан феномен формирования длительно персистирующих ассоциаций ряда вирулентных колифагов (G7C, 9G) с клетками, и проведены исследования механизмов этого явления.

Осуществлено теоретическое обобщение имеющихся данных о роли бактериофагов в микробиоте тела животных и человека. Обзор (Letarov and Kulikov, 2009) явился первым таким обобщением за последние несколько десятилетий. Теоретические концепции и анализ новых данных были развиты в последующих работах (Clookie et al. 2011, Letarov 2012). Приложение этих теоретических разработок в области фаговой терапии развито в работе Летарова и соавт. (2010).

Выполнен перевод на русский язык книги Э. Каттер и А. Сулкавелидзе (ред.). «Бактериофаги. Биология и практическое применение». М.: Научный мир, 2012; (англ. издание 2005 г.), которая вышла под научной редакцией А.В. Летарова. Русская версия была существенно дополнена с целью приведения в соответствие с наиболее современными достижениями области, в том числе включением двух новых врезок. Эта книга явилась первым фундаментальным изданием, посвященным биологии вирусов прокариот, вышедшим на русском языке с 1980-х гг.

В лаборатории вирусов микроорганизмов развита методология исследований экологии бактериофагов с учетом внутривидового (штаммового) разнообразия популяций бактерий-хозяев. Были существенно усовершенствованы ранее предложенные методы геномного ПЦР-фингерпринтинга энтеробактерий, а приложение этой идеологии к исследованиям вагинального сообщества лактобацилл дало оценки внутривидового разнообразия индивидуальных популяций.

Выполнены исследования взаимодействий фагов и макроорганизма. С участием сотрудников лаборатории были исследованы особенности взаимодействия частиц фага Т4 и его белков с иммунной системой животных, проведены работы по фармакокинетике бактериофагов, а также исследования в рамках программы Президиума РАН «Фундаментальные науки – медицине».

В области исследования эволюции бактериофагов создана уникальная коллекция изолятов N4 (G7C)-подобных фагов, персистирующих в одной и той же популяции лошадей в течение более 6 лет; исследование их геномов поможет выявить механизмы микроэволюции этой группы вирусов in situ. В результате анализа характера модульных перестановок доменов фибритинов у бактериофагов, родственных Т-четным, сформулирована гипотеза гетерохронной эволюции геномов бактериофагов.

Лаборатория микробиологии антропогенных мест обитания
Заведующий – д.б.н. Ножевникова А.Н.

Лаборатория под руководством д.б.н. А.Н. Ножевниковой создана в 1996 г. на основе группы по исследованию процессов анаэробной деградации органических отходов, которая была образована в 1985 г. в лаборатории литотрофных микроорганизмов (рук. чл-корр. РАН Г.А. Заварзин). В 1996–2001 гг. лаборатория входила в созданный в 1996 г. Отдел микробных сообществ (рук. акад. Г.А. Заварзин). В 2001 г. лаборатория была выведена из состава отдела и продолжила работу в качестве самостоятельной структурной единицы. Приоритетное направление лаборатории ‒ изучение анаэробных сообществ и микроорганизмов антропогенных мест обитания, включая системы очистки сточных вод городов, сельскохозяйственных и промышленных предприятий; метантенки; иловые чеки; полигоны захоронения твердых бытовых отходов; осадки загрязненных водоемов.

Направления исследований:

• Микробные сообщества и микроорганизмы антропогенных мест обитания, включая биореакторы, полигоны ТБО, осадки загрязненных водоемов;
• Выделение анаэробных мезофильных, психрофильных и термофильных бактерий и архей из соответствующих мест обитания;
• Выделение и исследование синтрофных микробных ассоциаций в метаногенных микробных сообществах;
• Изучение процесса анаэробного окисления аммония нитритом (Анаммокс);
• Накопление, выделение, изучение и идентификация анаммокс-бактерий и их спутников, исследование их взаимодействий;
• Исследование взаимодействия нитрифицирующих, денитрифицирующих и анаммокс-бактерий в биореакторах;
• Изучение агрегации микроорганизмов в биопленках и флоккулах, образующихся в анаммокс-реакторах и в метангенерирующих биореакторах;
• Разработка новых методов и основ технологий обработки твердых отходов городов (ТБО) и сельского хозяйства (навоз, растительные остаки);
• Разработка новых методов и основ технологий очистки сточных вод городов, сельскохозяйственных и промышленных предприятий.

Лаборатория занимается исследованием метаногенных сообществ из различных, преимущественно антропогенных, мест обитания; исследованием процесса анаэробного окисления аммония нитритом (АНАММОКС) и процессов удаления азотных загрязнений из сточных вод; выделением новых анаэробных и аэробных микроорганизмов, включая психрофильных, мезофильных и термофильных бактерий и архей; оценкой потоков метана и других газов из природных и антропогенных экониш; разработкой новых энергетически выгодных методов и основ технологий очистки сточных вод, а также обработки твердых и полужидких органических отходов для уменьшения эмиссии метана в атмосферу.

Одним из главных достижений лаборатории является выполненное совместно с индустриальным партнером «Компания «ЭКОС» разработка и внедрение в практику новой биотехнологии очистки сточных вод с иммобилизацией активного микробного ила и эффективным удалением азота с участием анаммокс-бактерий. По новой биотехнологии очистки к настоящему времени построено и введено в эксплуатацию 16 станций, из них 9 на стройплощадках Олимпийских объектов в Сочи, остальные ‒ в разных регионах РФ, в том числе в ФГУ “Дом отдыха “Валдай” Управления делами Президента Российской Федерации. Использование новой биотехнологии снижает эксплуатационные затраты станций на 47% по сравнению с классической технологией. За 3 года работы 10-ти небольших станций на строящихся Олимпийских объектах экономия на эксплуатационных затратах превысила 18 млн. рублей. Глубокая очистка воды позволяет значительно уменьшить плату за нормативно-допустимый сброс и избежать штрафов, а также организовать схему оборотного водоснабжения и сократить затраты на чистую воду. В 2014 г. работа «Научное обоснование, разработка и внедрение в практику новой биотехнологии очистки сточных вод с иммобилизацией активного микробного ила и эффективным удалением азота с участием анаммокс-бактерий» (распоряжение Правительства №303-р от 26.02.2015 г.) удостоена премии Правительства РФ в области науки и техники.

Из антропогенных и природных источников выделены и описаны 11 новых видов психрофильных и психротолерантных ацетогенных и сахаролитических бактерий и метаногенных архей, растущих вплоть до 1°С.

В лаборатории создана уникальная коллекция анаэробных микроорганизмов, растущих при пониженных температурах. Коллекция представлена микроорганизмами, выделенными сотрудниками лаборатории и депонированными в российских и зарубежных коллекциях: DSM, ATCC, VKM, NBRC.

Проведено сравнительное изучение анаэробного микробного сообщества глубоководных озер, которое позволило выявить существенные различия в терминальных путях образования метана психрофильными, мезофильными и термофильными метаногенными сообществами.

Совместно с Университетом Вагенингена (Нидерланды) показана принципиальная возможность анаэробной обработки токсичных сточных вод нефтехимического и целлюлозно-бумажного производства, содержащих бензальдегид. Выделены описаны и валидизированы два новых вида анаэробных бактерий, разлагающих бензальдегид.

Разработаны основы технологии по переработке ацидифицированных сточных вод пищевой промышленности при пониженных температурах (4-15°С) в системе 2-х высокоскоростных анаэробных реакторов с восходящим потоком (EGSB).

Исследована возможность переработки газообразных токсичных отходов, содержащих СО, СО₂ и Н₂, при использования их в качестве дешевого субстрата для выращивания бактерий. Были выделены бактерии, устойчивые к высокой концентрации СО.

Совместно с кафедрой химической энзимологии химфака МГУ разработана комплексная технология обработки жидких навозных стоков с извлечением полезных биогенных элементов – азота и фосфора, с последующим их использованием в качестве удобрений.

Выявлено влияние сезонных и метеорологических условий на динамику численности и видового состава метанотрофных бактерий и ее взаимосвязи с интенсивностью эмиссии метана на полигонах ТБО. Установлено, что в летнее время метанокисляющие бактерии покрывающей почвы полигона ТБО окисляют до 100% образующегося в анаэробной зоне метана.

Ведется работа по созданию экологически безопасной высокоскоростной энергоэффективной технологии утилизации органической фракции бытовых отходов на основе процесса анаэробной микробной ферментации для уменьшения антропогенной нагрузки полигонов твердых бытовых отходов на окружающую среду городских и прилегающих к ним территорий

В последние годы описан новый вид анаммокс-бактерий Candidatus Jettenia ecosii из денитрификатора станции очистки сточных вод БХ-ЭКОС (Сочинский регион). По молекулярно-генетическим данным, новая бактерия имеет 98%-ное сходство с ранее описанным видом анаммокс-бактерий “Candidatus Jettenia asiatica”.

Полностью описан новый психротолерантный вид рода Trichococcus Art1Т, выделенный ранее из синтрофного психротолерантного пропионат-окисляющего консорциума.

Секвенированы полные геномы выделенных штаммов Methanosarcina sp. Pr2, =DSM 15128T, =VKM B-2806T; Methanosarcina sp. Pr1 =DSM 29842, =VKM B-2807 и штамма метаносарцины Z-7289. Сравнение геномов этих штаммов с геномом Methanosarcina lacustris ZST показало, что все они являются новыми штаммами этого вида, несмотря на значительные морфологические и физиологические различия.

Секвенирован полный геном термофильной бактерии, выделенной из осадков сточных вод Курьяновской станции аэрации, г. Москва. На основании физиологического описания результатов сиквенса гена 16S рРНК и полного генома выделенный изолят отнесен к новому роду семейства Thermoanaerobacteraceae и получил название ‘Thermocaenobacter saccharolyticus’ SP2Т (депонирован в DSMZ (=DSM 107965).

Сотрудники лаборатории ежегодно участвуют в различных отечественных и международных мероприятиях в качестве докладчиков и экспертов. Проводится работа по подготовке молодых специалистов. За время существования Лаборатории по тематике исследований были защищены 1 докторская и 3 кандидатских диссертаций. 2 аспиранта лаборатории являлись стипендиатами Президента и Правительства РФ.

Лаборатория реликтовых микробных сообществ
Заведующий – д.б.н. Пименов Н.В.

Направления исследований:

• Анаэробные прокариоты из реликтовых биотопов;
• Биогеохимические факторы преобразований минералов железа в анаэробной обстановке;
• Трофические взаимодействия в алкалофильном микробном сообществе;
• Разнообразие и геохимические функции цианобактерий экстремальных местообитаний;
• Бактериальное разнообразие природных экосистем холодных местообитаний;
• Биоразнообразие и геохимическая активность микроорганизмов морских и пресных водоемов.

Лаборатория была организована в 1960 г., и ее руководителем стал будущий академик РАН, а тогда к.б.н. Георгий Александрович Заварзин (1933-2011). В течение полувека он был ее лидером и идеологом многих направлений природоведческой микробиологии. В 1991 году она становится «Лабораторией микробных сообществ», которая в 1996 году преобразуется в «Отдел микробных сообществ» под руководством академика РАН Г.А. Заварзина, состоявший из трех лабораторий: «Реликтовых микробных сообществ» (зав. лаб., акад. Г.А. Заварзин), «Термофильных микробных сообществ» (зав. лаб. д.б.н. Е.А. Бонч-Осмоловская) и «Антропогенных микробных сообществ» (зав. лаб., д.б.н. А.Н. Ножевникова).

К 90-м годам накопление большого объема экспериментального материала по конкретным группам микроорганизмов вместе с теоретическим обоснованием Г.А. Заварзиным кооперативных отношений между микробами привело к ясному пониманию главенствующей роли микробных сообществ, как в формировании, так и в функционировании современной биосферы Земли. В 2008 г. из состава лаборатории выделилось отдельное структурное подразделение – лаборатория микробиологии болотных экосистем, входящей в состав отдела Микробных сообществ. Таким образом, лаборатория, возглавляемая академиком Г.А. Заварзиным, явилась родоначальницей трех новых лабораторий, появившихся в составе Института в течение последних 15 лет и нескольких новых направлений, по которым российские микробиологи имеют неоспоримый приоритет. Исследования этих научных коллективов имеют общую научную идеологию, которая может быть охарактеризована как Биосферная Микробиология. С 2012 г. заведующим лабораторией реликтовых микробных сообществ стал д.б.н. Н.В. Пименов. Сегодня лаборатория развивает основные научные направления, заложенные академиком Г.А. Заварзиным в области исследования функционального разнообразия микробного мира, роли микробных сообществ в биосфере прошлого (происхождение и эволюция биосферы) и настоящего (экофизиологическая роль бактерий и их участие в формировании атмосферы, а также влияние на состав морских и континентальных водных экосистем).

Главным объектом исследования лаборатории в последние двадцать лет было сообщество алкалофильных микроорганизмов содовых местообитаний, которые образуются в результате углекислотного выщелачивания выстилающих пород как крайний результат развития гидрохимической системы в бессточных областях. Принципиальная постановка задачи состояла в том, что содовые (карбонатные) экосистемы являются типично континентальными в отличие от хлоридной океанической. Микробы содовых озер имеют общебиологическое значение как экстремальные представители геохимической области субаэрального углекислотного выщелачивания, определивший в далеком прошлом состав атмосферы. Исследование в нашей лаборатории сообществ алкалофилов позволило выдвинуть и обосновать гипотезу континентального развития микробиоты в противоположность традиционному представлению «жизнь пришла из моря». Основное внимание уделялось функциональным характеристикам организмов, входящих в сообщество. Наиболее важными из них признаются трофические особенности, позволяющие представить сообщество как кооперативную трофическую систему. В результате проведенных исследований получена довольно полная картина трофических взаимодействий в анаэробной щелочной экосистеме, что было показано нами на примере высокоминерализованных самосадочных содовых озер Магади (Кения) и Танатары (Алтайский край), а также более распространенных щелочных озер умеренной минерализации Центральной Азии (Тува и Бурятия), более представительных для внутриконтинентальных систем. Были выделены, изучены и валидированы представители основных функциональных групп алкалофилов при рН 10 и минерализации 10-200 г/л карбонатов: Открыта группа диссипотрофных сахаролитических бродильщиков представленных галоанаэробами – Halonatronum saccharophilum gen. nov., sp. nov., клостридиями – Anoxynatronum sibiricum gen. nov., sp. nov., Alkalibacter saccharofermentans gen. nov., sp. nov., бациллами – видами рода Amphibacillus – A. tropicus, A. fermentum, спирохетами Spirochaeta africana, S. asiatica, S. alkalica. Установлено филогенетическое разнообразие алкалофильных сахаролитиков. Открыта группа гидрогенотрофных алкалофильных сульфатвосстанавливающих бактерий с двумя новыми родами Desulfonatronovibrio gen. nov., и Desulfonatronum gen. nov., с тремя видами – Dnv. hydrogenovorans, Dn. lacustre, Dn. cooperativum, осуществляющие сульфидогенез, наиболее значимый процесс на заключительных этапах деструкции органического вещества в содовых озерах. Открыта группа алкалофильных органотрофных ацетогенов, важных участников цикла углерода в содовых озерах, представленная новыми родами Natroniella gen. nov., N. acetigena; и Natronincola gen. nov., N. hystidinivorans, N. peptidivorans, N. ferrireducens. Открыта группа экстремально натронофильных, гидрогенотрофных и литотрофных гомоацетатных бактерий рода Fuchsiella gen. nov., F. alkaliacetigena, F. ferrireducens а также группа метаногенных архей представленная Methanocalculus natronophilus sp.nov. Обе группы играют важную роль в стоке водорода в сообществах содовых водоемов и возможно главную в алкалофильных сообществах докембрийского периода. Впервые выделены анаэробные алкалофилы разлагающие биополимеры клетки: целлюлозу – Clostridium alkalicellulosum sp. nov., крахмал и пектин – Alkaliflexus imshenetskii gen. nov., sp. nov. Установлено, что окисление ацетата, появляющегося на первом этапе гидролиза целлюлозы, завершается сульфидогенезом и осуществляется  синтрофной культурой Contubernalis alkalaceticum в паре с гидрогенотрофными сульфатредукторами. Впервые изучены процессы диссимиляторной железоредукции в щелочных условиях с участием как природных, так и синтезированных минералов железа. Выделен в чистую культуру и описан первый диссимиляторный алкалофильный железоредуктор Geoalkalibacter ferrihydriticus gen. nov., способный восстанавливать синтезированные ферригидрит и магнетит. Впервые открыто взаимодействие в системе: алкалофильный микроорганизм – гидрослюды. Доказана способность G. ferrihydriticus использовать трехвалентное железо, входящее в состав таких минералов, как биотит и глауконит. Выделены и описаны два новых рода железоредукторов-пептолитиков, Natranaerobaculum gen. nov. и Anaerobacillus gen. nov., способных неспецифически восстанавливать синтезированный ферригидрит. Впервые доказана способность к железоредукции экстремально алкалофильных гомоацетогенных бактерий рода Fuchsiella. Впервые изучены процессы биологической деструкции первичных продуцентов в алкалофильном микробном сообществе, выделен протеолитик, осуществляющий этот процесс – Proteinivorax tanatarense gen. nov., sp. nov. Данное направление представляется перспективным как с позиций фундаментальной микробиологии, так и практического выхода в виде получения протеаз. Таким образом, с начала 90-х годов прошлого века в лаборатории было выделено и описано 2 новых семейства, 14 новых родов и 29 новых видов анаэробных алкалофилов. Другим направлением работы лаборатории является изучение функционального и таксономического разнообразия галоалкалофильных цианобактерий и цианобактериальных сообществ, а также их роли в формировании и трансформации осадочных пород и осадочных полезных ископаемых. Такие сообщества были исследованы в содовых и щелочных солёных озёрах России и Восточно-Африканского Рифта. Показано, что разнообразие цианобактерий, приспособленных к жизни в этих местообитаниях, покрывает широкий спектр морфотипов одноклеточных, гетероцистных и нитчатых цианобактерий. Создана рабочая коллекция цианобактерий, выделенных из озёр Кулундинской степи, Забайкалья, а также Кении, Танзании, Турции. Коллекция включает штаммы галоалкалофильных и натронофильных нитчатых, одноклеточных и гетероцистных цианобактерий следующих родов и филогенетических групп: Geitlerinema, Nodosilinea, Chroococcus, Cyanobacterium, Leptolyngbya, Euhalothece, Trichormus, Nodularia, Phormidium. Наши исследования стали первыми в изучении транспорта бикарбоната в клетки натронофильных цианобактерий при работе CO2-концентрирующего механизма (CCM). Все прошлые исследования, посвященные изучению ССМ, были проведены на модельных пресноводных и морских штаммах. При изучении структуры и функций CCM на примере одноклеточной ‘Euhalothece natronophila’ Z-M001, выделенной из озера Магади (Кения), показано, что экстремофильные  галоалкалофильные  цианобактерии обладают полноценным ССМ, имеющим структуру и принципы функционирования, аналогичные таковым у пресноводных и морских цианобактерий: несколько транспортных систем (ТС) для бикарбоната, наличие систем карбоангидраз и карбоксисом. Однако, сродство ТС галоалкалофильных цианобактерий к субстрату на три порядка ниже сродства к субстрату ТС пресноводных штаммов, что делает их уникальными и необходимыми для приспособления к сезонным гидрохимическим циклам содовых озёр. Таким образом, основная функция ССМ у галоалкалофильных  цианобактерий, обусловленная  кинетическими характеристиками ТС, заключается не столько в концентрировании, сколько в регулировании количества бикарбоната, поступающего в клетку, с тем, чтобы, с  одной стороны, насытить центры карбоксилирования рибулозо-бисфосфат-карбоксилазы, а с другой – защитить клетку от избыточного проникновения бикарбоната, способного повлиять на внутриклеточный гомеостаз. При изучении природных образцов современных и ископаемых строматолитов выявлена аналогия между современными цианобактериями и микрофоссилиями различного возраста. Разработана методика лабораторного моделирования структур, сходных со строматолитами и онколитами, что в сочетании с изучением ископаемого материала позволило определить важную роль цианобактериальных сообществ в образовании различных минералов, в частности Ca-Mg-карбонатов (в т.ч. доломита), фосфатных минералов и силикатов. Еще одним направлением лаборатории является исследование бактериального разнообразия природных экосистем холодных местообитаний – заполярной тундры России (Воркута, Югорский полуостров, Колыма, Чукотка), а также Аляски и Антарктиды. Проведено определение активности микробных сообществ в условиях in situ, а также изучение отдельных представителей сообщества: выделение чистых культур бактерий; изучение их экофизиологических особенностей, установление таксономического положения и роли в круговороте углерода. В ходе многолетних исследований показано, что несмотря на экстремальные физико-химические условия, микробные сообщества почв холодных экосистем состоят из разнообразных по видовому составу микроорганизмов. Нами были  выделены в чистые культуры и описаны психрофильные и психротолерантые бактерии разных физиологических групп: Methylobacter psychrophilus sp.nov., Asticcacaulis benevestitus sp.nov., Methylocella tundra sp. nov., Caulobacther sp., Methylorozula polaris gen. nov., sp. nov. Среди них имеются представители олиготрофных, гетеротрофных, метилотрофных, а также метанотрофных бактерий. Радиоизотопным методом в разных типах почв выявлена активность метанокисляющих бактерий в интервале температур от 5 до 15°С, что свидетельствует о наличии в почвах активных психрофильных метанокисляющих бактерий, выполняющих функцию «метанового фильтра» в заполярной тундре. Экспериментально подтверждена концепция академика Г.А. Заварзина о группе омброфильных бактерий. Изучено видовое разнообразие омброфильного сообщества, участвующего в формировании ультрапресных кислых дистрофных вод в лесо-болотных экосистемах в связи с деструкцией древесины ксилотрофными грибами. Определены основные потребители органических соединений, образующихся в процессе деструкции: Xanthobacter xylophilus sp. nov., Ancylobacter abiegnus sp. nov., Singulisphaera  mucilagenosa sp. nov., Spirosoma xylofaga sp. nov. В зависимости от субстратной специфичности омброфилы принадлежали к сахаролитикам, ацидотрофам и метилотрофам. Показано, что они также являлись олиготрофами и диссипотрофами и адаптированы к росту в кислых и ультрапресных условиях. Показана их трофическая связь с ксилотрофными грибами. С начала 2000-х годов было выделено и описано 1 новый род и 8 новых видов. В последние годы сотрудниками лаборатории проведены исследования микробных сообществ Черного и Балтийского морей, а также озера Байкал. Впервые установлено, что в аэробных водах Черного моря и Балтийского морей присутствуют жизнеспособные клетки сульфатредуцирующих бактерий разных филогенетических групп. Из аэробных вод Черного выделен и описан новый вид сульфатредуцирующих бактерий Desulfofrigus euxinus, обладающий развитой системой защиты от окислительного стресса. С использованием высокоэффективного секвенирования впервые получены данные о распространеннии разных групп архей в водной толще основных гидрохимических слоев Черного моря. Наиболее многочисленная группа архей была представлена филогенетическим кластером Marine Group II, относящимся к филуму Euryarchaeota. Биогеохимическими и молекулярными методами выявлены активность и структура микробного сообщества донных осадков в газонасыщенных осадках Гданьской впадины. Количественно определена численность архей и эубактерий, показано наличие представителей пяти семейств СРБ и двух групп метанотрофных архей ANME 1 и ANME 2. Установлено, что несмотря на низкое содержание сульфатов, в поверхностных осадочных отложениях различных районов оз. Байкал обнаружена активность сульфатредукции, обусловленная жизнедеятельностью сообщества сульфатредуцирующих бактерий, в составе которого идентифицированы представители рода Desulfosporosinus и порядка Clostridiales. Впервые представлены доказательства существования в восстановленных осадочных отложениях оз. Байкал масштабного процесса анаэробного окисления метана, сопоставимого с активностью аэробных метанотрофных бактерий в поверхностныхъ окисленных илах. В очистных сооружениях АО Мосводоканал выявлен активный процесс анаэробного окисления аммония (анаммокс), охарактеризован новый вид анаммокс бактерий Candidatus “Jettenia moscovienalis”.

В 2015 г. На примере нового вида гомоацетогенной бактерии Fuchsiella ferrireducens sp. nov. впервые установлено, что микроорганизмы этой группы способны восстанавливать окисное железо и серу, окисляя при этом молекулярный водород, что ранее не было показано для алкалофильных железоредукторов, а также ацетат, запуская при его использовании обратный для ацетогенеза механизм окислительного ацетил-СоА пути. Полученные результаты имеют важное фундаментальное значение при решении вопроса о генезисе железисто-кремнистых формаций докембрия и подтверждают, что железоредукция представляет собой один из древнейших способов получения энергии у прокариот (д.б.н. Жилина Т.Н., к.г.-м.н. Заварзина Д.Г., к.б.н. Деткова Е.Н.).

В 2016 г. Исследовано разнообразие и физиологические особенности анаммокс-бактерий в составе биоценоза микроорганизмов очистных сооружений при непрерывном культивировании в биореакторах объемом 100 л и 20 м3. В активном иле на разных стадиях селекции выявлены новые анаммокс-бактерии Candidatus “Jettenia moscovienalis” и Ca. “Brocadia” spp. Для последних показана устойчивость к повышенной концентрации нитрита (250 мг/л) и к пониженным значениям рН (5,7). Отселектирован активный ил анаммокс для запуска промышленного биореактора. Разработана и готова к промышленному внедрению на Люберецких очистных сооружениях г. Москвы инновационная биотехнология очистки сточных вод от аммония с использованием анаммокс-бактерий (совместно с Мосводоканалом).

Работы лаборатории выполнялись в рамках различных международных программ, грантов РФФИ и программ Президиума РАН “Происхождение жизни и эволюция гео-биологических систем”, “Проблемы происхождения жизни и становления биосферы”, “Молекулярная и клеточная биология”, “Изменение окружающей среды и климата: природные и связанные с ними техногенные катастрофы“, а также госконтрактов с “Минобрнаукой“. За годы своего существования в лаборатории было подготовлено 7 докторов и 27 кандидатов наук, а также выполнены десятки дипломных работ выпускниками вузов. В настоящее время в состав лаборатории входят 3 доктора и 10 кандидатов наук.

 

Лаборатория выживаемости микроорганизмов
Заведующий – д.б.н. Николаев Ю.А.

Направления исследований:

• Изучение механизмов выживания микроорганизмов и комплексные исследования микробных и биогеохимических процессов в экстремальных низкотемпературных экосистемах Арктики, Сибири,  Антарктиды
• Изучение особенностей ультраструктурной организации и нестабильности генотипа неспорообразующих бактерий, способных к формированию анабиотических цистоподобных покоящихся клеток для длительного выживания в таких экосистемах как вечная мерзлота и подкурганные погребенные почвы.
• Изучение роли факторов межклеточной коммуникации и механизмов действия внеклеточных микробных ауторегуляторов — алкилоксибензолов  в развитии устойчивости и сохранении жизнеспособности клеток в стрессовых условиях  голодания, облучения, температурного и окислительного шока.
• Выявление  микроорганизмов и оценка их разнообразия и численности в природных экосистемах (в том числе — низкотемпературных) прямыми микроскопическими, культуральными ,  молекулярно-биологическими и нанобиотехнологическими методами
• Комплексные исследования молекулярной экологии и филогении микроорганизмов природных экстремальных экосистем путём анализа  генов, кодирующих ключевые реакции метаболизма (автотрофная ассимиляция СО2, азотфиксация, нитрификация, метанотрофия, метаногенез и др.), а также в условиях антропогенного влияния.
• Изучение вирусо-бактериальных ассоциаций  и оценка роли лизогении как стратегии  формирования и регуляции микробных сообществ в экстремальных низкотемпературных местообитаниях.
• Поддержание коллекции актиномицетов-продуцентов биологически активных соединений, Разработка новых подходов к оптимизации  хранения коллекционных культур актиномицетов
• Разработка вариантов применения принципиально нового метода детекции биологических объектов по их способности формировать наночастицы металлов in situ из внесённых растворов солей.
• Разработка метода выявления представительной коллекции бактериофагов для любых культивируемых форм микроорганизмов  исследуемых микробиот.

Лаборатория была создана в 1996 г.  как  лаборатория классификации и хранения уникальных микроорганизмов.  Организатором и первым руководителем  лаборатории был член-корр. РАН Гальченко В.Ф. В составе лаборатории объединились  исследовательская группа метанотрофии под руководством ВФ. Гальченко, а также коллективы  под руководством ведущих российских специалистов проф. Эль-Регистан Г.И  (микробная ауторегуляция),  проф. Кузнецова В.Д  (актиномицеты) и проф. Никитина Д.И (олиготрофные бактерии). В 2011году лаборатория была переименована в  лабораторию выживаемости микроорганизмов. С 2014 по 2018 гг. лабораторию возглавлял проф. Складнев Д.А., а с 2018 г. – д.б.н. Николаев Ю.А.

Основным направлением работ лаборатории является исследование форм, механизмов и регуляции выживания микроорганизмов в лабораторных условиях и природных местообитаниях. В рамках этого направления проводятся научные исследования, посвященные (1) изучению микроорганизмов  и вирусо-бактериальных ассоциаций в низкотемпературных экосистемах, (2) исследованию  форм и механизмов длительного выживания неспорообразующих бактерий, (3)  оценке роли факторов межклеточной коммуникации в адаптации микроорганизмов к стрессам, (4) разработке новых подходов для выявления  микроорганизмов в природных экосистемах прямыми микроскопическими, культуральными и молекулярно-биологическими методами, (5) определению стратегии сохранения разнообразия и метаболической активности микробных сообществ, осуществляющих процессы  циклов биогенных элементов в природных условиях.

Важнейшие  результаты фундаментальных  исследований:

— доказано существование у неспорообразующих бактерий анабиотических цистоподобных покоящихся клеток (ЦПК), обладающих  длительным сохранением жизнеспособности, повышенной устойчивостью к повреждающим воздействиям, особенностями ультраструктурной организации и нестабильным генотипом. При прорастании ЦПК проявляется широкий спектр внутрипопуляционных фенотипических вариантов;

— получены приоритетные данные о физиологических и генетических механизмах  адаптации микроорганизмов к изменяющимся условиям  и повреждающим факторам  за счет модификации структурной организации ферментных белков, модуляции их активности и расширения диапазона активного катализа, а также повышения стабильности ДНК;

— получены доказательства участия внеклеточных ауторегуляторов микроорганизмов — алкилоксибензолов (АОБ), в развитии устойчивости и сохранении жизнеспособности клеток в стрессовых условиях (голодание, облучение, температурный, окислительный шок и др.); .

— разработаны и апробированы методические приемы обнаружения переживающих (покоящихся) форм, а также оценки  биоразнообразия и физиологического состояния  микроорганизмов в природных объектах на основе  молекулярно-биологической диагностики и рентгеновского микроанализа;

— проводятся многолетние  комплексные исследования микробных биогеохимических процессов в экстремальных низкотемпературных экосистемах Антарктиды, Арктики, Сибири, Камчатки и особенно в объектах криосферы: постоянно покрытых льдом и вскрывающихся антарктических озерах, ледниках, подледниковых отложениях, среднеширотных и вечномерзлых тундровых почвах;

— впервые получены молекулярные характеристики таксономического и функционального разнообразия  микробных сообщества современных экстремальных экосистем (гидротермы Камчатки и Курил, содовые озера) и древних природных экосистем (вечномерзлые почвы тундровой зоны Арктики и озера Антарктиды);

— с помощью  уникальных методов нейтронного и синхротронного излучения дана оценка  состояния и свойств липидов клеточных мембран актиномицетов с целью оптимизации условий их хранения;

— обнаружены и впервые выделены изоляты бактериофагов из экстремально олиготрофных низкотемпературных сред Арктики и Антарктики;

Результаты фундаментальных исследований составили основу для разработки биотехнологических подходов:

— разработаны способы защиты материалов от биоповреждений;  модуляции активностей ферментных белков и стабилизации клеток, получения фоторегулируемых микробных мембран и наноразмерных частиц металлов (Патенты RU № 2441068; 2441069; 2442327; 2400069; 2440096);

—  на основе культур актинобактерий разработаны биопрепараты сельскохозяйственного (Нигроцид)  и ветеринарного назначения  (Виоцид, Саркоптидин, Виридоцин). Проведены испытания ларвицидного препарата  Виоцид на животноводческих фермах Тюменской обл. (совместно с  ГНУ ВНИИВЭА, г. Тюмень).

На Пермском заводе биопрепаратов (НПО БИОМЕД, г. Пермь) проведена наработка опытно-промышленного образца акарицидного биопрепарата Саркоптидин.

В настоящее время исследования Лаборатории поддержаны грантами  Программы  Президиума РАН по стратегическим направлениям развития науки «Поисковые фундаментальные научные исследования в интересах развития Арктической зоны Российской Федерации» и Программой Президиума РАН № 1  «Наноструктуры: физика, химия,   биология, основы технологии, 7 грантами РФФИ, включая  КОМФИ.

— В лаборатории активно  ведется работа с молодежью и работа по подготовке специалистов высшей квалификации. За время существования Лаборатории по тематике исследований были защищены 3 докторские и более 10 кандидатских диссертаций.

 

Лаборатория экологии и геохимической деятельности микроорганизмов
Заведующий – д.б.н. Хижняк Т.В.

Направления исследований:

• биоразнообразие и условия существования микроорганизмов, участвующих в превращении неорганических соединений серы, переменно-валентных металлов и других элементов в естественных и искусственных водоемах
• экология, физиолого-биохимические особенности и филогения микроорганизмов
• Бактериальное восстановление тяжелых металлов и радионуклидов
• применение бактерий в биотехнологии
• экология и разнообразие фотосинтезирующих организмов, палеомикробиология, астробиология
• Фракционирование изотопов железа
• Участие микроорганизмов в круговороте серы, азота, железа
• Трансформация и иммобилизация тяжелых металлов и радионуклидов.

Лаборатория Геологическая деятельность микроорганизмов была создана по инициативе академика Исаченко Бориса Лаврентьевича. Первым руководителем лаборатории был член-корреспондент Кузнецов Сергей Иванович. Он возглавлял лабораторию с 1942 по 1987 году. В составе лаборатории в разное время работали такие выдающиеся ученые, как академик Иванов М. В., член корреспондент АН СССР Каравайко Г.И., д.б.н. Ляликова Н.Н. д.б.н.  Сорокин Ю.И., д.б.н. Горюнова С.В. Затем лаборатория была переименована в лабораторию Экологии и геохимической деятельности микроорганизмов. С 1987 по 2013 год ее возглавлял академик РАЕН, д.б.н., профессор Горленко Владимир Михайлович. В настоящее время лабораторией руководит д.б.н. Хижняк Татьяна Владимировна.

В коллективе ведутся исследования условий биоразнообразия и функциональной роли микроорганизмов, участвующих в превращениях переменно-валентных элементов (сера, азот, металлы) в естественных и искусственных местообитаниях. Это направление, с акцентом на изучение экофизиологии основных групп микроорганизмов с необычными свойствами, более 15 лет успешно развиваются в коллективе.  Выявлены основные закономерности функционирования аноксигенных фототрофных сообществ, в т.ч. в экстремальных экосистемах; дана количественная оценка роли фототрофных и некоторых хемотрофных бактерий в процессах круговорота углерода и серы в современных водоемах (1980-2003 гг). Создана коллекция чистых  культур  хемотрофных и фотосинтезирующих бактерий (около 400 штаммов), которая  служит базой для фундаментальных исследований и использования в биотехнологиях. Членами коллектива внесен крупный вклад в совершенствование  систематики и таксономии группы фототрофных, сероокисляющих, железо- марганецокисляющих бактерий, бактерий, использующих переменновалентные элементы. Открыт новый тип хемосинтеза, выделены и изучены бактерии, получающие энергию от окисления сурьмы.

Научная группа Горленко В.М. :

С использованием современных методов молекулярной экологии исследовано распространение и биоразнообразие аноксигенных фототрофных бактерий (АФБ) в умеренных и экстремальных экосистемах (меромиктических пресных и соленых водоемах, в содовых и гиперсоленых озерах, в термальных источниках Кавказа, Камчатки, Южной Сибири, Монголии). В работах В.М. Горленко с соавторами впервые были  описаны пресноводные и морские мезофильные нитчатые зеленые бактерии филума Chloroflexi. На основе молекулярно-биологических и физиолого-биохимических исследований было обосновано  создание нового семейства  Oscillochloridaceae .  Большая заслуга В.М.Горленко в изучении биологии зеленых бактерий.  Проведенные им работы внесли весомый вклад в представление о зеленых серобактериях, как об узкоспециализированной группе анаэробных фотолитоавтотрофов. Впервые  был исследован серный и углеродный метаболизм новой группы пресноводных у аэробных бактериохлорофилл-а содержащих бактерий (АБХБ). Впервые показана  способность  к использованию серных соединений в световом и темновом метаболизме у гелиобактерий,  которые принадлежат к особой грамположительной эволюционной ветви фототрофов. За последние годы описан целый ряд новых таксонов алкалофильных фототрофных бактерий, выделенных из содовых степных озер и термальных источников.  Всего открыто одно новое семейство, 17 новых родов и 44 новых вида пурпурных и зеленых бактерий, гелиобактерий и АБХБ.

Научная группа Дубининой Г.А.:

Раскрыт перекисный механизм процессов окисления соединений серы, железа и марганца у бесцветных серобактерий и железобактерий, не связанный напрямую с получением энергии в метаболизме. Впервые показано участие свободноживущих спирохет в геохимическом цикле серы в морских и океанических условиях. Раскрыта симбиотическая природа бактерий рода ”Thiodendron”, состоящего, в действительности, из анаэробных аэротолерантных галофильных спирохет и сульфидогенов. В результате полевых и лабораторных работ обоснована ведущая роль микроорганизмов в образовании железо-марганцевых руд в континентальных и морских водоемах, включая районы гидротермальной активности. Исследованы механизмы устойчивости бесцветных бактерий к окислительному стрессу. Из пресноводных изолятов способность к литоавтотрофии и литогетеротрофии обнаружена впервые у нового вида Beggiatoa leptomitiformis. Исследованы механизмы регуляции энергетического и конструктивного метаболизма у литотрофных видов B. leptomitiformis, Leucothrix mucor и L. thiophila. Показано, что переход от лито- к гетеротрофии у данных видов осуществляется за счет структурно-функциональной перестройки ключевого фермента углеродного метаболизма – образования димерных или тетрамерных форм малатдегидрогеназы.  С использованием метода анализа стабильных изотопов железа ^56/54Fe показана доминирующая роль бактериального фракционирования железа в железистых теплых источниках. Дано таксономическое описание одному новому роду и двум новым видам железобактерий, анаэробно окисляющих соли железа в процессе нитратредукции

Всего открыто и описано 3 новых рода и 31 новый вид серо и железобактерий.

Научная группа Сорокина Д.Ю.:

Значительно расширено представление о функциональном разнообразии прокариот, обитающих в содовых и соленых озерах:

— Открыта и досконально исследована новая группа экстремально галофильных хемолитоавтотрофных серокоисляющих бактерий. Расшифрована стратегия развития и адаптации галоалкалофильных сероокисляющих бактерий содовых озер.

— Впервые показана возможность микробной литоавтотрофной сульфатредукции и диспропорционирования серных соединений в насыщенных содовых рассолах при рН до 10.5. Описан новый род бактерий, ответственных за этот процесс.

— Открыты неизвестные ранее функциональные группы сульфидогенных бактерий, активных в гиперсоленых содовых озерах, новый род сероредукторов и гетеротрофные сульфатредукторы, использующие жирные кислоты в качестве доноров электронов.

— В гиперсоленых содовых озерах обнаружен новый род сульфатредукторов Desulfonatronospira способных к хемолитоавтотрофному росту в насыщенном содовом рассоле за счет дисмутации сульфита и тиосульфата помимо традиционного сульфатного дыхания.

— Изучены механизмы клеточной адаптации литоавтотрофных сульфид-окисляющих бактерий к галоалкалофильным условиям. Доказана принципиальная разница между натроно (содо)-филами и галофилами в стратегии осмоадаптации.

— Открыт процесс анаэробного окисления тиоцианата в щелочных условиях новой бактерией Thioalkalivibrio thiocyanodenitrificans.

впервые открыта возможность утилизации пектин-содержащих субстратов в экстремально щелочных, соленых условиях.

— Открыта возможность бактериального использования хитина в экстремально галоалкалофильных условиях, осуществляемая 2 новыми филами анаэробных бактерий.

— Открыта возможность микробной деградации нитрилов в экстремально галоалкалофильных условиях и описан новый порядок (впоследствии класс) актинобактерий, ответственных за этот процесс.

— В 2008 г. завершен геномный секвенс 2 штаммов рода Thioalkalivibrio. Первые данные свидетельствуют о наличие элементов содовой биоэнергетики и механизме окисления серных соединений сходном с фототрофными серными бактериями.

— В цикле углерода в гиперсоленых системах изучены и продолжают изучаться метаногенез и гидролитический блок. Работа по метаногенезу в гиперсоленых содовых озерах Кулундинской степи позволила установить их фундаментальное отличие от хлоридных озер, в частности наличием литотрофного и ацетокластического метаногенеза. При этом кроме известных таксонов, найдена и совершенно новая группа умеренно термофильных и экстремально галоалкалофильных миксотрофных метаногенов, представляющих новый класс эвриархей, которая более родственна галоархеям, нежели остальным метаногенам.

Описано более 80 новых видов, 35 новых родов, 1 новое семейство и 1 новый порядок — новые таксоны хемолитоавтотрофов (сероокисляющие и нитрифицирующие бактерии, и газотрофы: метано-, карбоксидо- и гидрогено-трофы).

Группа Хижняк Т.В. — Выделены и изучены новые факультативно-анаэробные бактерии, восстанавливающие ванадат. Открыт новый тип нитратредуктазы, содержащей в активном центре ванадий вместо молибдена. Обнаружено микробное восстановление технеция, плутония, нептуния как в нейтральных, так и в щелочных условиях гетеротрофными бактериями. Описан новый вид галоалкалофильных бактерий, восстанавливащий хромат в щелочных условиях..

За время существования Лаборатории по тематике исследований были защищены докторские (Горленко В.М., Дубинина Г.А., Ляликова Н.Н., Сорокин Д.Ю., Хижняк Т.В.) и более 25 кандидатских диссертаций.

В 2016 г. Определена возможность анаэробного дыхания у галоархей с серой и тиосульфатом в качестве акцептора электронов с использованием формиата и водорода в качестве доноров электронов и выделение такого рода организмов в чистую культуру. Из анаэробных осадков гиперсоленых хлоридно-сульфатных озер Алтайского края и юга России выделено 6 чистых культур экстремально галофильных облигатно анаэробных галоархей, способных к росту за счет окисления формиата или водорода в присутствии серы, тиосульфата и ДМСО в качестве акцепторов электронов. Это является первым примером литогетеротрофного роста у галоархей. 2 из 6 штаммов способны к росту с водородом+сера и 3 штамма — к использованию тиосульфата в качестве акцептора, восстанавливая его неполностью до сульфида и сульфита, что также является первым примером для галоархей. Все изоляты являются экстермальными галофилами с границами солености от 3 до 5 М  NaCl. Все 6 штаммов образуют компактную генетическую группу на уровне нового вида и рода внутри семейства Halobacteriaceae с наибольшим родством к описанному нами ранее роду ацетат-окисляющих сероредуцирующих галоархей Halanaeroarchaeum. Предполагаемое название для нового таксона — «Halodesulfuriarchaeum formicicum». Проведены геномные и протеомные исследования. Обнаруженная нами первая группа анаэробных серозависимых литогетеротрофных галоархей позволяет по новому взглянуть на физиологию и эволюцию экстремально галофильных эвриархеот (ФИЦ Биотехнологии РАН, ИНМИ РАН, лаб. экологии и геохимической деятельности микроорганизмов; Сорокин Д.Ю., Кубланов И.В.).

В 2017 г. Открыт новый класс экстремофильных метаногенных эвриархеот в гиперсоленых озерах. В анаэробных осадках соленых и содовых озер обнаружена неизвестная ранее глубокая филогенетическая ветвь экстремально галофильных и умеренно термофильных метаногенных архей с уникальным метаболизмом, родственная аэробным галоархеям. Обнаружение экстремально галофильных метил-восстанавливающих метаногенов дает новое представление о происхождении метаногенеза и показывает, что стратегии, используемые метаногенами для выживания в гиперсоленых озерах, не ограничиваются классическим метилотрофным путем (Сорокин Д.Ю., Меркель А.Ю.).

 

Группа экспериментальной микологии
Заведующий – д.б.н. Терешина В.М.

Направление исследований:

• Биохимическая адаптация мицелиальных грибов к стрессорным воздействиям
• Изучение покоящихся клеток в цикле развития грибов
• Разнообразие липидного состава клеток эукариотных микроорганизмов – представителей различных таксонов низших грибов и оомицетов
• Физиологические особенности липидного метаболизма низших грибов и оомицетов
• Исследование гетероталлизма и диморфизма мукоральных грибов
• Разработка биотехнологических основ получения биоактивных липидов с использованием синтетиков фармакологически активных эссенциальных, эйкозаполиеновых жирных кислот
• Разработка на основе БАВ грибов новых лекарственных препаратов.

Лаборатория экспериментальной микологии, образованная в ИНМИ РАН в 1996 г. на основе двух групп при Дирекции (временных научных коллективов): «Липидообразование и цитодифференцировка мицелиальных грибов» (д.б.н. Феофилова Е.П.) и «Физиология продуцентов биологически активных липидов» (к.б.н. Конова И.В.). В 1996 г. обе группы были объединены в лабораторию экспериментальной микологии под руководством д.б.н., проф. Феофиловой Е.П. В 2013-2014 гг. руководство лабораторией осуществляла д.б.н. Мысякина И.С., с ноября 2014 по н/в – д.б.н. Терешина В.М. С 2017 г. лаборатория приобрела статус группы.

Сотрудники лаборатории имеют многолетний опыт работы с мицелиальными грибами, основанный на работах 80-90-х годов, возглавляемых проф. М.Н.Бехтеревой и посвященных изучению липогенеза мицелиальных грибов (Zygomycetes и Asсomycetes) и псевдогрибов (царство Chromista). В этих исследованиях было установлено разнообразие липидного состава отдельных видов грибов и найдены продуценты с высокой липогенной активностью. Получены экспериментальные данные, показывающие, что ряд факторов (температура, степень аэрации, введение этанола, содержание фосфора, соотношение азота и углерода) оказывают влияние на степень ненасыщенности липидов и их состав. Эти исследования, помимо теоретического обоснования липогенной активности, открывали перспективы для решения ряда практических задач, например, использование липидов грибов, наряду с липидами растений, как заменителей растительных масел (подсолнечного и др.). В эти же годы начались исследования гетероталличных грибов сем. Choanephoraceae, была собрана коллекция разнополых штаммов Blakeslea trispora, которые были использованы как продуценты  β-каротина при составлении заводского регламента по получению провитамина А. Созданную биотехнологию была внедрена на трех заводах СССР: в Краснодаре, Верхнеднепровске и Свердловске. В этот же период под руководством М.Н.Бехтеревой были созданы препараты для медицины, активным началом которых были полиненасыщенные жирные кислоты из грибов и псевдогрибов: дермалин, пентарол, липар.

В 90-х годах в лаборатории экспериментальной микологии появились новые направления, связанные с изучением Basidiomycetes, и наряду с липидами начали исследоваться другие биомолекулы грибов – протекторные углеводы цитозоля. Сохранилась и основная тенденция отдела М.Н.Бехтеревой – полученные значимые теоретические  результаты использовались для создания новых биотехнологий. Основной научной задачей лаборатории стало изучение биохимических механизмов, позволяющих грибам адаптироваться к стрессовым воздействиям. Эти исследования были частью направления, получившего название биохимической адаптации организмов к стрессу. При этом в лаборатории изучали не только липиды биомембран, но другие биомолекулы, участвующие в биохимической адаптации грибов – так называемые химические шапероны – углеводы цитозоля грибов, являющиеся нециклическими полиолами и дисахаридами. Среди последних особое внимание уделяли трегалозе, которая не только стабилизирует мембраны и предохраняет их от действия свободных радикалов, но и, взаимодействуя с БТШ, защищает клетки от гибели при стрессе. Основными стрессовыми факторами, влияние которых изучали на адаптацию грибов, были свет, температура и истощение питательного субстрата (голодание).

Были получены данные, позволившие создать новое представление об устойчивости клеток грибов при действии стрессора. Впервые удалось установить тесную корреляцию между составом липидов и углеводов цитозоля и образованием покоящихся клеток грибов и типом их покоя (эндогенного и экзогенного). Эти данные легли в основу рекомендаций при определении всхожести спорового посевного материала для биотехнологических производств. Изучение действия температуры позволило предложить новую гипотезу о происхождении термофилии у грибов и роли десатураз жирных кислот и трегалозы в этом процессе. Исследование действия  видимого света выявило стимулирующий эффект зеленой части спектра на процесс спорогенеза и позволило создать для биотехнологических заводов способ получения спорового посевного материала.  Установлены новые закономерности  в изменении уровня антиоксидантов в пуле мембранных и нейтральных липидов при стрессовом воздействии. Изучение антистрессовых механизмов у грибов позволило также предложить ряд биохимических критериев для их систематики и показать гетерогенность представителей царства Fungi. Изучение диморфизма у Mucorales, в частности, исследование корреляции между составом мембранных липидов и стеринов и морфологией клеточного роста, позволило существенно расширить представления о распространенности этого феномена у грибов и выявить ряд закономерностей, проясняющих его механизмы. Одной из перспективных, малоизученных проблем микологии является также гетероталлизм, в частности физиолого-биохимические различия между мужскими и женскими штаммами  у зигомицетов.

Теоретический задел лаборатории получил практическое применение и в области медицины. Так, исследования в области изучения биополимеров КC грибов легли в основу разработки двух новых лекарственных средств – микорана и миколикопина. Препарат Микоран противоожогового и ранозаживляющего назначения, разработанный совместно с Институтом хирургии им. А.В. Вишневского, был разрешен к медицинскому применению приказом Минздрава РФ. Активным началом Микорана являются полиаминосахариды КС мукорового гриба – хитин и хитозан. Второй препарат – миколикопин – создан совместно с Онкоцентром РАМН и предназначен для лечения рака простаты. Новые клинические испытания, проводившиеся в 2002-2003 гг., показали, что препарат микоран может быть использован не только как противоожоговый препарат, но и для лечения гнойных и долго незаживающих ран у больных диабетом. Эти работы отмечены золотыми, серебряными медалями и грамотами на российских и международных выставках.

Многолетний руководитель лаборатории – д.б.н., проф. Феофилова Е.П. за большой вклад в развитие науки в 2004 г. удостоена почетного звания «Заслуженный деятель науки Российской Федерации», а в 2012 г. награждена награждена медалью им. А.А. Ячевского за 2011 г., учрежденной Общероссийской общественной организацией «Национальная академия микологии»

Фундаментальные исследования 2010-2014 гг.:

Установлены два механизма выживания аскомицетных грибов в условиях голодания: феномен «вторичного роста» и способы освоения пищевых субстратов. Первый контролируется составом липидов и характеризуется уменьшением в поздней трофафазе уровня липидов и увеличением содержания фосфатидилэтаноламина. Полученные данные вносят вклад в расшифровку биохимических механизмов адаптации, способствующих выживанию грибов в неблагоприятных условиях, и представляют интерес для охраны пищевых производств от инфицирования мицелиальными грибами.

На примере трех мицелиальных грибов впервые выявлена принципиальная разница между ответом на тепловой шок и тепловые воздействия в зоне толерантности. Только для теплового шока характерны рост уровня трегалозы и фосфатидных кислот, а также отсутствие изменений в жирнокислотном составе фосфолипидов. Предложена новая гипотеза стабилизации  мембран в условиях теплового шока  с помощью термопротекторных соединений.

Впервые показано, что ингибирование роста гриба консервантом сорбатом калия (СК) сопровождается изменением состава фосфолипидов и нейтральных липидов, а также изменением их жирнокислотного состава: резким снижением уровня линолевой кислоты и увеличением содержания олеиновой кислоты. Это позволяет предположить, что СК влияет на активность Δ12 десатуразы, контролирующей у мицелиальных грибов основные реакции адаптации липидного бислоя к неблагоприятным воздействиям окружающей среды.

Показано, что введение трегалозы в спорогенную среду приводит к увеличению количества спор у Blakeslea trispora, изменению их химического состава, значительному повышению их жизнеспособности и термоустойчивости. Совокупность изменений состава мембранных липидов и углеводов цитозоля спор свидетельствует о том, что такие  споры находятся в более глубоком состоянии покоя, что способствует их устойчивости.

На модели грибов р. Mucor установлено, что возраст спорангиоспор имеет значение в проявлении феномена диморфизма — способности к прорастанию не только по мицелиальному, но и по дрожжевому типу. Использование итраконазола – ингибитора биосинтеза эргостерина – позволило показать аэробную диморфную транзицию, а также развитие гриба по мицелиальному типу в присутствии липидов, необходимых для поляризованного роста – эргостерина и триацилглицеринов. Показано, что прорастание спор коррелирует с составом липидов и соотношением их отдельных классов – ТАГ, ФК, ФХ/ФЭА и ЭСт/ССт. Полученные результаты свидетельствуют о роли липидов в формировании клеточной стенки и альтернативных морфотипов мукоровых грибов.

Показано, что в условиях теплового шока у Aspergillus niger наблюдается более интенсивный обмен мембранных липидов, кроме стеринов. Эти данные позволяют полагать, что причиной накопления фосфатидных кислот в условиях теплового шока является гидролиз основных фосфолипидов фосфолипазой D. На примере трех термофильных грибов Rhizomucor miehei, Rhizomucor tauricus и Myceliophthora thermophila показано, что ФК, наряду с ФЭА, ФХ и стеринами, являются основными компонентами мембранного бислоя. Установлено, что в отличие от мезофильных грибов у термофилов в оптимальных условиях в динамике развития культуры отмечен высокий уровень трегалозы как в ранней трофо-, так и в идиофазе.

Прикладные исследования 2010-2014 гг.:

Показано, что в присутствии СК низкие концентрации трегалозы подавляют рост мицелиальных грибов – контаминатов твердых сыров, и способствуют пролонгированию действия консерванта. Десятикратное увеличение содержания в среде трегалозы приводило к резкому увеличению активности ростовых процессов и нулификации эффекта СК. Таким образом, трегалоза может быть как ингибитором, так и стимулятором ростовых процессов у мицелиальных грибов.

Созданы основы биотехнологии получения пищевых волокон (ПВ) из мицелиальных грибов Pleurotus ostreatus. Определён химический состав ПВ и проведены медицинские испытания в ЦКБ РАН, показавшие способность ПВ влиять на деятельность ЖКТ.

Проведены экспериментально-лабораторные испытания образцов ликопина из грибов Blakeslea trispora, и получено экспертное заключение испытательной лаборатории специальных дерматологических средств ЦКБ РАН о возможности их использования в составе различных косметических средств. Проведена оценка клинической эффективности КС по показателям влагометрии, эластометрии и профилометрии. Установлено, что испытуемое КС не оказывает раздражающего и аллергизирующего дейстия и не меняет показатели кожи, поддерживая ее гомеостаз.

Проведен скрининг штаммов зигомицетовых грибов на олеагенность, отобран наиболее продуктивный организм-продуцент (Cunninghamella japonica) и исследован его липидный и жирнокислотный состав. Оптимизирован способ получения посевного материала (спор) и состав среды для культивирования штамма-продуцента, установлены активаторы прорастания спор. Показано, что состав МЭЖК липидов C. japonica соответствует характеристикам, предъявляемым к биодизельному топливу на основе рапса. Для улучшения экологической безопасности при производстве биотоплива предложена замена экстракции липидов органическими растворителями на способ экстракции сверхкритическим CO₂.

Предложена интенсификация биоконверсии лигнина грибами белой гнили (Lentinus tigrinus) увеличением аэрации среды выращивания, исследовано влияние антиоксидантов на рост и на начальные этапы потребления лигнина. Показано специфическое участие липидных мессенджеров в биоконверсии лигнина.

В группе постоянно ведется работа с молодежью и проводится работа по подготовке молодых специалистов; с 2000 г. по тематике исследований были защищены 2 докторские и 2 кандидатские диссертации.